第16卷(總第93期)熱能動(dòng)力工程2001年5月技術(shù)交流文章編號(hào):101 - 2020)03 - 0325 -03“煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù)”的原理及其應(yīng)用孫東紅' ,郝志金”,王擎2,孫 鍵',秦裕琨'(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 10001;2,2東北電力學(xué)院動(dòng)力系,吉林省吉林市 132012)摘要:分析了我國(guó)工業(yè)鍋爐的現(xiàn)狀,介紹了“煤氣化一無(wú)煙難以接受的程度。因此,無(wú)論從減輕環(huán)境污染,還是燃燒技術(shù)”的原理及其在工業(yè)鍋爐改造中的應(yīng)用,為在用工節(jié)約能源來(lái)看，可以說(shuō)工業(yè)鍋爐已經(jīng)到了非大治不業(yè)鍋爐的技術(shù)改造探索-條既消姻除塵又節(jié)約能源的新途可的歷史階段。最近一些大、中城市相繼決定:徑2Vh及以下的鍋爐不準(zhǔn)燃煤,限期改為或更新為燃關(guān)鍵詞:煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù);工業(yè)鍋爐;技術(shù)改造油或燃?xì)?天然氣城市煤氣、石油液化氣)鍋爐。這-舉措就說(shuō)明了這一點(diǎn)。但是,由于油、氣的價(jià)格比中圖分類號(hào):TK229.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A煤炭高得多,大大增加了鍋爐運(yùn)行費(fèi)用,供暖費(fèi)用也1前言因此而大幅度提高,致使用戶難以承擔(dān)。面且,從長(zhǎng)遠(yuǎn)看大批鍋爐燒油和燃?xì)?，能否保證長(zhǎng)期供給,值得我國(guó)是當(dāng)今世界上煤炭產(chǎn)消量最大的國(guó)家。商榷。1995年全國(guó)煤炭消耗量為13.1億噸(占一次能源總為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們發(fā)明了“煤氣化- -無(wú)煙量的74.6%),主要用于:工業(yè)鍋爐4.3億噸、電站鍋燃燒技術(shù)”,并應(yīng)用于在用工業(yè)鍋爐改造,月前已有爐4.3億噸、工業(yè)窯爐2億噸。煤炭作為燃料,同燃多臺(tái)鍋爐投人商業(yè)運(yùn)行, 100%的達(dá)到了國(guó)家I類地油和燃?xì)庀啾?有兩大缺點(diǎn):一是排煙對(duì)環(huán)境的污染區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。同燃油、燃?xì)忮仩t相比,燃料費(fèi)儀嚴(yán)重;二是利用效率低、浪費(fèi)過(guò)大。這兩點(diǎn)對(duì)工業(yè)鍋為1/4- 1/6,可大幅度降低運(yùn)行費(fèi)用,而且安全可爐尤為突出?？?可以說(shuō)為在用工業(yè)鍋爐的改造探索出.條新 的我國(guó)是當(dāng)今世界燃煤工業(yè)鍋爐生產(chǎn)和使用量最途徑。多的國(guó)家。工業(yè)鍋爐是國(guó)計(jì)民生不可缺少的熱能設(shè)備,是耗煤大戶,又是大氣的主要污染源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2 “煤 氣訛-無(wú)煙燃燒技術(shù)”原理與特點(diǎn)到1998年末,我國(guó)在用工業(yè)鍋爐50.12萬(wàn)臺(tái),其中生產(chǎn)用鍋爐23.78萬(wàn)臺(tái)、生活用鍋爐26.34萬(wàn)臺(tái),總“煤氣化-無(wú)煙燃燒技術(shù)” 是-種將移動(dòng)床煤氣容量約120萬(wàn)慕噸,總耗煤量與電站鍋爐相同，但它發(fā)生爐與層燃爐有機(jī)結(jié)合在- -起的復(fù)合燃燒技術(shù)。對(duì)環(huán)境和節(jié)約能源的影響甚大。這是因?yàn)?它的數(shù)它實(shí)現(xiàn)了以煤為燃料的氣化與燃燒設(shè)備的-體化，量甚多、分布極廣.單臺(tái)容量小、結(jié)構(gòu)不盡合理、輔機(jī)可應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、民用鍋爐與工業(yè)爐窯,尤需除塵配套不善、儀表自控水平低.運(yùn)行操作管理人員素質(zhì)器,使排煙尤色一谷稱無(wú)煙,初始煙塵濃度≤100差、高科技含量太少,最終表現(xiàn)為熱效率低浪費(fèi)過(guò)ng/m3 ,SO2濃度≤1 200 mg/m',符合國(guó)家I類地區(qū)大、排煙對(duì)大氣污染嚴(yán)重。我國(guó)在用工業(yè)鍋爐平均環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,它是煤層狀燃燒方式的一次熱效率約65% ,比國(guó)際水平低15~20個(gè)百分點(diǎn),因重大變革。它的全稱為“煤移動(dòng)床氣化-尤煙燃燒而年浪費(fèi)8000~ 10 000萬(wàn)噸原煤;年排放煙氣-體化技術(shù)”。72 00億m2、煙塵和SO2各820萬(wàn)噸,均超過(guò)三者全中國(guó)煤化工”應(yīng)用于工業(yè)鍋爐、開國(guó)總排放量的三分之一,而且排煙黑度、煙塵濃度和戶”。這種新型鍋爐,結(jié)MHCNMH(SO2濃度不僅超過(guò)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),也達(dá)到周圍人們網(wǎng)18辦小陳 反土廠層燃鍋爐有機(jī)地結(jié)合為收稿日期2000-06-20基金項(xiàng)目:古林省科技發(fā)展H劃基金資助項(xiàng)目(9990342 -02)作者簡(jiǎn)介:形秀勞鸚據(jù)'.吉林人。東北電力學(xué)院講師,博+:研究生.熱能動(dòng)力工程2001年一體(參CB13271-91中I類地區(qū)要求,可稱為綠色燃煤鍋見圖1)，爐;此外,煤氣化、分段送風(fēng)、 分級(jí)燃燒,使排煙中蒸汽或熱水爐膛自下NOx 大幅度減少,符合21世紀(jì)環(huán)保要求;而上分為(2)煤氣化一無(wú)煙燃燒,化學(xué)未完全燃燒熱煤氣化段損失q3為零;飛灰微細(xì)數(shù)量極少,又內(nèi)采用自破渣.|煤(室)(煤式滾動(dòng)爐排除慶清,使灰渣可燃物含量低,因而機(jī)械T1F層表面至術(shù)完全燃燒熱損失94≤6% ,燃燒效率高達(dá)94%以爐排平上。尾部對(duì)流受熱面?zhèn)鳠釓?qiáng),降低了排姻溫度,而且面、燃燒由于氣化燃燒降低了過(guò)?？諝庀禂?shù),因而大大減少.煤層平面(室)--了排煙熱損失92; 鍋爐外型尺寸小,又采取了特殊爐排表面即煤層表的保溫措施，降低了散熱損失95。因此,鍋爐具有爐排中面至爐膛平面高的熱效率。對(duì)于容量1 Vh以下的又采用自然引灰渣氣鳳出口，爐風(fēng)的小型鍋爐,熱效率不低于78%;對(duì)設(shè)有引風(fēng)機(jī)-水面~i膛四周為的鍋爐，熱效率可達(dá)82%;對(duì)1 t/h 以上、機(jī)械給煤、輻射受熱機(jī)械除渣、機(jī)械引風(fēng)的鍋爐,熱效率可達(dá)84%;面，爐膛(3)爐膛容積熱強(qiáng)度q?？筛哌_(dá)600 ~1-底座(氣化風(fēng)室);2-鍛動(dòng)加排;3-水套式爐膛;破渣滾動(dòng)底部為自800 kW/m2;同時(shí)由于飛灰微細(xì)、飛灰濃度又小,對(duì)4-對(duì)流受熱面:5-鍋筒:6-分段送風(fēng)裝置;7-給爐排,爐流受熱面可選取較高的煙速,大大減少受熱面積。煤機(jī);8-除渣機(jī)排下部為因此，可縮小鍋爐體積，降低鋼材消耗量,進(jìn)而降低圖1鍋爐造價(jià)和鍋爐房基建費(fèi)用;與灰坑;燃燒室四壁布置分段送風(fēng)裝置。理論上,沖氣化風(fēng)空(4)煤種適應(yīng)范圍廣。鍋爐可以按I、I、1類破了傳統(tǒng)移動(dòng)床煤氣發(fā)生爐與層燃爐模式的約束,煙煤、貧煤、無(wú)煙煤、褐煤、泥炭設(shè)計(jì)和運(yùn)行,在缺少采用薄煤層低風(fēng)速氣化，而在煤層上部空問(wèn)組織分設(shè)計(jì)煤種時(shí)可燃用其它煤種;段送風(fēng)、分級(jí)燃燒。正常運(yùn)行時(shí)，煤自煤層表面人工(5)燃用型煤時(shí),不僅排煙無(wú)色，而且初始煙塵或機(jī)械投入,氣化風(fēng)自氣化風(fēng)室送人,經(jīng)爐排均布后濃度≤50 mg/m2 ,SO2濃度≤750 mg/m2 ,效果更好。進(jìn)入煤層,使煤氣化,煤氣自煤層表面逸出;供煤氣因此,可以說(shuō)“煤氣化一無(wú)煙燃燒鍋爐"是燃煤燃燒的空氣從燃燒室四壁分段噴入,由于特殊的空層燃鍋爐的換代產(chǎn)品，可稱為監(jiān)天鍋爐。氣動(dòng)力學(xué)參數(shù),不僅使煤氣和其中的微細(xì)炭粒在旋由于“煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù)” 的歷史較短,容滿運(yùn)動(dòng)中燃盡,而且使大部分微細(xì)炭粒返回煤層表量4/h及以上的工業(yè)鍋爐正處于工業(yè)性試驗(yàn)階段,面再燃,因而大大降低了爐膛出口煙塵濃度,爐膛四商業(yè)化產(chǎn)品將于2001年上市。周的輻射受熱面及時(shí)吸熱,維持爐膛內(nèi)的溫度水平。灰渣則通過(guò)爐排破碎后排入灰坑。煙氣自爐膛出口.3“煤氣化-無(wú)煙燃燒技術(shù)”在工業(yè)鍋爐改進(jìn)人高效傳熱元件組成的對(duì)流受熱面。造中的應(yīng)用由此可見,“煤氣化一無(wú)煙燃燒鍋爐"實(shí)現(xiàn)了以煤為燃料的氣化--無(wú)煙燃燒;對(duì) 于含硫鼂較高的現(xiàn)有在用的燃煤層燃鍋爐均可應(yīng)用“煤氣化-無(wú)煤,則在原煤或型媒中混人固硫劑,床內(nèi)固硫,實(shí)現(xiàn)煙燃燒技術(shù)"予以改造,實(shí)現(xiàn)煤的無(wú)煙化燃燒,即排煙煤“氣化---無(wú)煙燃燒-- 脫硫" - -體化。尤色.尚可提高熱效率.其中，固定爐排手燒爐應(yīng)用目前,已有2vh及以下的近百臺(tái)這種鍋爐的第中國(guó)煤化工節(jié)能效果最為顯著。此-代產(chǎn)品投人商業(yè)運(yùn)行,其中有新設(shè)計(jì)制造的,也有MHCNMHG房寬敞、條件允許,也可利用原有手燒爐改造的?？偨Y(jié)它們的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),具應(yīng)用此技術(shù)政為燃煤鍋爐。但是,改造的具體方法是有如下優(yōu)點(diǎn):各不相同的,應(yīng)根據(jù)鍋爐的容量、燕汽(或熱水)參數(shù)、(1)鍋爐內(nèi)部自行消煙除塵,無(wú)需另設(shè)除塵器，煤種 、本體結(jié)構(gòu)尺寸以及鍋爐房的布置情況來(lái)決定。排煙無(wú)色:煙塵和SO2排放濃度符合國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于傳統(tǒng)的固定爐排手燒鍋爐,原則上講應(yīng)拆萬(wàn)萬(wàn)數(shù)據(jù)第3期孫東紅，等;“煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù)”的原理及其應(yīng)用.327●除固定爐排,安裝自破渣式滾動(dòng)爐排,爐排底部改為成,一次點(diǎn)火投入運(yùn)行，一舉成功:鍋爐煙囪出口處水封式風(fēng)室和灰坑;增設(shè)壓頭較高的送風(fēng)機(jī),在原爐看不到煙，煙塵濃度80 mg/m',符合國(guó)家I類地區(qū)膛煤層上部的空間內(nèi)增設(shè)分段送風(fēng)裝置。環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，鍋爐熱效率達(dá)81%。對(duì)于人T投煤雙層爐排鍋爐,叮保留雙層爐排.僅在雙層爐排之間內(nèi)增設(shè)分段送風(fēng)裝置和風(fēng)壓較高4經(jīng)濟(jì)效益 與環(huán)境效益分析的送風(fēng)機(jī),同時(shí)底部爐排下部改為水封式灰坑。對(duì)于往復(fù)爐排和鏈條爐排鍋爐,儀在煤層表面在用的工業(yè)鋼爐由于原來(lái)的燃燒方式和運(yùn)行水適當(dāng)位置增設(shè)分段送風(fēng)裝置和一臺(tái)風(fēng)壓較高的送風(fēng)平不同,因而應(yīng)用“煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù)”予以改機(jī)即可實(shí)現(xiàn)消煙之日的;如果原有的送風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓造后的效果也不同。經(jīng)核算認(rèn)為符合要求,可不另設(shè)送風(fēng)機(jī)。傳統(tǒng)的固定爐排手燒鍋爐，應(yīng)用此技術(shù)改造后，以上所述的改造方法,都不涉及鍋爐增容問(wèn)題，不僅使排煙符合國(guó)家I類地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求,減輕因此都不改動(dòng)承壓部件;如果用戶要求通過(guò)改造還大氣污染,降低排污費(fèi)用,而且熱效率可提高10~需增大鍋爐容量,或者原鍋爐達(dá)不到銘牌容量,通過(guò)20個(gè)百分點(diǎn)。Ith 鍋爐,熱效事提高15個(gè)百分點(diǎn)，改造達(dá)到銘牌容量,應(yīng)通過(guò)熱力計(jì)算確定所需增加小時(shí)可節(jié)煤150 kg.如年運(yùn)行時(shí)間為4 000小時(shí)，的受熱面積和結(jié)構(gòu);如需改動(dòng)原爐承壓部件,應(yīng)進(jìn)行則年節(jié)約原煤140噸(原煤通常認(rèn)為發(fā)熱值20 935強(qiáng)度計(jì)算,并報(bào)當(dāng)?shù)丶夹g(shù)監(jiān)督部門審批備案;此外,kJ/kg)。各地原煤價(jià)不等，如吉林為220元/噸,大尚需重新選擇送、引風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備。連為280元/噸,如平均按250元/噸計(jì),則年節(jié)約燃應(yīng)用此技術(shù)改造現(xiàn)有鍋爐,成功率100%,現(xiàn)舉料費(fèi)3.5萬(wàn)元。改爐投資平均每1 /h按2萬(wàn)元計(jì),例如下:則投資回收期儀為7個(gè)月;一年少用140噸原煤,又(1)大連市石化公司賓館原有一臺(tái)0.5 Vh立可減少煙氣140萬(wàn)m、灰渣3.5噸、塵0.175噸、式燃煤鍋爐,因黑煙滾滾,被環(huán)境保護(hù)部門勒令停止SO21.4噸,間接經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益更為顯著。運(yùn)行，只能改用燃油,燃料費(fèi)1200元/日,而賓館在往復(fù)爐排、鏈條爐排鍋爐應(yīng)用此技術(shù)改造后,亦非旅游季節(jié)時(shí)--大營(yíng)業(yè)額不足800元，只好停業(yè)?？墒古艧煙o(wú)色,煙塵濃度減少30% ~ 50% ,熱效率我們應(yīng)用“煤氣化-無(wú)煙燃燒技術(shù)”予以改造:保留可提高3~5個(gè)百分點(diǎn)。改爐所需投資要比手燒鍋原固定爐排,增設(shè)分段送風(fēng)裝置和一臺(tái)750 W送風(fēng)爐少得多,平均每1t/h為0.5萬(wàn)元,投資回收期亦機(jī),改造成本5000元,改造工期3天,改造后燃用業(yè)為7個(gè)月。燃油、燃汽鍋爐應(yīng)用此技術(shù)改造后,排煙類煙煤,一次投人正常運(yùn)行,鍋爐排煙無(wú)色.煙氣濃.叮滿足國(guó)家I類地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求,而運(yùn)行成本僅度80mg/m3,燃料費(fèi)用降至260元/日,改爐投資同為燃油、燃?xì)獾?/4~ 1/6。收期不足一周,賓館因此又能照常營(yíng)業(yè)了。(2) 199年II月,我們與白城市鍋爐制造安裝5結(jié)論公司合作,將-臺(tái)0.5 /h臥式水火管固定爐排手燒鍋爐改造為煤氣化一無(wú)煙燃燒 鍋爐:原鍋爐受熱“煤氣化-無(wú)煙燃燒技術(shù)”是一種清潔高效率的面和固定爐排不動(dòng)，只增加分段送風(fēng)裝置和更換一燃煤技 術(shù),應(yīng)用于工業(yè)鍋爐改造不僅使排煙無(wú)色、煙臺(tái)風(fēng)壓較高的送風(fēng)機(jī)。改后,經(jīng)節(jié)能測(cè)試中心測(cè)試，氣濃度 和sO2達(dá)到國(guó)家I類地區(qū)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求,而結(jié)果為:鍋爐出力為0.52 th,鍋爐熱效半為且可大幅度提高鍋爐熱效率降低運(yùn)行成本.達(dá)到間80.6% ,排煙無(wú)色,初始煙塵濃度為81.2 mg/nr。接的保護(hù)環(huán)境雙重效果,應(yīng)力求推廣應(yīng)用。(3)吉林市毓文中學(xué)游泳館有1臺(tái)2Vh雙縱注:文中mg/m2、m2均為標(biāo)準(zhǔn)立方米鍋筒水管固定爐排手燒蒸汽鍋爐,燒I、W類煙煤,參考文獻(xiàn):一直黑煙滾滾 ,是吉林市有名的“黑龍”，多次受到電中國(guó)煤化工臺(tái)和電視臺(tái)的暴光批評(píng)。我們應(yīng)川“煤氣化一無(wú)煙情況統(tǒng)訓(xùn)].中國(guó)鍋爐壓力容燃燒技術(shù)"對(duì)該爐進(jìn)行改造,為節(jié)省投資并不影響教MYHCNMHG學(xué)工作,經(jīng)協(xié)商改造方法從簡(jiǎn),不改動(dòng)承壓部件,保.[2. 命安定。曹子棟，俞建洪. 1.業(yè)鍋爐原理[M].兩安:西安交通大學(xué)出版社,9952.留固定爐排和人工投煤方式，只增設(shè)煤氣燃燒用風(fēng)(何靜芳編輯)機(jī),2000年4月28月對(duì)其進(jìn)行改造,5月7日改造完