煤气化--无烟燃烧技术的应用

第32卷第7期呙炉技术Vo1.32,No.72001年7月BOILER TECHNOLOGYJul, 2001文章编号: CN31-1508(2001 )07-0001-06煤气化一无烟燃烧技术的应用王擎2， 孙东红2，郝志金'，孙键}，郑恩辉'，吴少华2，秦裕琨2(1. 东北电力学院，吉林吉林132012; 2. 哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)关键词:工业锅炉;煤气化;无烟燃烧摘要:根据我国对小型工业锅炉提出的要求,分析了目前我国小型工业锅炉面临的问题和工业锅炉的消烟除尘技术。比较了几种能源作为锅炉燃料供暖成本.提出了煤气化一无烟燃烧技术。该技术既可用于旧式锅炉的改造,也可用于开发新型无烟型工业锅炉,为实现工业锅炉无烟化创出了-条新路。中图分类号: TK16文献标识码: A的47.45%;生活用锅炉26.34万台,占总量的0前言52.55%,而这两种用途的锅炉平均单台容量仅为中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,2.28t/h,且其中的热水锅炉主要用在华北、东北也是目前世界上少有的几个以煤为基本能源的及西北地区,占总量的93%以上。国家之一,煤占一次能源总量的75%左右1。80工业锅炉既是煤炭消耗的大户(每年消耗煤年代以来,我国煤炭消费持续快速增长,年均增炭4.3亿吨,基本与电站锅炉消耗煤炭量持平),长率为5.17%l21.进入1997年,由于经济体制改又是造成我国“煤烟型”污染的主要污染源.所以革加快,产业结构进一步优化,企业节能意识增如何改变燃煤锅炉的燃料结构、合理配置并有效强,以及经济周期波动,石油大量进口,高载能产使用煤炭资源, 以满足日益严格的环保要求,使品对国内高耗能产品的抑制以及受东南亚金融我国经济和社会能实现可持续发展,从根本上控危机和亚洲经济衰退等诸多因素的影响,造成我制我国“煤烟型”大气污染,则是一项十分紧迫的国煤炭消费的下降.但是,从长远观点看,随着国任务。民经济的持续增长,能源消耗量总是要以一定的1工业锅炉面临的挑战比例增长的,煤炭在我国-次能源消费结构中占有主导地位的格局不会改变,预测从2005年前我国是当今世界燃煤工业锅炉生产和使用后开始,煤炭需求会适度增长。量最多的国家,且具有效率低、分布广、单台容量我国是拥有工业锅炉最多的国家,据统计(3],小结构不尽合理.辅机配套不善、仪表自控水平到1998年末，全国在用锅炉总数为50.65万台,低、运行操作管理人员素质差、高科技含量少等其中工业锅炉50.12万台、电站锅炉0.5286万特点.我国在用工业锅炉平均热效率约65%,比台.工业锅炉中生产用锅炉23.78万台,占总量发达中国煤化工个百分点,浪费原YHCNMHG收稿日期: 2001-01-04基金项目:吉林省科技发展计划资助项目,吉科合字第1990342-02号.作者简介:王擎(1964-), 男,教授,博士,哈尔滨工业大学博士后.现工作于东北电力学院动力系，主要从事洁净煤燃烧技术的研究务势势延您.锅炉技术第32卷煤相当严重.又由于我国小型工业锅炉,尤其是锅炉不准烧原煤,不准新建10t/h以下燃煤供暖2t/h以下锅炉绝大多数消烟除尘设备不完善或锅炉.另外其他城市如大连、四川、长春等城市也根本没有消烟除尘设备,同时又无脱硫设备,造要求小型锅炉不准燃用原煤,而改烧油、天然气成大多数锅炉烟囱排放黑烟滚滚,排烟黑度、烟或型煤,即加大燃油和燃气在能源构成中的比尘浓度和SO2排放浓度严重超过国家环保标准。重.这些政策无疑给环境保护带来了福音,其目为减轻污染,保护大气环境,我国-些主要的就是要减轻锅炉对大气的污染.但同时也带来城市已相继出台政策,限制现有小型锅炉燃用原一些问题:价格问题;安全问题;根据现有状况,煤.北京市于1999年规定[4],城近郊8个区现有燃油、燃气资源的供应能否得以保障.采暖锅炉要由现在的燃煤改烧天然气，一部分比因此，无论从减轻环境污染,还是节约能较陈旧的燃煤锅炉将用新的燃气锅炉更新.1999源一间接地减轻环境污染来看,可以说工业锅年太原市政府发布了《关于控制大气污染的通炉现面临着严重的挑战,已经到了非大治不可的知》规定,限期将燃煤锅炉改造为燃油(气)锅炉.历史阶段.沈阳市政府于1995年5月5日颁发《沈阳市人2 6种能源供暖成本分析民政府关于严格控制大气污染的通告》规定自1999年10月1日起对单台容量在0.7MW以下供暖锅炉可以以原煤、型煤、液化石油气、天的锅炉,餐饮服务业的炉灶、沿街商亭和各单位然气、 轻柴油、电为热源。但由于6种能源价格大建筑工地的茶炉、大灶-律禁止原煤散烧、使用不相同,供暖成本也相差很大。本文结合吉林市液化石油气等清洁燃料,并不得再建新的燃煤设实际情况,对6种能源锅炉供暖成本予以分析,施.吉林市也采取了类似的措施,规定从2000年表1给出了6种能源的发热值及价格(以吉林市7月1日起吉林市区1t/h(含1t/h锅炉)以下的实际情况分析).表16种能源的发热值及价格比较原煤型煤液化石油气轻柴油天然气电发热值.1092411735860kJ/kg3500010246.266388725kcal/kWh(kcal/m3标态)价格0.33yuan/kg0.20.242.43.22.45元/kWhyuan/ 10kcal0.040.0480.220.3120.2810.407(yuan/标m3)由表1可见,按每千千卡发热值计算,原煤期的供暖成本示于表 2.价格0.04元,为100%,则型煤价为原煤的1.2以原煤供暖成本为100%,则型煤为107%,倍;液化石油气为5.5倍;天然气为原煤7.0倍;为原煤的1.07倍;油液化气为290%,为原煤的.轻柴油为7.8倍;电为10倍.若计人锅炉热效2.9倍;天然气为357%，为原煤的3.57倍;轻柴率,则型煤为原煤的1.14倍;液化石油气为4.78中国煤化工;电为432%,为原煤.倍;天然气为6.10倍;轻柴油为6.86倍;电为的.YHCNMHG8.22倍.若按全市平均供暖天数169天，供暖时间3煤气化一 无烟燃烧技术特点4056小时计算,则使用6种能源锅炉一个供暖3.1消烟除尘技术第7期王擎，等:煤气化- -无烟燃烧技术的应用表2、使用6种能源锅炉的供暖成本比较原煤型煤石油液化气天然气轻柴油电能耗费元/m2、供暖期7.07.9233.641.64853.54辅机电耗度/m2、供暖期8.06.04.0辅机电费元/m2、供暖期2.641.981.32人工费元/m2.供暖期2.01.0水费元/m2.供暖期0.7维修费元/m2.供暖期0.5不可预见费元/m2.供暖期合计13.3414.3438.6847.6852.6857.68注:本分析未考虑基建投资和折旧费用消烟除尘包括消烟(消灭黑烟)和除尘(除去量<1%, 且锅炉尾部-般都使用布袋除尘器，较飞灰和飞尘)两项工作.消除黑烟主要依靠选择小容量的锅炉用多管除尘器,所以控制烟尘污染适当的燃烧设备和进行合理的燃烧管理才能实不成问题[5].但锅炉是否冒黑烟却未见报道.而现.也就是说消烟除尘与锅炉的燃烧状况有着密我国工业锅炉用煤品种多.变化大、质量差,而且切的关系.锅炉燃烧情况好,黑烟排放减少,就为原煤细末含量多,这不但给层燃炉燃烧带来很大做好消烟除尘工作创造了有利的先决条件.因困难,而且烟气的消烟除尘问题也日趋复杂化，此,搞好消烟除尘工作的关键就是解决燃料合理这些问题是由我国的国情所决定的,而在国外这而完全燃烧问题.方面的经验甚少,无从借鉴.燃料在高温下燃烧放出大量热能,其燃烧产总结我国多年来在工业锅炉消烟除尘所做物包括气体和固体两部分:气体中CO是不完的工作,主要有以下几方面:全燃烧的产物,只有通过调整燃烧状况使燃料充(1)采用不同型式的除尘器;分燃烧才能消除。固体残渣(灰渣)主要成分为金(2)根据不同炉型、煤种、改造锅炉拱;属氧化物和未燃尽的炭粒.在燃烧不完全的情况(3)立式手烧炉燃烧室上部加装耐火拱,下，-部分碳分子(炭黑)来不及氧化就被烟气带或卧式手烧炉内加装炉内旋风分离器;走,形成黑烟。炭黑是不完全燃烧的产物,是形成(4)锅炉炉膛内布置蒸汽二次风;黑烟的主要因素。炭黑颗粒度只有0.05~1微(5)简易煤气发生炉和双层炉排的使用;米,比重很轻,能在空气中飘浮比较长的时间(燃(6)型煤技术;油燃气锅炉在燃烧不好的情况下，也有部分炭黑(7)使用燃油、燃气锅炉。排出，形成黑烟.灰渣中颗粒度为50~60微米以上述几种方法对解决我国工业锅炉的消烟除下的部分,随烟气进人锅炉尾部,成为烟气中的尘起到了-定的积极作用,但总体看来,采用除尘灰尘.器对解决工业锅炉的粉尘排放是有效的,但很难在西方,油、气价格低,烧油、气不但锅炉热解 决锅炉冒黑烟问题;锅炉炉拱的改造难于适应效率高,而且运输、贮存方便,锅炉污染少.因此煤种 多变的要求;利用蒸汽二次风对于蒸汽锅炉对这种量大面广的小容量锅炉推广燃油、气锅可以中国煤化工蒸汽的来源是个大炉,也不进行排放控制,而对于燃煤锅炉来说,虽问题MHCN M H G层炉排炉又难于向有排放标准的控制,但由于所燃用的是国家供应大容量锅炉发展;锅炉烧型煤具有良好的环境效经过洗选的标准煤,其含灰量小于5%,粒度不大益和节能效益,但型煤在我国工业锅炉上的燃烧于25mm,而小干3mm的煤屑量少于30%,含硫尚存在很大问题，原因是我国工业锅炉都是按烧锅炉技术第32卷原煤设计,不适合燃烧型煤;燃油、燃气锅炉虽具吉林省吉林市毓文中学原有1台SZGx2-有燃烧效率高、低污染、自动化程度高等优点,但1.25-A1型锅炉,供学校游泳馆加热水之用。该用户能否承担得起,且长期供应能否得以保障。锅炉设计蒸发量2t/h,工作压力1.25MPa,烧3.2煤气化一无烟燃烧技术II、I类烟煤.锅炉自投运以来一直黑烟滚滚,造由于煤气化具有高效、清洁的特点,在煤炭成严重的环境污染,周围群众意见很大,新闻单的综合利用方面占有举足轻重的地位,因而长期位也曾予以暴光批评.虽学校领导对此十分重以来受到人们的青睐,但由于制造煤气与运输煤视,但始终未能解决.改烧天然气,学校又无经济气设备复杂、费用高、推广起来就比较困难。煤是实力.中国的主要能源,今后绝大多数锅炉还应以烧煤吉林市毓文中学锅炉为双纵锅简固定炉排手为主,但是燃煤锅炉必需解决烟尘污染问题.若烧炉，设计者为实现消烟除尘,采取了如下措施:想消除锅炉黑烟问题，只有强化燃烧,让炭黑氧(1)在炉膛上部空间设置了“具有分离隔化变成二氧化碳。这就要求根据不同燃料和不同.室的卧式旋风燃烬简”，以实现飞灰循环燃烧;.的燃烧设备,采取相应的措施使烟尘中的可燃成(2)用耐火混凝土将大部分水冷壁(含旋分在炉膛里完全燃尽,达到消除黑烟、提高燃料.风燃烬简)覆盖,以减少辐射受热面积,提高炉膛利用率的目的.温度,企图消除黑烟.但是,几年来锅炉运行的实“煤气化一无烟 燃烧技术”是在总结煤气际情况表明这两项技术措施并没有起到予期作发生炉和层状燃烧锅炉消烟除尘经验基础上发用,锅炉仍然是黑烟滚滚。明的一种崭新的燃烧技术.利用该技术设计的锅2000年5月,应毓文中学的委托,我们采用炉在结构上将传统的煤气发生炉与层燃炉有机煤气化一无烟燃烧技术对该炉进行了改造。根据地结合在一起,使煤炭气化与燃烧过程在一个炉改造工程量小、投资小、工期短、见效快、操作简膛内一并完成一-称为“一体化”。 理论上,它打单、便于工人掌握的原则，确定了如下改造方案破了传统的煤气发生炉和层状燃烧锅炉的模式，与技术措施;采用了薄煤层低风速气化,通过相应的强化燃烧(1 )不改动锅炉承压部件;等措施实现了可燃气体的燃尽和飞灰在炉内的(2)保持原固定炉排,人工投煤方式;分离燃尽,这样在无炉外除尘器情况下达到排烟(3 )采用“煤气化一无烟燃烧一体化技无色一俗称无烟,消除了小型工业锅炉黑烟滚术”,在炉膛下部增设无烟化燃烧装置实现煤的滚的严重污染现象。若在燃料中加入脱硫剂或燃气化与无烟燃烧,提高燃烧效率.用具有固硫剂的型煤,则可以实现床内固硫,从另外根据原有锅炉情况，对对流管束积灰进而达到清洁燃烧、高效利用之双重目的.我们已行清理,同时对锅炉省煤器和除尘器进行检修。将该技术应用于2t/h及以下的小型工业锅炉,经过我们的改造,锅炉于2000年5月7日已有若干台投入运行[6].投人运行,一次点火成功.锅炉烟囱出口处排烟无色，彻底消除黑烟,经市环保监测站测试排烟4煤气化无烟燃烧技术的应用黑度小于林格曼1级,初始烟尘浓度128mg/“煤气化一无烟燃烧技术” 是一种清洁高效Nm3,烟尘排放浓度58mg/Nm3,符合国家的燃煤技术,利用该技术可对现有在用的各式燃中国煤化工类区要求.锅炉热效煤层燃锅炉(固定炉排炉、链条炉排炉和往复炉率YHCNMHG高18个百分点,节煤排炉)予以改造,亦可用于新锅炉设计,实现煤的20%以上。锅炉总投资2.5万元,预计投资回收时无烟化燃烧,提高热效率.间8个月。4.1锅炉改造应用.4.2新锅炉开发应用第7期王擎，等:煤气化一无烟燃烧技术的应用2000年8月我们应用“煤气化-无烟燃烧行了详细测试,测试结果表明:该锅炉结构设计技术”设计制造了1台1t/h卧式快装煤气化一合理、 运行可靠、燃烧正常.无炉外除尘器情况下无烟燃烧锅炉,设计燃料为II类烟煤,锅炉设计排烟黑度小于林格曼1级，达到排烟无色,锅炉排热效率79%,出口蒸汽压力0.7Mpa.锅炉为单锅放浓度76.57mg/m3,符合GWPB3-1999环保-筒纵置式对称结构,二回程水火管锅炉。类区标准。锅炉热效率83.72%,具有超负荷能力,锅炉炉膛两侧由φ51x2.5mm的膜式水冷并可在70%负荷稳定运行,为环保节能型锅炉。壁组成,在两侧膜式水冷壁外部布置煤无烟燃烧5结论装置,炉膛底部采用铸铁固定炉排。炉膛分为上、下两部分，下部为炉排平面至煤层表面称为煤气“煤气化一 无烟燃烧技术"是在总结煤气化段(室),上部为煤层表面至炉膛出口称为煤气发生炉和层状燃烧锅炉消烟除尘经验基础上发燃烧室.明的一种崭新的燃烧技术,是一种清洁、高效的炉膛后部设置了燃烬室,既可延长烟气和固燃煤技术.利用该技术可对现有旧式燃煤层燃锅体颗粒的停留时间,同时可分离一部分颗粒,降炉进 行改造,亦可新设计制造锅炉.运行结果表低烟气含尘量;燃烬室后布置了第一、二对流受明 锅炉排烟无色、烟尘排放浓度达到国家I类区热面,对流受热面由螺纹烟管组成,强化传热效环保标准要求。同时该技术的应用可大幅度提高果,减少受热面积,节约钢材,使锅炉的结构更为锅炉热效率、降低运行成本,应用前景广泛，易于紧凑.推广应用。正常运行时,煤自煤层表面送人,气化风通参考文献过炉排底部均布后进人煤层,使煤化为煤气,煤气的温度较高.高温煤气自煤层表面逸出后进入[1] 陈宏刚，李凡,谢克昌.中国洁净煤技术的研究与开发[J].上部燃烧室,燃烧室四周布置有分段送风装置,煤炭转化, 1997, 20(3).在特殊结构参数的分段送风的作用下煤气(含少[2] 贺佑国,李瑞峰.全国煤炭消费现状分析与预测[J].能源量的微细炭粒一飞灰)与空气在室内产生强烈政策研究, 1999, 3.的扰动并迅速地完成燃烧过程,而微细炭粒大部[3] 郭奎建. 1998年度锅炉压力容器情况统计[M].中国锅分被分离下来返回煤层表面再燃;煤层表面在高炉压力容器安全, 1999, 15(3).温烟气的辐射作用下也在燃烧并形成高温,保证[4] 沈桢珉.燃烧锅炉改燃气锅炉的技术[J].中国锅炉压力了高温煤气的稳定燃烧.炉膛四周布置有辐射受容器安全, 1999, 15(6)热面,以保证炉膛出口烟温.由上部燃烧室出来[5]谭美健.高效工业锅炉前期调研项目中国专家赴美有感的烟气进人燃烬室,经第一、二对流受热面后由[J]工业锅炉, 1993, 35(3).引风机引至烟囱排出。[6]孙东红,王擎,秦裕琨等.煤气化-- 无烟燃烧技术[J].锅炉投运后,吉林市环境保护监测站和吉林工业锅炉, 2000, 63(3).市节能测试中心对该锅炉的性能及环境指标进中国煤化工MYHCNMHG6锅炉技术第32卷.Application of Coal Gasification- smokeless Combustion TechnologyWANG Qing, SUN Dong -hong, HAO Zhi-jin, SUN Jian,ZHEN En-hui, WU Shao-hua, QIN Yu-kunKey word: industrial boilers; coal gasification; smokeless combustionAbstract: According to the demands proposed for the small-scale industrial boilers, The facingproblems about the small-scale industrial boilers have been analyzed and eliminate smoke anddust technologies have been discussed. The heating costs of several fuels used in industrial boil-ers are compared. The coal gasification-smokeless combustion technology is presented. The tech-nology not only can be applied in transforming the current operating industrial boilers, but alsobe used in developing new smokeless type boilers. A new path is opened up for industrial boilers'smokeless combustion.(上接第11页)量的目的。水平,利用该系统对煤粉浓度进行调节和控制。(3)充分利用该系统,防止煤粉管堵塞,调(2)完善-次测量元件,如选用高精度的平燃烧器,层与层,角与角之间的煤量,合理调整测量风速的差压变送器,改善测温元件的耐磨炉内热负荷分配,有效地抑制和消除水冷壁超温性,提高系统测量的准确性,从而达到分炉煤计现象,为“四管”防爆漏起到应有的作用.Application of Pulverized Coal Concentration Online MonitoringSystem in the Huangpu Power PlantSUN JingKey words: pulverized coal concentration; leakage; monitoringAbstract: Due to the outdated boiler combustion monitoring methods used in power plant, it ishard to realize reasonable combustion adjustment. Therefore, the application of pulverized coalconcentration online monitoring system provides an important way for the operator to monitorthe operating condition of burner air and coal. This paper introduces briefly the working theoryand the application of this system.中国煤化工MYHCNMHG