"煤气化-无烟燃烧技术”的原理及其应用

第16卷(总第93期)热能动力工程2001年5月技术交流文章编号:101 - 2020)03 - 0325 -03“煤气化一无烟燃烧技术”的原理及其应用孙东红' ,郝志金”,王擎2,孙 键',秦裕琨'(1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 10001;2,2东北电力学院动力系,吉林省吉林市 132012)摘要:分析了我国工业锅炉的现状,介绍了“煤气化一无烟难以接受的程度。因此,无论从减轻环境污染,还是燃烧技术”的原理及其在工业锅炉改造中的应用,为在用工节约能源来看，可以说工业锅炉已经到了非大治不业锅炉的技术改造探索-条既消姻除尘又节约能源的新途可的历史阶段。最近一些大、中城市相继决定:径2Vh及以下的锅炉不准燃煤,限期改为或更新为燃关键词:煤气化一无烟燃烧技术;工业锅炉;技术改造油或燃气(天然气城市煤气、石油液化气)锅炉。这-举措就说明了这一点。但是,由于油、气的价格比中图分类号:TK229.8文献标识码:A煤炭高得多,大大增加了锅炉运行费用,供暖费用也1前言因此而大幅度提高,致使用户难以承担。面且,从长远看大批锅炉烧油和燃气，能否保证长期供给,值得我国是当今世界上煤炭产消量最大的国家。商榷。1995年全国煤炭消耗量为13.1亿吨(占一次能源总为了解决这个问题,我们发明了“煤气化- -无烟量的74.6%),主要用于:工业锅炉4.3亿吨、电站锅燃烧技术”,并应用于在用工业锅炉改造,月前已有炉4.3亿吨、工业窑炉2亿吨。煤炭作为燃料,同燃多台锅炉投人商业运行, 100%的达到了国家I类地油和燃气相比,有两大缺点:一是排烟对环境的污染区环保标准要求。同燃油、燃气锅炉相比,燃料费仪严重;二是利用效率低、浪费过大。这两点对工业锅为1/4- 1/6,可大幅度降低运行费用,而且安全可炉尤为突出。靠,可以说为在用工业锅炉的改造探索出.条新 的我国是当今世界燃煤工业锅炉生产和使用量最途径。多的国家。工业锅炉是国计民生不可缺少的热能设备,是耗煤大户,又是大气的主要污染源。据统计，2 “煤 气讹-无烟燃烧技术”原理与特点到1998年末,我国在用工业锅炉50.12万台,其中生产用锅炉23.78万台、生活用锅炉26.34万台,总“煤气化-无烟燃烧技术” 是-种将移动床煤气容量约120万慕吨,总耗煤量与电站锅炉相同，但它发生炉与层燃炉有机结合在- -起的复合燃烧技术。对环境和节约能源的影响甚大。这是因为,它的数它实现了以煤为燃料的气化与燃烧设备的-体化，量甚多、分布极广.单台容量小、结构不尽合理、辅机可应用于工业锅炉、民用锅炉与工业炉窑,尤需除尘配套不善、仪表自控水平低.运行操作管理人员素质器,使排烟尤色一谷称无烟,初始烟尘浓度≤100差、高科技含量太少,最终表现为热效率低浪费过ng/m3 ,SO2浓度≤1 200 mg/m',符合国家I类地区大、排烟对大气污染严重。我国在用工业锅炉平均环保标准要求。因此,它是煤层状燃烧方式的一次热效率约65% ,比国际水平低15~20个百分点,因重大变革。它的全称为“煤移动床气化-尤烟燃烧而年浪费8000~ 10 000万吨原煤;年排放烟气-体化技术”。72 00亿m2、烟尘和SO2各820万吨,均超过三者全中国煤化工”应用于工业锅炉、开国总排放量的三分之一,而且排烟黑度、烟尘浓度和户”。这种新型锅炉,结MHCNMH(SO2浓度不仅超过国家环保标准,也达到周围人们网18办小陈 反土厂层燃锅炉有机地结合为收稿日期2000-06-20基金项目:古林省科技发展H划基金资助项目(9990342 -02)作者简介:形秀勞鹦据'.吉林人。东北电力学院讲师,博+:研究生.热能动力工程2001年一体(参CB13271-91中I类地区要求,可称为绿色燃煤锅见图1)，炉;此外,煤气化、分段送风、 分级燃烧,使排烟中蒸汽或热水炉膛自下NOx 大幅度减少,符合21世纪环保要求;而上分为(2)煤气化一无烟燃烧,化学未完全燃烧热煤气化段损失q3为零;飞灰微细数量极少,又内采用自破渣.|煤(室)(煤式滚动炉排除庆清,使灰渣可燃物含量低,因而机械T1F层表面至术完全燃烧热损失94≤6% ,燃烧效率高达94%以炉排平上。尾部对流受热面传热强,降低了排姻温度,而且面、燃烧由于气化燃烧降低了过剩空气系数,因而大大减少.煤层平面(室)--了排烟热损失92; 锅炉外型尺寸小,又采取了特殊炉排表面即煤层表的保温措施，降低了散热损失95。因此,锅炉具有炉排中面至炉膛平面高的热效率。对于容量1 Vh以下的又采用自然引灰渣气凤出口，炉风的小型锅炉,热效率不低于78%;对设有引风机-水面~i膛四周为的锅炉，热效率可达82%;对1 t/h 以上、机械给煤、辐射受热机械除渣、机械引风的锅炉,热效率可达84%;面，炉膛(3)炉膛容积热强度q。可高达600 ~1-底座(气化风室);2-锻动加排;3-水套式炉膛;破渣滚动底部为自800 kW/m2;同时由于飞灰微细、飞灰浓度又小,对4-对流受热面:5-锅筒:6-分段送风装置;7-给炉排,炉流受热面可选取较高的烟速,大大减少受热面积。煤机;8-除渣机排下部为因此，可缩小锅炉体积，降低钢材消耗量,进而降低图1锅炉造价和锅炉房基建费用;与灰坑;燃烧室四壁布置分段送风装置。理论上,冲气化风空(4)煤种适应范围广。锅炉可以按I、I、1类破了传统移动床煤气发生炉与层燃炉模式的约束,烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤、泥炭设计和运行,在缺少采用薄煤层低风速气化，而在煤层上部空问组织分设计煤种时可燃用其它煤种;段送风、分级燃烧。正常运行时，煤自煤层表面人工(5)燃用型煤时,不仅排烟无色，而且初始烟尘或机械投入,气化风自气化风室送人,经炉排均布后浓度≤50 mg/m2 ,SO2浓度≤750 mg/m2 ,效果更好。进入煤层,使煤气化,煤气自煤层表面逸出;供煤气因此,可以说“煤气化一无烟燃烧锅炉"是燃煤燃烧的空气从燃烧室四壁分段喷入,由于特殊的空层燃锅炉的换代产品，可称为监天锅炉。气动力学参数,不仅使煤气和其中的微细炭粒在旋由于“煤气化一无烟燃烧技术” 的历史较短,容滿运动中燃尽,而且使大部分微细炭粒返回煤层表量4/h及以上的工业锅炉正处于工业性试验阶段,面再燃,因而大大降低了炉膛出口烟尘浓度,炉膛四商业化产品将于2001年上市。周的辐射受热面及时吸热,维持炉膛内的温度水平。灰渣则通过炉排破碎后排入灰坑。烟气自炉膛出口.3“煤气化-无烟燃烧技术”在工业锅炉改进人高效传热元件组成的对流受热面。造中的应用由此可见,“煤气化一无烟燃烧锅炉"实现了以煤为燃料的气化--无烟燃烧;对 于含硫鼂较高的现有在用的燃煤层燃锅炉均可应用“煤气化-无煤,则在原煤或型媒中混人固硫剂,床内固硫,实现烟燃烧技术"予以改造,实现煤的无烟化燃烧,即排烟煤“气化---无烟燃烧-- 脱硫" - -体化。尤色.尚可提高热效率.其中，固定炉排手烧炉应用目前,已有2vh及以下的近百台这种锅炉的第中国煤化工节能效果最为显著。此-代产品投人商业运行,其中有新设计制造的,也有MHCNMHG房宽敞、条件允许,也可利用原有手烧炉改造的。总结它们的运行经验,具应用此技术政为燃煤锅炉。但是,改造的具体方法是有如下优点:各不相同的,应根据锅炉的容量、燕汽(或热水)参数、(1)锅炉内部自行消烟除尘,无需另设除尘器，煤种 、本体结构尺寸以及锅炉房的布置情况来决定。排烟无色:烟尘和SO2排放浓度符合国家环保标准对于传统的固定炉排手烧锅炉,原则上讲应拆万万数据第3期孙东红，等;“煤气化一无烟燃烧技术”的原理及其应用.327●除固定炉排,安装自破渣式滚动炉排,炉排底部改为成,一次点火投入运行，一举成功:锅炉烟囱出口处水封式风室和灰坑;增设压头较高的送风机,在原炉看不到烟，烟尘浓度80 mg/m',符合国家I类地区膛煤层上部的空间内增设分段送风装置。环保标准要求，锅炉热效率达81%。对于人T投煤双层炉排锅炉,叮保留双层炉排.仅在双层炉排之间内增设分段送风装置和风压较高4经济效益 与环境效益分析的送风机,同时底部炉排下部改为水封式灰坑。对于往复炉排和链条炉排锅炉,仪在煤层表面在用的工业钢炉由于原来的燃烧方式和运行水适当位置增设分段送风装置和一台风压较高的送风平不同,因而应用“煤气化一无烟燃烧技术”予以改机即可实现消烟之日的;如果原有的送风机的风压造后的效果也不同。经核算认为符合要求,可不另设送风机。传统的固定炉排手烧锅炉，应用此技术改造后，以上所述的改造方法,都不涉及锅炉增容问题，不仅使排烟符合国家I类地区环保标准要求,减轻因此都不改动承压部件;如果用户要求通过改造还大气污染,降低排污费用,而且热效率可提高10~需增大锅炉容量,或者原锅炉达不到铭牌容量,通过20个百分点。Ith 锅炉,热效事提高15个百分点，改造达到铭牌容量,应通过热力计算确定所需增加小时可节煤150 kg.如年运行时间为4 000小时，的受热面积和结构;如需改动原炉承压部件,应进行则年节约原煤140吨(原煤通常认为发热值20 935强度计算,并报当地技术监督部门审批备案;此外,kJ/kg)。各地原煤价不等，如吉林为220元/吨,大尚需重新选择送、引风机等辅助设备。连为280元/吨,如平均按250元/吨计,则年节约燃应用此技术改造现有锅炉,成功率100%,现举料费3.5万元。改炉投资平均每1 /h按2万元计,例如下:则投资回收期仪为7个月;一年少用140吨原煤,又(1)大连市石化公司宾馆原有一台0.5 Vh立可减少烟气140万m、灰渣3.5吨、尘0.175吨、式燃煤锅炉,因黑烟滚滚,被环境保护部门勒令停止SO21.4吨,间接经济和环保效益更为显著。运行，只能改用燃油,燃料费1200元/日,而宾馆在往复炉排、链条炉排锅炉应用此技术改造后,亦非旅游季节时--大营业额不足800元，只好停业。可使排烟无色,烟尘浓度减少30% ~ 50% ,热效率我们应用“煤气化-无烟燃烧技术”予以改造:保留可提高3~5个百分点。改炉所需投资要比手烧锅原固定炉排,增设分段送风装置和一台750 W送风炉少得多,平均每1t/h为0.5万元,投资回收期亦机,改造成本5000元,改造工期3天,改造后燃用业为7个月。燃油、燃汽锅炉应用此技术改造后,排烟类烟煤,一次投人正常运行,锅炉排烟无色.烟气浓.叮满足国家I类地区环保标准要求,而运行成本仅度80mg/m3,燃料费用降至260元/日,改炉投资同为燃油、燃气的1/4~ 1/6。收期不足一周,宾馆因此又能照常营业了。(2) 199年II月,我们与白城市锅炉制造安装5结论公司合作,将-台0.5 /h卧式水火管固定炉排手烧锅炉改造为煤气化一无烟燃烧 锅炉:原锅炉受热“煤气化-无烟燃烧技术”是一种清洁高效率的面和固定炉排不动，只增加分段送风装置和更换一燃煤技 术,应用于工业锅炉改造不仅使排烟无色、烟台风压较高的送风机。改后,经节能测试中心测试，气浓度 和sO2达到国家I类地区环保标准要求,而结果为:锅炉出力为0.52 th,锅炉热效半为且可大幅度提高锅炉热效率降低运行成本.达到间80.6% ,排烟无色,初始烟尘浓度为81.2 mg/nr。接的保护环境双重效果,应力求推广应用。(3)吉林市毓文中学游泳馆有1台2Vh双纵注:文中mg/m2、m2均为标准立方米锅筒水管固定炉排手烧蒸汽锅炉,烧I、W类烟煤,参考文献:一直黑烟滚滚 ,是吉林市有名的“黑龙”，多次受到电中国煤化工台和电视台的暴光批评。我们应川“煤气化一无烟情况统训].中国锅炉压力容燃烧技术"对该炉进行改造,为节省投资并不影响教MYHCNMHG学工作,经协商改造方法从简,不改动承压部件,保.[2. 命安定。曹子栋，俞建洪. 1.业锅炉原理[M].两安:西安交通大学出版社,9952.留固定炉排和人工投煤方式，只增设煤气燃烧用风(何静芳编辑)机,2000年4月28月对其进行改造,5月7日改造完