煤气化无烟燃烧技术的实验与应用

东北电力学院学指第21卷第4期Journal Of Northeast ChinaVol.21, No.4200年12月Institute Of Electric Power EngineeringDec. ,2001文章编号:1005-2992(2001 )04-0053-04煤气化无烟燃烧技术的实验与应用贾俊曦',王擎},孙东红',单 明2(1.东北电力学院动力工程系,吉林吉林132012;2. 长春第一热电有限责任公司,吉林长春130052)要:针对我国工业锅炉的现状及经济性差和污染严重的问题,结合我国的实际,提出了煤气化无烟燃烧技术。通过试验台，上消烟除尘的实验以及实际的运行表明该锅炉能够达到环保要求,同时具有较高的效率,值得采用和推广。关键词:工业锅炉;煤气化无烟燃烧;消烟除尘中图分类号:C701.2 .文献标识码:A1问题的提出众所周知,我国是产煤大国,也是用煤大国。目前我国- -次能源消耗中煤炭占了75% ,而这些煤炭中仅有16%是用于非直接燃烧用途的[1。所以我国的大气污染是典型的煤烟型大气污染,并且大气治理的难度必然随着煤炭消费量的大幅度增加而加大[2,3]。据统计资料显示,1993年由于烧煤造成的SO2排放和烟尘排放就分别占到了总排放量的90%和70%。我国工业锅炉的数量及耗煤量均居世界首位,这就使得工业锅炉成为造成我国锅炉效率低下和环境污染问题的一一个重要方面[4]。我国工业锅炉的特点是:第一,燃料以原煤为主，燃油锅炉仅占一小部分。第二,数量多,分布广,并且小型锅炉居多。第三,技术落后,且用户的管理水平低。因此自然就形成了如下的问题:第一,燃烧效率和热效率低,又由于我国工业锅炉有五十多万台,所以总的经济损失相当大。第二,烟尘、氮氧化物、硫氧化物的排放远远超过国家的环保标准。煤气化无.烟燃烧技术就是针对此种问题并结合我国的实际情况而产生的。2煤气化无烟燃烧 的试验研究.2.1基本原理该技术是一种将移动床煤气发生炉与层燃炉结合起来的一种燃烧技术。它既不象煤气发生炉那样仅制取煤气,若需燃烧还需将其引人另外的燃烧室中进行,也不象传统层燃炉那样直接是块或面状煤炭的燃烧。它是先使煤气化,然后在煤层上部空间布置二次风,组织分段送风，使煤气分级燃烧,辐射换.热。在结构上,将移动床煤气发生炉与层燃炉燃烧室结合在中国煤化工。图1所示为“煤气化-无烟燃烧锅炉”热态试验台。该TYHCNMHG弋层燃锅炉。该锅收稿8期:2001-08-22作者简介:贾俊曦(1977- ).男,东北电力学院硕士研究生。54东北电力学院学报第21卷炉由圆柱形壳体、封头、炉膛、对流管束及炉排组成。炉体外径700 mm、内径500 mm,试验台架总体高3m、本体高2m。炉膛分上、下两部分:下部炉排表面2至煤层表面称为煤气化段(室),上部煤层表面至炉5膛出口称为煤气燃烧室。燃烧室出口布置有螺纹烟管组成的对流受热面。在距炉排不同高度处布置多3层二次风,其中每层二次风沿简体由四个进风口送人,并可通过调整二次风喷咀的角度使其在炉膛内形成大小不同的切圆,以组织燃烧。1在该实验台上进行了各种实验,包括气化、燃烧并进行了各种参数如温度过量空气系数、含尘浓度、烟气黑度、氮氧化物浓度的测D3定。这里主要介绍含尘浓度和烟气黑度的实验。2.2消烟除尘的试验研究随着人们对环境保护的重视,对工业锅炉烟尘的排放控制的越来越严。因此认识烟尘的组成和形1.螺纹管;2-给煤斗;3-_二次风口:4.灰斗;成原因就显的很有必要。5-水夹套;6-炉门;7-下 角圈;8-烟气出口煤炭燃烧形成的污染物主要有烟尘SO2及炉渣图1“煤移动床 气化一无烟燃烧锅炉"热态试验台三种。从燃煤炉烟囱排出的废气中,主要是固体的尘粒和气态的烟气所组成。由此可见，所谓烟尘即是:烟-主要是烟气中的可燃气体由于未完全燃烧在高温条件下还原产生的炭黑。其颗粒度较小,直径为0.05~1微米。尘~主要是烟气中夹带的飞灰(包括未燃尽的颗粒)。其颗粒度较大,一般为5~ 100微米。烟尘是造成大气污染的主要因素[5]减少烟气对大气污染的许多措施中,对于解决排烟中颗粒径较大的尘粒、炭粒问题，可以加装除尘器,将其捕集下来。然而,对于颗粒径小，比重轻的炭黑是很难用常规的分离装置将其分离和清除的。而炭黑恰恰是形成黑烟的主要因素,这就是老式锅炉冒黑烟的- -一个原因。为了掌握黑烟排放的规律,实验装置上分别以两种燃烧方式对投煤后的烟气黑度进行了测定。，.4o0o.130 35 40时间(ain)(a)传统燃烧方式下烟气黑度随时间的变化(b)无烟燃烧方式下烟气黑度随时间的变化图2不同燃烧方式下烟气黑度随时间的变化图2(a)为传统燃烧方式下手烧炉的几种运行工况。从中国煤化工~2分钟内大量的.挥发物由于来不及完全燃烧而产生很浓的黑烟。在投煤初MHCNMHG最高值,持续几分钟后,随着时间的变化,烟气黑度开始缓慢降低;到燃烧后期,在不我人利燥时何优r,由于燃料的减少和炉膛温度的从高到低,烟气的黑度也就降的很低了,这是符合手烧炉燃烧周期规律的[6]。图2(b)给出了煤气化一无烟燃烧试验工况下,林格曼黑度随时间的变化。从中可以看出,对于层第4期贾俊曦等:煤气化无烟燃烧技术的实验与应用55状燃烧手烧炉,采用该技术,在设定的几种工况下,林格曼黑度是很低的,即使在投煤的初期,烟气的黑度也不算太高。可以说明这种技术在消烟方面是比较有效的。这是由于为了消除黑烟,该技术注意到为了消除黑烟,就必须:①在燃烧室内,气体燃料与空气应很好的混合;②要供给充足的空气,但燃烧温度不能过低。③应确保足够的燃烧时间。经过反复的试验观察到:二次风的位置越低,即越靠近煤层处投人，能够及时组织燃烧,这对消除炭黑的形成更为有效;同时二次风采取分层布置,形成几层不同半径的切圆,产生了强烈的旋涡运动,更大大降低了粉尘的排放,而且减少了燃料机械不完全燃烧损失和化学不完全燃烧损失;第三,采用较低的气化风速(即一次风量)本身就降低了粉尘的带出率。这些都由试验和采用该技术的锅炉得到证实。同时,也在该试验装置上进行了含尘量的实验。在正常运行工况下,在相同时间内,无烟化燃烧所排放的灰尘总质量不但小于手烧炉的灰尘总质量,并且在飞灰颗粒的分布上,二者也有显著的不同。图3给出了两种燃烧方式下飞灰颗粒的筛分图:(a)无烟化燃烧工况(b)手烧炉工况图3两种燃烧工况下 飞灰颗粒筛分从图3可以看出:无烟化燃烧工况下，飞灰颗粒的粒径变得微细,42 μm以下占88. 87%,42 μm以.上仅占11.13%,72 μm以上仅0.41%;正常手烧炉工况下72 μm以上高达52.06% ;而传统手烧炉的统计表明,以72 μm为界限,72 μm以下的仅占38%,72 μm以上高达62%。也就是说前者排出的是少量的细灰,而后者则是较多量的大颗粒灰。产生这种差异的主要原因是二次风的旋涡作用使煤气、燃料颗粒及飞灰均延长了在炉内的停留时间。一些大颗粒燃料或飞灰甚至在离心力作用下又落回到煤层上重新燃烧,所以尾部的烟尘浓度也降低。另一方面,如前所说,一次风不过大,这样也使煤层表面的颗粒飞灰不至于过多扬起。3实际应用表1主要设计参数锅炉型号LSG./0.3-0.09- An(0.21 - 0.7/95/70- An)利用该技术制造的锅炉在满足一额定蒸发量D 0.3vh(0.21 MW)排烟温度0170 C锅炉热效率的同时,在消烟除尘方面燕汽出口压力P0.4 MPa .设计效率刀76.6%也取得了较好的效果。表1给出了给水温度I。.20 C计算燃煤量B,41 .66 kg/h利用该技术制造的一-台立式0.3 t/h排污率Pp=燃烧方式手烧炉空气温度a除渣方式自破渣滚动除渣锅炉的主要设计参数,表2给出该锅炉的热工测试数据。中国煤化工在吉林市和其它城市的实际应用及运行经验表明,采HCNMHG特点:第一,在锅炉内部消烟除尘,无须另外加除尘器,而其烟尘浓度和SO2排放浓度均符合国家一类地区标准;另外,分段送风,分级燃烧使排烟的NOx大幅减少,符合环保标准。第二,由于飞灰含量少,所以对流受热面可以采用较高的烟速和高效传热元件,这样就降低了钢材i6东北电力学院学报第21卷的耗量,减少了费用,炉体可缩小,更加紧凑。表2环境及热工测试结果4结论项目单位额定出力70%出力锅炉出力kg/h320230排烟温度C140160随着能源消耗的不断增加,大气污染越来越严重，排烟处过剩空气系数2.102.19为了解决我国典型的煤烟型大气污染,就必须重视工炉渣含碳量6.087. 65炉墙表面平均温度5364业锅炉的环境污染问题。煤气化一无烟燃烧技术在满炉膛温度946820足锅炉热效率和燃烧效率的同时,在消烟除尘方面有正平衡热效率%80.9478. 17比较好的效果。该技术是解决大量工业炉对环境造成反平衡热效率82.459.64污染问题的有效措施之一,值得采用和推广。出口烟尘浓度mg/Nm'96.33出口Sor依度59林格曼黑度级<1参考文献[1]贺佑国,李瑞峰.全国煤炭消费现状分析及预测.能源政策与研究,199,(3).[2] 曾汉才 .煤的高效清洁与利用技术.电站系统工程, 1995,11(1).[3] 祝平. 洁净煤技术.山西能源与节能, 199,(3).4] 张素刚.近几年工业钢炉生产发展概述.工业锅炉,1997,(1).[s]沈阳市环境保护办公室《简易煤气炉>编写组.简易煤气炉.中国建筑工业出版社,1975.6] 黄焕春.热工技术词典.上海:上海辞书出版社,1991.The Experiment and Application of Coal Gasificationand Smokeless Combustion TechnologyJIA Jun-xi, WANG Qing ,SUN Dong-hong(Department of Thermal Power Engineering. Northeast China Institute of Electric Power EngineeringJlin City 132012)Abstract: The article introduces the status of the industrial boilers in our country and the problems on thelow economic effect and serious pollution. Based on the reality of our country, we presents the coalgasification and smokeless combustion technology. We also have done the experiments on smokelessprevention and dust control by our device. The practice indicates that it can meet the requirement ofenviroment protection and at the same time it has more economic benefit.It is worth extending.Keywords : Industrial boiler;Coal gasifcation and smokeles combustion; Smokeless prevention and dust control(上接第40页)Application of MTMD in Controlling Structure VibrationHAN Jian, JIN Zai-nan, CHEN Jing-yan, CHEN Jian-hua(Department of Architectual and Civil Engineering， Northeast China Institute of Elecric power Engineering, Jilin City132012)中国煤化工Abstract: Theory and experiment of multiple tuned massMYHCNM H G paper. Optimizedparameters for M TMD are derived. It is proved that M T M D has engineering practice value .Keywords: M ultiple;tuned mass damper control; Structure vibration