_气煤混烧_技术在工业锅炉上的应用.docx

“气煤混烧”技术在工业锅炉上的应用晋城市热力公司 马培根【摘要】针对煤 炭企业 、化工 企 行 业 以 及 冶 金 企 业 生 产 中 排 放 大 量 可 燃 气 体 ，提出 了 利 用 “气 煤 混 烧 ”技 术 对 其 工 业 锅 炉 进 行 改 造 ，从 而 达 到 废 气 利 用 ，保 护 环 境 ，节 能降耗 ，提高 锅炉燃烧效 率及企业经 济效益的目 的 ，并进行了 定性和定 量分析 。【关键词 】气煤 混烧改造 节 能“气煤混烧 ”技 术的提出产过程中又排 放大量的可燃气体 ，如 煤 层 气 、焦 炉 煤 气 、高 炉 煤 气 等 ，这些气体以废气的形 1“气 煤 混 烧 ”技术由上世纪中叶起源于美 它 最 早 应用于层燃炉排锅炉和抛煤机锅 国 ，式 排 向 大 气 ，造成大量能源浪费和大气环境 炉 ，由于这类锅炉燃烧 性 能 差 ，燃 烧 效 率 低 ，负荷调节能力差 ，煤 种 适 应 性 差 ，使 其 难 以 适 应 经 济 发 展 和环境保护的要求 ， 因 而 面 临 淘 汰的命运 。 为了改善其运行特性 ，适应环保的 需 要 ，“气 煤 混 烧 ”技 术 应 运 而 生 。 实 践 证 明 ， “气 煤 混 烧 ”技 术 是 一 项 降 低 污 染 、节 约 能 源 的有效技术措施 ，对于工业锅炉而言 ，这 种 技 术 比 改 造 锅 炉或增加环保设施的经济性要优 越的多 ，其优点如下 ：暖炉和点火干净 、快捷；污 染 。 “气 煤 混 烧 ”技术是一种工业废气回收 利 用 的 先 进 技 术 ，仅对工业锅炉做很少的改 造 ，即 可 实 现 工业废气回收利用 ，使 锅 炉 燃 烧效率大大提高 。技术改造方 案及效益分 析3我国工业锅炉主要有链条炉排锅炉和循 环 流 化 床 锅 炉 。 本 文 研 究 的 “气 煤 混 烧 ”技 术是 通 过 对 锅炉的技术改造 ，达到掺烧工业废 气，提高锅炉燃烧效率 ，从而实现节能减排 。链条炉排锅炉改造方案3.1负荷调节能力强 ，行，负荷升降反应速度快 ；能在较低负荷下运 对于链条炉排锅炉 ， 燃料进入炉膛后以 固 态 形 式 随炉排的移动边燃烧边前进 ，直 至由于燃烧效率提高和过量空气系数降 低，使锅炉热效率提高 ；避免锅炉在负荷变化或燃烧质量变差 时冒黑烟 ，减少锅炉烟尘排放量 ；延长锅炉使用寿命 ；锅炉改造工程量小 ，投资省 。2“气煤混烧 ”技 术应用的可 行性在 煤 焦 、煤 化 工 、钢 铁 等 企 业 ，它 们 一 边形 成 灰 渣 落 入 灰 渣 斗 内 ，这个燃烧过程由于 各 种 客 观 因 素 的 影 响 （如 煤 层 厚 度 、 燃 料 质量 、配 风 量 及 配 风 方 式 、着 火 条 件 等 ），燃 烧 状况 存 在 着 很 大 的 差 异 ，其中燃料质量为外来 因 素 ，煤 层 厚 度 、配 风量可以自由调节 ，而 着火 条 件 属 于受锅炉结构及燃料质量双重因素 影 响 。 “气 煤 混 烧 ”技术可改善锅炉的燃烧着 火 条 件 ，促 使 燃 料 及 时 着 火 ，延长燃料在炉内 燃 烧 时 间 ，改 善 燃 烧 状 况 ，达到提高锅炉燃烧 利 用 煤 炭 生 产热能满足生产需求 ，一 边 在 生区 域 供 热2010.6 期效率的目的 。“气 煤 混 烧 ” 技术改造方案为在锅炉前 、热 损 失 。 由于气流在炉膛截面上分布的不均 匀性揭示了在炉膛空间气固混 和 的 不 均 匀后 拱 部 位 的 适当位置安装燃气喷咀 ，向 炉 内性 ，气 流 混和的差异必然导致在氧化反应强 喷 入 燃 气 ，借助其燃烧热量尽可能提高前拱 烈 的 中 心 区出现氧量供应不足 ，在 边 壁 区 域区 的 温 度 水 平 ， 使燃料进入炉膛后尽快得到 预 热 ，干 燥 和 引 燃 ，同时借助燃气喷入引起的 气流扰动加强烟 气 湍 流 ，提高火焰中心温度 ， 使整个炉排上的燃料层均处于一 个 高 温 区 域 ，以 促 使 其 增 强氧化还原反应 ，在 炉 膛 中 部 左 右 墙 各 安 装一组燃气喷咀 ， 以 便 提 高 炉 膛则 氧 量 富 余 。 缺氧区域往往由于氧化不充分 形 成 化 学 不完全燃烧热损失 ， 使 锅 炉 燃 烧 效 率下降 。为了改善这种状况 ，可 以 采 用“气 煤 混烧 ”技 术 对 锅 炉进行适当改造 ，其 补 燃 的 目 的主要是提高炉 膛 上 部 温 度 ，加 强 气 流 扰 动 ，增上 部 烟 气 温 度并加强气流扰动 ，改 善 辐 射 传强 气 固 混 合 ，一方面强化气流与固体颗粒的 热 效 果 ，使 入 炉 燃料尽可能释放全部热量 ，提高燃烬率 。接 触 ，同 时 通 过 扰 动 ，延长固体颗粒在炉膛内 的 停 留 时 间 ，使其能够充分氧化 ，释 放 全 部 热 量。 另一方面由于气流的扰动 ，使炉膛上部的3.2循环流化床锅炉改造方案对 于循环流化床锅炉而言 ，循 环 流 化 床气 流 形 成 湍 流 状 态 ，从而加强上部受热面的 所 特 有 的 燃 烧方式使其燃烧效率大大提高 ，但 在 实 际 运 行 过 程 中 ， 往往会出现偏离设计 运 行 工 况 的 现 象 ， 尤其是较小型的循环流化 床锅炉 ，达不到设计出力 。 这种现象的发生一 方 面 是 由 于 早期我国对循环流化床技术的研 究 还 不 够 全 面 ，使 炉 膛 结 构 、分离及返料装置 存 在 缺 陷 ，影 响 到锅炉的整体运行水平 ，出 现效 率 低 、飞 灰 含 炭 量 高 、锅炉燃烧稳定性差等 现 象 。 其 次 ，循 环流化床锅炉在运行过程中 ，气流速度在炉膛截面的分布上存 在 不 均 匀 性 ，其 中 心 流 动 速度高于壁面气流速度 ，同 时吸热，加强热交换过程 ，提高锅炉燃烧效率 。下 面 对 某 化 工 厂 75t/h 循环流化床锅炉 的改造实例进行分析 。循环流化床锅炉设备及运行简介该 企 业 安 装 375t/h 循 环 流 化 床 锅 炉 ，锅 炉主要参数如下 ：额定蒸发量额定蒸汽压力 额定蒸汽温度给水温度设计锅炉热效率 设计燃料消耗量燃料特性如下 ：收到基炭 收到基水分收到基灰分 收到基挥发分收到基低位发热量75t/h5.4MPa45015086.77%10242.5kg/h进 入 炉 内 的 燃料粒度发生变化时 ，炉 膛 上 部的 物 料 浓 度 相 应 发 生 变 化 ，当炉膛上部物料 浓 度 降 低 时 ，上 部 （稀 相 区 ）传 热 效 果 变 差 ，炉膛 出 口 温 度 相 应 降 低 ， 当上部物料浓度升高 时，所对应的气流速度相应增高 。 其传热效果增 强 ，炉 膛 出 口 温度会有所提高 ，但 由 于 物 料浓 度 及 气 流 速 度 的 增 加 ， 也使得部分燃料颗 粒 未 来 得 及 燃烬即被烟气携带飞出炉膛 ，这些 逃 逸 的 颗 粒一部分被旋风分离器捕集经返 69.31%6.38%27.34%7.11%22578.6kJ/kg该锅炉为单锅筒 ，炉 膛 高 19.5m，炉 膛 出口设置两个高温旋风分离器 ， 返 料 器 设 U 型 返料阀 ， 分离器分离下来的物料经 U 型 返 料阀回送炉膛 ，U 型返料阀底部设有返料风 。锅 炉 运 行 最大出力仅达到 70t/h 左 右 ，低 于 额 定 值 5t/h，炉膛温度水平偏低 ，当 料 层 温料 装 置 返 回 炉内参与下一循环 ，而 部 分 细 小颗 粒 继 续 被 烟 气 携 带 ， 最后经除尘器捕集而 排 出 炉 外 ， 这部分未燃烬又未被旋风分离器 捕 集 的 颗 粒 即构成了锅炉的机械不完全燃烧 - 2 -图 1 锅炉各段烟温与设计值的比较 区 域 供 热2010.6 期度为 950时，炉膛上部稀相区 温 度 为 800，炉膛出口温度为 750， 低于 设 计 温 度 100左 右 ，灰渣含炭量高达 18%以 上 ，远 远 高 于 锅 炉设计值 。 锅炉运行工况见图 1。补燃气体的特性该厂属化肥生产企业 ，该厂洗氨塔出口 和 氢 回 收 系统每年有大量可燃性气体排放 ，可燃气体的分析资料见下表 1。表 1可燃气体的分析资料 由上表可知该可燃气体的 主 要 成 分 为CH4 和 H2，占到气体总份额的近 60%，其 低 位 发热量高达 15134kJ/Nm3。 该化工厂可利用排 气 量 为 2500Nm3/h， 折 合 原 煤 1675kg/h， 约 为 一台锅炉设计耗煤量的 15%。锅炉改造方案时间，有利于燃烬放热，提高锅炉热效率。效益测算及分析3.3根据锅炉运行资料 ，锅炉飞灰含炭量为 由于锅炉实际耗煤量及实际热效率未 18%，经 测 试 ，故本方案仅由飞灰含炭量采用物料 平 衡 法 进 行 测 算 。 假设该炉出力不足是由炉 膛 上 部 温 度 偏 低 引 起 ， 而锅炉耗煤量已达到 设计煤耗水平 。设 ：锅 炉 实 际 排 出 的 灰 渣 量 为 V，排 出 的 未燃烬炭为 0.18x。则锅炉实排灰渣量 ， 未燃烬炭及入炉燃 料灰份间有如下平衡式 ：x0.18x=0.2734 x=0.3334（kJ/kg） 锅炉排灰渣量 ：- 3 -根 据该锅炉运行现状分析 ，由 于 炉 膛 稀相 区 温 度 偏低造成蒸发受热面吸热量不 足 而影响了锅炉出力， 若能使吸热升高至设计值， 锅炉有望恢复额定蒸发量。 为此，方案针对炉 膛上部温度偏低的情况，在适当的位置开孔装置 48 组燃气喷嘴，向炉膛送入具有一定压力 的燃气，该燃气一方面起到助燃提升炉温的作用，另一方面加强扰动，促使气固混合，同时有效扼制未燃烬颗粒逃逸速度，延长在炉内停留成 份H2（%）CH4（%）O2（%）N2（%）NH3（PPM）AR（PPM）H2O（PPM）低 位 发 热 量kJ/Nm3含 量23.535.21.5040.11.564311815134区 域 供 热2010.6 期炉补燃改造。 改造两台锅炉，直接经济效益为：138.682=277.36（万元/a）V=Bx=10242.50.3334=3414.85（kg/h）锅炉排放的未燃尽的炭 ：C=3414.8518%=614.7（kg/h） 机械不完全燃烧损失 ： Q=614.710242.5=6%折合排放设计燃料 （原煤）：B=614.7/0.6931=886.8（kg/h）即相当于 每 小 时 有 886.85kg 原 煤 未 经 燃 烧被排放浪费 。假 使气体补燃改造可使灰渣含炭量下降 到 5，则 经 计 算 可 得 ：锅 炉 不 完 全 燃 烧 损 失 可由 6下降为 1.44%。锅炉灰渣量下降为 ：VB（Amar+C）2947.7（kg/h）锅炉排放未燃尽炭折合原煤下降为 ：B=2947.75%0.6931212.64（kg/h） 折算年节约原煤（按年运行 7000 小时计算） B0=（886.85-212.64）70004719.44（t/a） 年减排灰渣量为 ：V0（3414.85-2947.7）7000=3270（t/a）原 煤 到 厂 价 为 280 元/吨 ， 灰 渣 运 费 20元/吨，每年节约费用 ：2804719.44+327020138.68（万元）气体混烧耗气量计算 ：根据锅炉运行记录 ， 炉 膛 出 口 温 度 为750 ， 正 常 情 况 ， 循环流化床床 料 温 度 为850950， 炉 膛 出 口 温 度 800900应 属 正 常 ， 假 使 把 炉 膛 出 口 温 度 由 750提 高 到850，提 高 100，根 据 计 算 ， 该 炉 在 额 定 状态 下 ，锅炉出口烟气量为 133590m3/h，烟 气 温 度为 800时的平均比热计算如下 ：CCO2=2.15；CN2=1.37；CCH4=1.45；CH2O=1.68根 据以上烟气的主要成份加权平均计算 出烟气平均比热为 1.46（kJ/Nm3） 烟温提高 100，需补充热量为 ： Q0=1335901.46100=19504140（kJ/h） 折算补气量为 ： U0=1950414015134=1288（m3/h）该厂现有可用燃气 2500m3/h，可供两台锅年 改 造直接经济效益为 277.36 万 元 。实际 上 通 过 补燃改造锅炉实际耗煤量会因气体 燃烧的加入和飞灰含炭量的降低而明显下降，因此，实际效益会大于上述理论计算收益。改造成本如下 ：对锅炉本体的改造工程投资很小， 不足 1年就可收回全部改造资金，具体费用见下表 2。表 2 锅炉改造费用测算表 （2 台 炉 ）结束语4“气 煤 混 烧 ”技术是一项节能减排的环 境保护项目 ，可大大提高企业经济效益 。 在我 国煤焦 、煤化工 、钢铁等企业均可推广应用 。本文对层燃锅炉未做 详 细 定 量 计 算 ，但 根 据 层 燃锅炉燃烧效率低 、煤 种 适 应 性 差的 燃 烧 特 性 ，在 层 燃 炉 上 实 施 “气 煤 混 烧 ”改造，其经济效益将远远超过循环流化床锅炉 。参 考 文 献1工 业 锅 炉 原 理2马 晓 茜 ，张 菱 .HTAC 的关键技术及其高效低污染 特 性 分 析 J.钢 铁 ，1998，64（9）:60-633 韩 昭 沧 . 燃 料 及 燃 烧 M 北 京 : 冶金工业出版社 ，1994.944曾 汉 才 .燃 烧 与 污 染 M.武 汉 :华中理工大学出版 社 19925Hasegawa T .High temperature air combustion as a core t