小型煤粉工业锅炉技术.doc

小型煤粉工业锅炉技术 一、 概述： 我国对小型煤粉工业锅炉的技术摸索应用在上世纪60年代已经开始了。由于能源结构和技术推广；和对煤粉燃烧技术的认识诸多原因使我国的煤粉过的发展落后于美欧发达锅炉。煤粉燃烧形式主要用于大型热电锅炉，在小型民用锅炉的发展应用处于应用推广阶段。西安路航机电工程有限公司依托和借鉴西安交大热工和能源学院科研专家和山东华源锅炉有限公司的科技和锅炉研发实力，经过多年对煤粉炉、煤粉锅炉研究应用开发总结了一套科学实用的系统经验。（1）小型工业锅炉燃烧煤粉是可行的，可达到很高的燃烧效率。若受热面设计合理，锅炉效率也可以很高，接近或达到90%。（2）采用预燃烧可保证点火容易，燃烧稳定，完全。（3）煤粉制备系统维护比较困难，主要是磨损部分需经常更换，有时还需作动平衡等。（4）使用高效节能布袋高温除尘器，排出得粉尘只有510%，结合二次水幕脱硫后，满足环保排放要求。 采用集中大规模制粉，用车运送到用户的办法可解决制粉系统难于维护的困难，系统机械自动卸灰，综合利用，得到妥善解决。 只要具备合适的技术条件，小型工业锅炉燃烧煤粉的锅炉效率是可以接近或达到90%的，只要能够达到或接近这项技术指标，小型工业煤粉锅炉是值得大力推广的。而如今的社会发展也具备了相应的条件。所以推广的价值无容置疑。 上世纪80年代 中国之所以逐渐退出小型煤粉工业的锅炉的技术研发，主要还是社会发展落后、政府缺乏引导、燃料制备困难，设备投资过高、锅炉布置过于分散且吨位普遍较低、环境污染大的原因。 德国、法国之所以在上世纪80年代开始这项技术逐渐成熟，恰是基于比中国当时社会现状好得多的客观社会情况。在燃料制备上，其实现了煤粉的集中制粉和配送。而社会经济的发达程度，加上油气成本的提高，保证了有足够的资金进行煤粉锅炉的项目投资和技术研发。 随着国际能源价格的不断高涨，及社会发展和节能趋势的要求，同时中国的社会经济已经发展到较好的程度，确实在事实上已经具备了发展小型煤粉工业锅炉的条件。 现在的小型工业煤粉锅炉，事实上在2005年前煤科院已经实施开发，并在2007年首先在大同向13家用户推广了18台小型煤粉工业锅炉。而后又衍生了山西蓝天、山东华源、山东泰山锅炉等厂商。但是经过应用调查来看，这几年技术推广相当缓慢，似乎给人一种“雷声大、雨点小”的感觉。 参考国家权威专家的结论意见，目前煤粉锅炉的技术现状，对煤粉锅炉技术的的研究，要大力推广小型工业煤粉锅炉技术，还需从以下几个方面努力。 一解决粉源问题。采用集中大规模制粉是今后相当一段时间煤炭结构发展的一个趋势。相比较炉前制粉依然存在着众多的问题，小型炉前煤粉制备系统设备存在以下问题具体如下： 1.维护困难。 2.分散投资，对社会资源是一种浪费，包括土地、投资、管理维护等。如建10个小制粉厂投入肯定远远高于建一个大的制粉厂，这是常识。 3.炉前制粉成本高、产出效益低。小出力的制粉系统，其制粉所消耗的电能、易损件磨损（经常称之为“钢耗”）要高得多。 4.煤粉品质难以保证，尤其体现在煤粉的灰分、硫份上。直接会影响到煤粉的煤粉锅炉的系统运行及污染物的排放问题。 5.煤粉是易爆物体，小而分散的制粉点增加了众多的危险源。 结合这些问题，“采用集中大规模制粉”是必然的。在甘肃、陕西山西省份地区，目前已在开始实施。只不过根据本人对当地煤粉价格的了解，在实现“集中大规模制粉”的同时，也导致了当地煤粉价格的不合理高企，甚至处于了少数人、少数企业的垄断之下。或许这也是而今中国的社会问题缩影的一部分。 根据社会发展的经验，及中国的社会现状，“采用集中大规模制粉”，长期稳定的提供煤粉更需要社会去努力，政府（政策）去引导。何为长期稳定，就是“价格、货源、煤粉品质的长期稳定”。 所以要在中国大力推广小型煤粉工业锅炉，“采用集中大规模制粉，长期稳定的提供优质煤粉”，须放在第一位。是必须首先要解决的。 二、燃烧技术。 燃烧技术主要是燃烧器的技术。 从对目前国内的小型煤粉工业锅炉燃烧技术的了解，目前国内的燃烧器技术是非常落后的。国内小型煤粉工业锅炉的推广“雷声大、雨点小”、暴露出了很多问题，应该均与此有关。 国内的这项燃烧器技术，首先是由煤科院研发推出，对外宣称是基于德国煤粉燃烧技术发展起来的，而根据笔者的研究，这两种技术完全没有关联性。煤科院的燃烧技术，笔者基本称之为改进型的“预燃室单通道燃烧器技术”；而德国的煤粉燃烧技术，是典型的“多通道空气分级燃烧器技术”。 在煤粉燃烧器技术领域，有一句常规的流行语，“单通道不如双通道，双通道不如三通道，三通道不如多通道”。所以煤科院不管对这项技术改进了多少，单通道技术还是非常落后的。 单通道的优势，在于火焰集中，火焰核心明显。但从现代燃烧学来说，其弊端也是非常明显的，那就是火焰刚性无法得到合适调节，火焰中心温度高，易结焦（渣），同时氮、硫氧化物产生多，污染大。 而煤科院或许为了适应如今科学倡导的低氮燃烧，同时采取了预燃烧室全水冷度的做法，这可能会大大降低了接近预燃室壁的火焰区域的温度，从而降低整个燃烧区域的温度。但是也极易导致结焦（渣）的可能性，同时降低了煤粉燃烧的燃尽率。 煤科院的“全水冷度预燃室单通道燃烧技术”是不成熟的，这种技术势必产生结焦（渣）、燃尽率差的问题，这一点经过笔者对用户的调查和了解，已经得到了证实。同时，对是否实现了低氮燃烧，笔者的态度也是怀疑的。 反观德国的成熟的煤粉燃烧技术，笔者认为应该引进和学习。煤科院在高效煤粉工业锅炉开发及应用的论文也提及，“德国煤粉工业锅炉的关键技术是小型高效全密闭制粉（如HM流派）技术、安全储存技术、精确供粉（如Dr.Schoppe流派）技术、空气分级燃烧器技术、“异型”大炉膛锅壳式火管锅炉本体制造技术和自动控制技术”。这中间最关键的技术，笔者认为是“空气分级燃烧器技术”，笔者称之为“多通道空气分级燃烧器技术”。这种技术，是在“集成大型电站煤粉锅炉系统及传统油（气）工业锅炉系统技术要领的基础上，形成的创新”发展起来的，秉承了现代燃烧技术的先进理念，通过德国、法国等国家二十多年的煤粉燃烧应用，证实是成熟可靠的工程技术。 通过对这种技术的研究发现，类似的技术在国内早已普遍使用，包括一部分的电站锅炉燃烧和几乎所有的工业窑炉燃烧。只不过在国内没有应用在小型工业煤粉锅炉而已。这种技术的开发，在技术理论上并不存在大的障碍，只要作一些必须的工程燃烧试验，是可以用较少的投资实现开发目的的。 除了燃烧器，要实现稳定可靠的燃烧，其它方面也必须应该重视，如下。1.煤粉的品质。包括灰分和水分、挥发份、发热值等。 如灰分大，会导致易结焦（渣），增加管束和相关位置的积灰量，从而影响热交换。 如水分大，会降低炉膛温度，增加点火难度，延长煤粉点火飞行距离，从而影响煤粉燃尽率。同时水分增加也或增加结焦（渣）的可能性。所以煤粉品质是保证燃烧的重要方面。 2.合适的锅炉炉膛设计。锅炉的炉膛必须根据煤粉燃烧的特性来设计，如前文提到的德国的“异型大炉膛锅壳式火管锅炉”，也提到了炉膛设计要求。 3.可靠的吹灰技术。煤粉锅炉的灰渣90%的比例以飞灰形式存在，因此积灰问题较为突出。所以须配置可靠的吹灰技术，是不可或缺的。 4.燃烧空气预热。及锅炉配置空气预热器，确保进入锅炉燃烧的空气达到既定的温度，以促进燃烧。 5.锅炉尾气循环技术。特别是在锅壳式火管锅炉中，通过锅炉尾气循环使用，在不影响锅炉热效率的情况下，实现护壁，防止结焦（渣）的可能性。其它还有很多相关的技术应用，在此暂不一一列举。三排污控制。 排污的控制要求，参照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001），小型煤粉工业锅炉的排放要求如下： 燃煤锅炉烟尘最高允许排放浓度，一、二、三类地区分别为“80mg/m3、200mg/m3、250mg/m3”。 其它燃料的锅炉的烟尘排放要求以燃气锅炉要求为最高，在全部区域，均要求在50mg/m3以内。 烟气黑度(林格曼黑度)均要求不超过1级。 燃煤锅炉二氧化硫最高允许排放浓度，为“900 mg/m3” ，氮氧化物暂无要求。 而其它燃料的锅炉对于二氧化硫和氮氧化物最高允许排放浓度，燃轻柴油、煤油锅炉为“500 mg/m3”，燃气锅炉为100 mg/m3”。 所以排污控制主要是锅炉烟尘和硫氧化物的排放。在煤粉燃料中相应体现的主要为灰分和硫份。 在固定燃尽率较低的情况下，如固体未燃尽率大于5的情况下，根据锅炉的理论计算发现，在煤粉中灰分达到15%左右或以上时（不同的煤粉成分或系数选择会有变化，仅供参考），即使配置了除尘效果相对较好的布袋除尘器（按99%除尘效果计算），理论上烟尘的排放指标就会接近甚至超过“250 mg/m3”。因此，煤粉锅炉的烟尘排放控制，即使配置了布袋除尘器，也极须重视。 控制煤粉锅炉的烟尘排放，可以考虑从两方面着手。 一是严格控制煤粉中的灰分含量。根据国外及水煤浆的制作经验，笔者认为，灰分应控制在7%以内，甚至更低些。二是两级除尘，在烟气进入除尘器前，先进行旋风分离除尘。两级除尘的效果会比一级除尘效果要好得多。 硫氧化物的排放。根据锅炉的常规测算发现，在煤粉中含硫量达到0.7%左右或以上时（不同的煤粉成分或系数选择会有变化，仅供参考），理论上二氧化硫的排放指标就会接近甚至超过“900 mg/m3”。小型煤粉工业锅炉系统本来已经较为复杂，固定设备投资成本高，占地面积大，且小规模的脱硫设施同样存在效果差，运行成本高，易环境污染的问题。在这种情况下，不应推荐再上脱硫设施，即使在煤粉中掺混一定比例的石灰粉或脱硫剂，应用效果一般较差。因此，要控制煤粉锅炉的二氧化硫排放量，首先应控制好煤粉中的含硫量指标。根据国外及水煤浆的制作经验，笔者认为，含硫应控制在0.35%左右，较为合适，最大不应超过0.5%。另煤粉中相关硫份和灰分的控制，由于在炉前制粉一般无法在这两项指标上采取必要的措施，这是笔者不赞成炉前制粉的最重要原因之一。 四政策推广。 煤粉锅炉技术的重新重视，一方面固然是社会节能的趋势发展，另一方面也不能排除社会价值的因素，那就是煤粉锅炉的单位热量成本要远低于油气锅炉。在国外，“公开的资料研究表明，德国的煤粉工业锅炉系统主要定位在替代油气锅炉，容量一般都小于30蒸t/h（21.0MW）”。笔者参考了大量的实际调查数据，同时经过详细的测算，鉴于煤粉锅炉系统要高得多的投资数额，以煤粉锅炉来代替普通的链条煤粉锅炉，经济价值并不明显。从运行成本上来说，双方的锅炉热效率差距一般不会超过20%，大部分应该在1518%之间，直接运行成本（包括燃料、电、人工、设备维护等）的差距一般不会超过10%，或许只有58%甚至更低。因此，笔者不推荐以煤粉锅炉来代替链条锅炉。在如今，大部分的煤粉锅炉供应商，均宣称节煤量或运行成本可以降低30%以上甚至更多，基本上是胡说，只不过是如今工程学术混沌、社会价值观混乱的一种产物。 但从非直接经济价值的角度，煤粉锅炉又有着比一般链条炉更多的优势。如下： 燃料直接污染小。链条炉的燃料一般运输、储存、燃烧前的搬运一般均不会在完全密闭的环境中进行，所以存在这一定的煤燃料污染。而煤粉锅炉技术一旦成熟应用和推广，从储运到进入炉膛燃烧，均是严格控制在全密闭环境中的，不会产生污染，因此有社会环保价值。自动化控制。一般煤粉锅炉的电气控制设计，自动化程度都很高，这是一般链条锅炉无法比拟的。 灰渣污染。 同燃料的直接污染，煤粉锅炉一般灰渣污染非常小，灰渣二次利用价值高，链条炉则要差得多。 排放污染。 煤粉炉一般均配置布袋除尘器，排放指标易控制。链条炉如果配置布袋除尘器也能达到同样的效果，但很多链条锅炉均没有配置除尘设备。燃料品质控制 。煤粉锅炉的推广一旦实现，集中制粉、配送粉是不可避免的；这一方面可以实现产业化，降低社会能耗，另一方面有利于煤粉品质的集中管理，而这直接导致锅炉的排放指标。所以煤粉锅炉的燃料品质较易实现可控。但相对来说，链条锅炉的燃料虽然国家也有一些标准规定，但按中国的实际现状，管理难度非常大。燃料的品质是影响锅炉烟尘、硫氧化物的最主要因素。 因此，只要煤粉锅炉的推广实现相应的产业化，管理是可控的，因此技术是值得推广的。鉴于油、气燃料成本的高昂，小型工业煤粉锅炉替代油、气锅炉，即使同样出力的煤粉锅炉系统的投资成本数倍于相应出力油气锅炉的成本，同时占地面积要大得多，小型煤粉工业锅炉还是具有无可比拟的优势。这直接决定小型煤粉工业锅炉值得政策推广。 但是，如果国内对