第32卷第7期咼爐技術(shù)Vo1.32,No.72001年7月BOILER TECHNOLOGYJul, 2001文章編號: CN31-1508(2001 )07-0001-06煤氣化一無煙燃燒技術(shù)的應(yīng)用王擎2， 孫東紅2，郝志金'，孫鍵}，鄭恩輝'，吳少華2，秦裕琨2(1. 東北電力學(xué)院，吉林吉林132012; 2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)關(guān)鍵詞:工業(yè)鍋爐;煤氣化;無煙燃燒摘要:根據(jù)我國對小型工業(yè)鍋爐提出的要求,分析了目前我國小型工業(yè)鍋爐面臨的問題和工業(yè)鍋爐的消煙除塵技術(shù)。比較了幾種能源作為鍋爐燃料供暖成本.提出了煤氣化一無煙燃燒技術(shù)。該技術(shù)既可用于舊式鍋爐的改造,也可用于開發(fā)新型無煙型工業(yè)鍋爐,為實現(xiàn)工業(yè)鍋爐無煙化創(chuàng)出了-條新路。中圖分類號: TK16文獻標(biāo)識碼: A的47.45%;生活用鍋爐26.34萬臺,占總量的0前言52.55%,而這兩種用途的鍋爐平均單臺容量僅為中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國,2.28t/h,且其中的熱水鍋爐主要用在華北、東北也是目前世界上少有的幾個以煤為基本能源的及西北地區(qū),占總量的93%以上。國家之一,煤占一次能源總量的75%左右1。80工業(yè)鍋爐既是煤炭消耗的大戶(每年消耗煤年代以來,我國煤炭消費持續(xù)快速增長,年均增炭4.3億噸,基本與電站鍋爐消耗煤炭量持平),長率為5.17%l21.進入1997年,由于經(jīng)濟體制改又是造成我國“煤煙型”污染的主要污染源.所以革加快,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化,企業(yè)節(jié)能意識增如何改變?nèi)济哄仩t的燃料結(jié)構(gòu)、合理配置并有效強,以及經(jīng)濟周期波動,石油大量進口,高載能產(chǎn)使用煤炭資源, 以滿足日益嚴格的環(huán)保要求,使品對國內(nèi)高耗能產(chǎn)品的抑制以及受東南亞金融我國經(jīng)濟和社會能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,從根本上控危機和亞洲經(jīng)濟衰退等諸多因素的影響,造成我制我國“煤煙型”大氣污染,則是一項十分緊迫的國煤炭消費的下降.但是,從長遠觀點看,隨著國任務(wù)。民經(jīng)濟的持續(xù)增長,能源消耗量總是要以一定的1工業(yè)鍋爐面臨的挑戰(zhàn)比例增長的,煤炭在我國-次能源消費結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位的格局不會改變,預(yù)測從2005年前我國是當(dāng)今世界燃煤工業(yè)鍋爐生產(chǎn)和使用后開始,煤炭需求會適度增長。量最多的國家,且具有效率低、分布廣、單臺容量我國是擁有工業(yè)鍋爐最多的國家,據(jù)統(tǒng)計(3],小結(jié)構(gòu)不盡合理.輔機配套不善、儀表自控水平到1998年末，全國在用鍋爐總數(shù)為50.65萬臺,低、運行操作管理人員素質(zhì)差、高科技含量少等其中工業(yè)鍋爐50.12萬臺、電站鍋爐0.5286萬特點.我國在用工業(yè)鍋爐平均熱效率約65%,比臺.工業(yè)鍋爐中生產(chǎn)用鍋爐23.78萬臺,占總量發(fā)達中國煤化工個百分點,浪費原YHCNMHG收稿日期: 2001-01-04基金項目:吉林省科技發(fā)展計劃資助項目,吉科合字第1990342-02號.作者簡介:王擎(1964-), 男,教授,博士,哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士后.現(xiàn)工作于東北電力學(xué)院動力系，主要從事潔凈煤燃燒技術(shù)的研究務(wù)勢勢延您.鍋爐技術(shù)第32卷煤相當(dāng)嚴重.又由于我國小型工業(yè)鍋爐,尤其是鍋爐不準(zhǔn)燒原煤,不準(zhǔn)新建10t/h以下燃煤供暖2t/h以下鍋爐絕大多數(shù)消煙除塵設(shè)備不完善或鍋爐.另外其他城市如大連、四川、長春等城市也根本沒有消煙除塵設(shè)備,同時又無脫硫設(shè)備,造要求小型鍋爐不準(zhǔn)燃用原煤,而改燒油、天然氣成大多數(shù)鍋爐煙囪排放黑煙滾滾,排煙黑度、煙或型煤,即加大燃油和燃氣在能源構(gòu)成中的比塵濃度和SO2排放濃度嚴重超過國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。重.這些政策無疑給環(huán)境保護帶來了福音,其目為減輕污染,保護大氣環(huán)境,我國-些主要的就是要減輕鍋爐對大氣的污染.但同時也帶來城市已相繼出臺政策,限制現(xiàn)有小型鍋爐燃用原一些問題:價格問題;安全問題;根據(jù)現(xiàn)有狀況,煤.北京市于1999年規(guī)定[4],城近郊8個區(qū)現(xiàn)有燃油、燃氣資源的供應(yīng)能否得以保障.采暖鍋爐要由現(xiàn)在的燃煤改燒天然氣，一部分比因此，無論從減輕環(huán)境污染,還是節(jié)約能較陳舊的燃煤鍋爐將用新的燃氣鍋爐更新.1999源一間接地減輕環(huán)境污染來看,可以說工業(yè)鍋年太原市政府發(fā)布了《關(guān)于控制大氣污染的通爐現(xiàn)面臨著嚴重的挑戰(zhàn),已經(jīng)到了非大治不可的知》規(guī)定,限期將燃煤鍋爐改造為燃油(氣)鍋爐.歷史階段.沈陽市政府于1995年5月5日頒發(fā)《沈陽市人2 6種能源供暖成本分析民政府關(guān)于嚴格控制大氣污染的通告》規(guī)定自1999年10月1日起對單臺容量在0.7MW以下供暖鍋爐可以以原煤、型煤、液化石油氣、天的鍋爐,餐飲服務(wù)業(yè)的爐灶、沿街商亭和各單位然氣、 輕柴油、電為熱源。但由于6種能源價格大建筑工地的茶爐、大灶-律禁止原煤散燒、使用不相同,供暖成本也相差很大。本文結(jié)合吉林市液化石油氣等清潔燃料,并不得再建新的燃煤設(shè)實際情況,對6種能源鍋爐供暖成本予以分析,施.吉林市也采取了類似的措施,規(guī)定從2000年表1給出了6種能源的發(fā)熱值及價格(以吉林市7月1日起吉林市區(qū)1t/h(含1t/h鍋爐)以下的實際情況分析).表16種能源的發(fā)熱值及價格比較原煤型煤液化石油氣輕柴油天然氣電發(fā)熱值.1092411735860kJ/kg3500010246.266388725kcal/kWh(kcal/m3標(biāo)態(tài))價格0.33yuan/kg0.20.242.43.22.45元/kWhyuan/ 10kcal0.040.0480.220.3120.2810.407(yuan/標(biāo)m3)由表1可見,按每千千卡發(fā)熱值計算,原煤期的供暖成本示于表 2.價格0.04元,為100%,則型煤價為原煤的1.2以原煤供暖成本為100%,則型煤為107%,倍;液化石油氣為5.5倍;天然氣為原煤7.0倍;為原煤的1.07倍;油液化氣為290%,為原煤的.輕柴油為7.8倍;電為10倍.若計人鍋爐熱效2.9倍;天然氣為357%，為原煤的3.57倍;輕柴率,則型煤為原煤的1.14倍;液化石油氣為4.78中國煤化工;電為432%,為原煤.倍;天然氣為6.10倍;輕柴油為6.86倍;電為的.YHCNMHG8.22倍.若按全市平均供暖天數(shù)169天，供暖時間3煤氣化一 無煙燃燒技術(shù)特點4056小時計算,則使用6種能源鍋爐一個供暖3.1消煙除塵技術(shù)第7期王擎，等:煤氣化- -無煙燃燒技術(shù)的應(yīng)用表2、使用6種能源鍋爐的供暖成本比較原煤型煤石油液化氣天然氣輕柴油電能耗費元/m2、供暖期7.07.9233.641.64853.54輔機電耗度/m2、供暖期8.06.04.0輔機電費元/m2、供暖期2.641.981.32人工費元/m2.供暖期2.01.0水費元/m2.供暖期0.7維修費元/m2.供暖期0.5不可預(yù)見費元/m2.供暖期合計13.3414.3438.6847.6852.6857.68注:本分析未考慮基建投資和折舊費用消煙除塵包括消煙(消滅黑煙)和除塵(除去量<1%, 且鍋爐尾部-般都使用布袋除塵器，較飛灰和飛塵)兩項工作.消除黑煙主要依靠選擇小容量的鍋爐用多管除塵器,所以控制煙塵污染適當(dāng)?shù)娜紵O(shè)備和進行合理的燃燒管理才能實不成問題[5].但鍋爐是否冒黑煙卻未見報道.而現(xiàn).也就是說消煙除塵與鍋爐的燃燒狀況有著密我國工業(yè)鍋爐用煤品種多.變化大、質(zhì)量差,而且切的關(guān)系.鍋爐燃燒情況好,黑煙排放減少,就為原煤細末含量多,這不但給層燃爐燃燒帶來很大做好消煙除塵工作創(chuàng)造了有利的先決條件.因困難,而且煙氣的消煙除塵問題也日趨復(fù)雜化，此,搞好消煙除塵工作的關(guān)鍵就是解決燃料合理這些問題是由我國的國情所決定的,而在國外這而完全燃燒問題.方面的經(jīng)驗甚少,無從借鑒.燃料在高溫下燃燒放出大量熱能,其燃燒產(chǎn)總結(jié)我國多年來在工業(yè)鍋爐消煙除塵所做物包括氣體和固體兩部分:氣體中CO是不完的工作,主要有以下幾方面:全燃燒的產(chǎn)物,只有通過調(diào)整燃燒狀況使燃料充(1)采用不同型式的除塵器;分燃燒才能消除。固體殘渣(灰渣)主要成分為金(2)根據(jù)不同爐型、煤種、改造鍋爐拱;屬氧化物和未燃盡的炭粒.在燃燒不完全的情況(3)立式手燒爐燃燒室上部加裝耐火拱,下，-部分碳分子(炭黑)來不及氧化就被煙氣帶或臥式手燒爐內(nèi)加裝爐內(nèi)旋風(fēng)分離器;走,形成黑煙。炭黑是不完全燃燒的產(chǎn)物,是形成(4)鍋爐爐膛內(nèi)布置蒸汽二次風(fēng);黑煙的主要因素。炭黑顆粒度只有0.05~1微(5)簡易煤氣發(fā)生爐和雙層爐排的使用;米,比重很輕,能在空氣中飄浮比較長的時間(燃(6)型煤技術(shù);油燃氣鍋爐在燃燒不好的情況下，也有部分炭黑(7)使用燃油、燃氣鍋爐。排出，形成黑煙.灰渣中顆粒度為50~60微米以上述幾種方法對解決我國工業(yè)鍋爐的消煙除下的部分,隨煙氣進人鍋爐尾部,成為煙氣中的塵起到了-定的積極作用,但總體看來,采用除塵灰塵.器對解決工業(yè)鍋爐的粉塵排放是有效的,但很難在西方,油、氣價格低,燒油、氣不但鍋爐熱解 決鍋爐冒黑煙問題;鍋爐爐拱的改造難于適應(yīng)效率高,而且運輸、貯存方便,鍋爐污染少.因此煤種 多變的要求;利用蒸汽二次風(fēng)對于蒸汽鍋爐對這種量大面廣的小容量鍋爐推廣燃油、氣鍋可以中國煤化工蒸汽的來源是個大爐,也不進行排放控制,而對于燃煤鍋爐來說,雖問題MHCN M H G層爐排爐又難于向有排放標(biāo)準(zhǔn)的控制,但由于所燃用的是國家供應(yīng)大容量鍋爐發(fā)展;鍋爐燒型煤具有良好的環(huán)境效經(jīng)過洗選的標(biāo)準(zhǔn)煤,其含灰量小于5%,粒度不大益和節(jié)能效益,但型煤在我國工業(yè)鍋爐上的燃燒于25mm,而小干3mm的煤屑量少于30%,含硫尚存在很大問題，原因是我國工業(yè)鍋爐都是按燒鍋爐技術(shù)第32卷原煤設(shè)計,不適合燃燒型煤;燃油、燃氣鍋爐雖具吉林省吉林市毓文中學(xué)原有1臺SZGx2-有燃燒效率高、低污染、自動化程度高等優(yōu)點,但1.25-A1型鍋爐,供學(xué)校游泳館加熱水之用。該用戶能否承擔(dān)得起,且長期供應(yīng)能否得以保障。鍋爐設(shè)計蒸發(fā)量2t/h,工作壓力1.25MPa,燒3.2煤氣化一無煙燃燒技術(shù)II、I類煙煤.鍋爐自投運以來一直黑煙滾滾,造由于煤氣化具有高效、清潔的特點,在煤炭成嚴重的環(huán)境污染,周圍群眾意見很大,新聞單的綜合利用方面占有舉足輕重的地位,因而長期位也曾予以暴光批評.雖學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對此十分重以來受到人們的青睞,但由于制造煤氣與運輸煤視,但始終未能解決.改燒天然氣,學(xué)校又無經(jīng)濟氣設(shè)備復(fù)雜、費用高、推廣起來就比較困難。煤是實力.中國的主要能源,今后絕大多數(shù)鍋爐還應(yīng)以燒煤吉林市毓文中學(xué)鍋爐為雙縱鍋簡固定爐排手為主,但是燃煤鍋爐必需解決煙塵污染問題.若燒爐，設(shè)計者為實現(xiàn)消煙除塵,采取了如下措施:想消除鍋爐黑煙問題，只有強化燃燒,讓炭黑氧(1)在爐膛上部空間設(shè)置了“具有分離隔化變成二氧化碳。這就要求根據(jù)不同燃料和不同.室的臥式旋風(fēng)燃燼簡”，以實現(xiàn)飛灰循環(huán)燃燒;.的燃燒設(shè)備,采取相應(yīng)的措施使煙塵中的可燃成(2)用耐火混凝土將大部分水冷壁(含旋分在爐膛里完全燃盡,達到消除黑煙、提高燃料.風(fēng)燃燼簡)覆蓋,以減少輻射受熱面積,提高爐膛利用率的目的.溫度,企圖消除黑煙.但是,幾年來鍋爐運行的實“煤氣化一無煙 燃燒技術(shù)”是在總結(jié)煤氣際情況表明這兩項技術(shù)措施并沒有起到予期作發(fā)生爐和層狀燃燒鍋爐消煙除塵經(jīng)驗基礎(chǔ)上發(fā)用,鍋爐仍然是黑煙滾滾。明的一種嶄新的燃燒技術(shù).利用該技術(shù)設(shè)計的鍋2000年5月,應(yīng)毓文中學(xué)的委托,我們采用爐在結(jié)構(gòu)上將傳統(tǒng)的煤氣發(fā)生爐與層燃爐有機煤氣化一無煙燃燒技術(shù)對該爐進行了改造。根據(jù)地結(jié)合在一起,使煤炭氣化與燃燒過程在一個爐改造工程量小、投資小、工期短、見效快、操作簡膛內(nèi)一并完成一-稱為“一體化”。 理論上,它打單、便于工人掌握的原則，確定了如下改造方案破了傳統(tǒng)的煤氣發(fā)生爐和層狀燃燒鍋爐的模式，與技術(shù)措施;采用了薄煤層低風(fēng)速氣化,通過相應(yīng)的強化燃燒(1 )不改動鍋爐承壓部件;等措施實現(xiàn)了可燃氣體的燃盡和飛灰在爐內(nèi)的(2)保持原固定爐排,人工投煤方式;分離燃盡,這樣在無爐外除塵器情況下達到排煙(3 )采用“煤氣化一無煙燃燒一體化技無色一俗稱無煙,消除了小型工業(yè)鍋爐黑煙滾術(shù)”,在爐膛下部增設(shè)無煙化燃燒裝置實現(xiàn)煤的滾的嚴重污染現(xiàn)象。若在燃料中加入脫硫劑或燃氣化與無煙燃燒,提高燃燒效率.用具有固硫劑的型煤,則可以實現(xiàn)床內(nèi)固硫,從另外根據(jù)原有鍋爐情況，對對流管束積灰進而達到清潔燃燒、高效利用之雙重目的.我們已行清理,同時對鍋爐省煤器和除塵器進行檢修。將該技術(shù)應(yīng)用于2t/h及以下的小型工業(yè)鍋爐,經(jīng)過我們的改造,鍋爐于2000年5月7日已有若干臺投入運行[6].投人運行,一次點火成功.鍋爐煙囪出口處排煙無色，徹底消除黑煙,經(jīng)市環(huán)保監(jiān)測站測試排煙4煤氣化無煙燃燒技術(shù)的應(yīng)用黑度小于林格曼1級,初始煙塵濃度128mg/“煤氣化一無煙燃燒技術(shù)” 是一種清潔高效Nm3,煙塵排放濃度58mg/Nm3,符合國家的燃煤技術(shù),利用該技術(shù)可對現(xiàn)有在用的各式燃中國煤化工類區(qū)要求.鍋爐熱效煤層燃鍋爐(固定爐排爐、鏈條爐排爐和往復(fù)爐率YHCNMHG高18個百分點,節(jié)煤排爐)予以改造,亦可用于新鍋爐設(shè)計,實現(xiàn)煤的20%以上。鍋爐總投資2.5萬元,預(yù)計投資回收時無煙化燃燒,提高熱效率.間8個月。4.1鍋爐改造應(yīng)用.4.2新鍋爐開發(fā)應(yīng)用第7期王擎，等:煤氣化一無煙燃燒技術(shù)的應(yīng)用2000年8月我們應(yīng)用“煤氣化-無煙燃燒行了詳細測試,測試結(jié)果表明:該鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)”設(shè)計制造了1臺1t/h臥式快裝煤氣化一合理、 運行可靠、燃燒正常.無爐外除塵器情況下無煙燃燒鍋爐,設(shè)計燃料為II類煙煤,鍋爐設(shè)計排煙黑度小于林格曼1級，達到排煙無色,鍋爐排熱效率79%,出口蒸汽壓力0.7Mpa.鍋爐為單鍋放濃度76.57mg/m3,符合GWPB3-1999環(huán)保-筒縱置式對稱結(jié)構(gòu),二回程水火管鍋爐。類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。鍋爐熱效率83.72%,具有超負荷能力,鍋爐爐膛兩側(cè)由φ51x2.5mm的膜式水冷并可在70%負荷穩(wěn)定運行,為環(huán)保節(jié)能型鍋爐。壁組成,在兩側(cè)膜式水冷壁外部布置煤無煙燃燒5結(jié)論裝置,爐膛底部采用鑄鐵固定爐排。爐膛分為上、下兩部分，下部為爐排平面至煤層表面稱為煤氣“煤氣化一 無煙燃燒技術(shù)"是在總結(jié)煤氣化段(室),上部為煤層表面至爐膛出口稱為煤氣發(fā)生爐和層狀燃燒鍋爐消煙除塵經(jīng)驗基礎(chǔ)上發(fā)燃燒室.明的一種嶄新的燃燒技術(shù),是一種清潔、高效的爐膛后部設(shè)置了燃燼室,既可延長煙氣和固燃煤技術(shù).利用該技術(shù)可對現(xiàn)有舊式燃煤層燃鍋體顆粒的停留時間,同時可分離一部分顆粒,降爐進 行改造,亦可新設(shè)計制造鍋爐.運行結(jié)果表低煙氣含塵量;燃燼室后布置了第一、二對流受明 鍋爐排煙無色、煙塵排放濃度達到國家I類區(qū)熱面,對流受熱面由螺紋煙管組成,強化傳熱效環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。同時該技術(shù)的應(yīng)用可大幅度提高果,減少受熱面積,節(jié)約鋼材,使鍋爐的結(jié)構(gòu)更為鍋爐熱效率、降低運行成本,應(yīng)用前景廣泛，易于緊湊.推廣應(yīng)用。正常運行時,煤自煤層表面送人,氣化風(fēng)通參考文獻過爐排底部均布后進人煤層,使煤化為煤氣,煤氣的溫度較高.高溫煤氣自煤層表面逸出后進入[1] 陳宏剛，李凡,謝克昌.中國潔凈煤技術(shù)的研究與開發(fā)[J].上部燃燒室,燃燒室四周布置有分段送風(fēng)裝置,煤炭轉(zhuǎn)化, 1997, 20(3).在特殊結(jié)構(gòu)參數(shù)的分段送風(fēng)的作用下煤氣(含少[2] 賀佑國,李瑞峰.全國煤炭消費現(xiàn)狀分析與預(yù)測[J].能源量的微細炭粒一飛灰)與空氣在室內(nèi)產(chǎn)生強烈政策研究, 1999, 3.的擾動并迅速地完成燃燒過程,而微細炭粒大部[3] 郭奎建. 1998年度鍋爐壓力容器情況統(tǒng)計[M].中國鍋分被分離下來返回煤層表面再燃;煤層表面在高爐壓力容器安全, 1999, 15(3).溫?zé)煔獾妮椛渥饔孟乱苍谌紵⑿纬筛邷?保證[4] 沈楨珉.燃燒鍋爐改燃氣鍋爐的技術(shù)[J].中國鍋爐壓力了高溫煤氣的穩(wěn)定燃燒.爐膛四周布置有輻射受容器安全, 1999, 15(6)熱面,以保證爐膛出口煙溫.由上部燃燒室出來[5]譚美健.高效工業(yè)鍋爐前期調(diào)研項目中國專家赴美有感的煙氣進人燃燼室,經(jīng)第一、二對流受熱面后由[J]工業(yè)鍋爐, 1993, 35(3).引風(fēng)機引至煙囪排出。[6]孫東紅,王擎,秦裕琨等.煤氣化-- 無煙燃燒技術(shù)[J].鍋爐投運后,吉林市環(huán)境保護監(jiān)測站和吉林工業(yè)鍋爐, 2000, 63(3).市節(jié)能測試中心對該鍋爐的性能及環(huán)境指標(biāo)進中國煤化工MYHCNMHG6鍋爐技術(shù)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頁)量的目的。水平,利用該系統(tǒng)對煤粉濃度進行調(diào)節(jié)和控制。(3)充分利用該系統(tǒng),防止煤粉管堵塞,調(diào)(2)完善-次測量元件,如選用高精度的平燃燒器,層與層,角與角之間的煤量,合理調(diào)整測量風(fēng)速的差壓變送器,改善測溫元件的耐磨爐內(nèi)熱負荷分配,有效地抑制和消除水冷壁超溫性,提高系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性,從而達到分爐煤計現(xiàn)象,為“四管”防爆漏起到應(yīng)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.中國煤化工MYHCNMHG