逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐研究與應(yīng)用

劉新尚，桑山松，肖 紅，楊 偉

(駐馬店市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)所，河南 駐馬店 463000)

0 引言

我國在用工業(yè)鍋爐數(shù)量為52.74萬臺，其中90%以煤炭為燃料，年耗燃料約4.22億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能耗占全國能源總量的27.8%。此外每年還要排放大約720萬噸二氧化硫和400萬噸粉塵。煤炭燃燒已成為我國環(huán)境污染物排放的主要來源，因此，研究開發(fā)一種將原煤燃燒轉(zhuǎn)化為煤氣化燃燒的節(jié)能環(huán)保鍋爐十分必要。

煤氣化技術(shù)是指煤在高溫條件下與氣化劑反應(yīng)，使固態(tài)燃料轉(zhuǎn)化成氣態(tài)燃料的技術(shù)。煤氣化技術(shù)的發(fā)展有著較長的歷史，特別是自20世紀(jì)70年代石油危機(jī)以來，世界各國廣泛開展了煤氣化技術(shù)的研究。目前我國煤氣化燃燒技術(shù)在鍋爐方面的應(yīng)用也有多年，發(fā)揮了一定的節(jié)能環(huán)保作用。逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐，就是煤氣化技術(shù)在鍋爐上的科學(xué)應(yīng)用，其突出特點(diǎn)是采用科學(xué)先進(jìn)的爐內(nèi)消煙除塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤氣發(fā)生爐和層燃鍋爐一體化，打破了鍋爐燃燒的傳統(tǒng)模式，具有環(huán)保效果好、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 鍋爐結(jié)構(gòu)簡介及技術(shù)原理

1.1 結(jié)構(gòu)簡介

該鍋爐由承壓本體、煙囪、儀表閥門及附件等部分組成。

鍋爐本體采用立式整體焊接結(jié)構(gòu)，由下腳圈、爐膽、水冷爐排及橫水管焊接組成燃燒室，由爐膽、橢球形爐膽封頭、混凝土澆筑的中拱及橫水管焊接組成燃盡室，橢球形爐膽封頭與沖天管焊接連接，起到補(bǔ)強(qiáng)爐膽、下腳圈的作用。橢球形鍋殼封頭、鍋殼、下腳圈、沖天管焊接連接，形成承壓本體。燃燒室的底部裝有爐排，爐排底部設(shè)有水封渣池(見產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖1)。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

(1)安全閥、輔機(jī)及控制說明

該鍋爐配有A48H－l.6C全啟式彈簧安全閥(DN40)2只。給水泵采用1W2.4－10.5型鍋爐給水泵。

為了有效地監(jiān)視水位及壓力，該鍋爐配備有L350水位計(jì)、壓力表各兩只。

(2)引風(fēng)機(jī)

本鍋爐為機(jī)械通風(fēng)，選用引風(fēng)機(jī)型號:Y5－47N04C，功率3 kW 。

1.2 技術(shù)原理

逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐，主要技術(shù)是改變常規(guī)直燃形式，采用逆燃加二次燃燒并使部分煤轉(zhuǎn)化為煤氣(一氧化碳CO)的燃燒過程。

本鍋爐是一種立式逆燃燃煤蒸汽鍋爐(雙層爐排)，鍋爐的中部設(shè)有爐門、清渣門、水冷爐排;鍋爐下部設(shè)有燃燒室和機(jī)械爐排及清灰門，燃燒室內(nèi)設(shè)有橫水管，鍋殼與爐膽的夾層中間設(shè)有火管;其水冷爐排上部裝有中拱，中拱上部設(shè)有燃盡室，燃盡室內(nèi)裝有橫水管，爐膽項(xiàng)部設(shè)有煙道口，鍋爐后部設(shè)有后煙道與引風(fēng)機(jī)連接，煙囪直接安裝在引風(fēng)機(jī)上。

燃料在水冷爐排上燃燒后，火焰向下直接輻射沖刷燃燒室和橫水管，經(jīng)火管進(jìn)入燃盡室，火焰在火管內(nèi)流動，充分與管壁進(jìn)行熱交換，吸收大量的熱能傳遞給介質(zhì)水，在燃盡室內(nèi)，高溫?zé)煔庠俅螞_刷多排橫水管后進(jìn)入后煙道，最后煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大氣。煙氣經(jīng)過橫水管阻擋，經(jīng)火管繞行進(jìn)入燃盡室，再次經(jīng)過橫水管阻擋進(jìn)入后煙道，這個(gè)過程即是放熱的過程也是除塵的過程。高溫?zé)煔獾膿Q熱流程長，熱量大部分被吸收，燃料在水冷爐排上基本燃盡，只是在經(jīng)清渣門清渣時(shí)會使未燃盡爐渣落到下部的固定爐排上，經(jīng)再次燃燒后作為爐渣經(jīng)清灰門清理。煙氣經(jīng)過熾熱煤層的過濾和多次的煙氣碰撞分離，使排入大氣的煙氣黑度達(dá)到林格曼黑度1級。由于鍋爐的燃燒效果好，熱效率高，故鍋爐的耗煤量比普通鍋爐的耗煤量低三分之一。

1.3 工藝先進(jìn)性

設(shè)計(jì)工藝的先進(jìn)性:本系列鍋爐的設(shè)計(jì)理念打破傳統(tǒng)觀念的火焰燃燒方式，傳統(tǒng)燃燒方式為火焰向上燃燒，火焰越長越好。而本系列鍋爐的燃燒為火焰向下燃燒，煤層通過干餾燃燒，煤粉通過熾熱層，過濾燃燒，使煙氣中的可燃成分最大限度的燃燒完。本系列鍋爐采用水火管混用，讓火在水中行，極大的提高鍋爐的熱效率和降低鍋爐的排煙溫度。煙氣通過鍋爐的本身結(jié)構(gòu)達(dá)到除塵效果。

制造工藝的先進(jìn)性:本系列鍋爐的焊接，除管接頭焊接外，其余全部采用埋弧自動焊，保證了鍋爐的焊接內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)也保證了焊縫的外觀成型質(zhì)量。

本鍋爐的使用先進(jìn)性:本鍋爐的使用，可降低鍋爐房內(nèi)灰塵量，降低司爐工的勞動強(qiáng)度(省煤)，更主要的是，本系列鍋爐能燃燒煙煤達(dá)到環(huán)保要求。

1.4 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表1 各種爐型的主要技術(shù)參數(shù)

表1中三種類型均為立式逆燃環(huán)保鍋爐，其結(jié)構(gòu)類型相同，都屬于立式鍋殼鍋爐;不同的是額定蒸發(fā)量和額定蒸汽壓力。

2 鍋爐能效及環(huán)保測試結(jié)果

表2 1 t/h逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐定型產(chǎn)品能效測試結(jié)果匯總表

表3 1 t/h逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐環(huán)保測試結(jié)果

以上表2和表3測試結(jié)果可以看出，逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐其能效和環(huán)保相應(yīng)指標(biāo)均能達(dá)到國家規(guī)定。與常規(guī)直燃燃煤鍋爐相比較，逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐平均熱效率提高10% ～15%，節(jié)能20%以上，排塵達(dá)到二類地區(qū)。這樣，既實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用煤，又減少了粉塵、二氧化硫等污染物的排放，對實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能和減排約束性目標(biāo)具有極其重要的意義。

3 結(jié)束語

通過實(shí)際測試，逆燃煤氣化節(jié)能環(huán)保鍋爐與常規(guī)直燃燃煤鍋爐相比較，打破傳統(tǒng)燃燒方式，煙煤達(dá)到無煙燃燒，具有省煤顯著，熱效率高等特點(diǎn);結(jié)構(gòu)獨(dú)特，安裝、使用、維護(hù)方便，安全可靠，在安全、節(jié)能及環(huán)保方面完全符合國家相關(guān)要求，對于解決我國能源緊缺問題，達(dá)到節(jié)能降耗有著重要意義。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG G0001—2012:鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.北京:新華出版社，2012.

［2］中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.GB50273－2009:鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2009.

［3］中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.JB/T10094－2002:工業(yè)鍋爐通用技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T1576－2008:工業(yè)鍋爐水質(zhì)［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

［5］中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.JB/T1612－1994:鍋爐水壓試驗(yàn)技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［6］中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.JB/T1613－1993:鍋爐受壓元件焊接技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

［7］中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.JB/T1619－2002:鍋殼鍋爐本體制造技術(shù)條件［S］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［8］國家發(fā)展改革委員會.JB/T4730－2005:承壓設(shè)備無損檢測［S］.北京:新華出版社，2005.

［9］國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T16508－1996:鍋殼鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［10］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG G0002—2010:鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程［S］.北京:新華出版社，2010.

［11］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG G0003—2010:工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則［S］.北京:新華出版社，2010.

［12］國家環(huán)境保護(hù)總局.GB13271－2001:鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境出版社，2002.

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