雜醇摻燒技術(shù)應(yīng)用

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(鶴壁煤電股份有限公司化工分公司，河南 鶴壁 458000)

雜醇摻燒技術(shù)應(yīng)用

李勝利，武占強，白濤，曹慧敏

(鶴壁煤電股份有限公司化工分公司，河南 鶴壁 458000)

針對煤制甲醇中產(chǎn)生的雜醇廢液，分析了雜醇廢液的成分和特性，采取了將雜醇廢液以液態(tài)霧化的形式引入動力廠煤粉鍋爐中摻燒的措施，從而解決了煤制甲醇過程中產(chǎn)生的雜醇廢液難以處理的問題。實踐證明，雜醇摻燒既進行了有害物質(zhì)的無害化處理，解決了環(huán)保問題，又節(jié)約了鍋爐燃煤，僅煤耗這一項每年就可節(jié)約費用118萬元。

雜醇；煤粉爐摻燒；空氣霧化甲醇槍；雜醇燃燒

煤制合成氣再合成甲醇，在甲醇的合成過程中存在著其他副反應(yīng)，作為化工產(chǎn)品銷售的甲醇需要進行精餾提純，這樣就會產(chǎn)生一定量的雜醇廢液。雜醇組分為20%～30%甲醇、10%～20%乙醇，其他為水和微量的硫化氫、丙醇、戊醇等。雜醇為危險化學品，運輸、銷售困難。為解決雜醇廢液的處置問題，可將雜醇以液態(tài)通過氣泡霧化的形式引入動力廠燃煤鍋爐與煤粉進行摻燒。雜醇液體燃料的汽化(蒸發(fā))溫度通常低于其燃料的自燃溫度，所以燃燒實際上是在汽相中發(fā)生的，液體燃料蒸發(fā)得越快，燃燒就越好。而單位質(zhì)量雜醇燃料表面積越大，其蒸發(fā)速度就越快。雜醇液體燃料霧化的目的，就是通過霧化形成顆粒直徑非常小、尺寸均勻的液霧，以增加液體燃料與空氣的接觸面積，提高蒸發(fā)速度，既可減少環(huán)境污染，同時也能改善鍋爐燃燒狀況，降低NOx和碳煙的排放，緩解我國能源緊張局勢，提高資源綜合利用，是保護生態(tài)環(huán)境的一條有效途徑。2015年8月，鶴煤化工分公司與西安圣光控制設(shè)備有限責任公司合作，對鶴煤化工分公司動力廠2臺燃煤鍋爐進行了改造。

1 鍋爐設(shè)備概況

動力廠鍋爐為高壓粉煤鍋爐，生產(chǎn)廠家是華西能源工業(yè)股份有限公司，型號為DGJ220/9.81-Ⅱ7，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、水平濃淡直流燃燒器，采用大風箱布置方式。

2 采用新能源節(jié)能燃燒器

為實現(xiàn)鍋爐摻燒雜醇液的要求，采用一種新能源節(jié)能燃燒器，該燃燒器包括槍頭蓋、槍芯。槍頭蓋通過槍芯與空氣管道、雜醇管道連通，在槍頭蓋與槍芯之間形成混合室，在槍頭蓋上設(shè)有噴口，空氣管道和雜醇管道的出口均與混合室連通，空氣管道與空氣入口連接，雜醇管道與雜醇入口連接示意見圖1。

圖1 空氣管道與空氣入口連接，雜醇管道與雜醇入口連接示意1—槍頭蓋；2—槍芯；3—空氣管道；4—雜醇管道；5—墊片；6—混合室；7—空氣入口；8—雜醇入口

新能源節(jié)能燃燒器包括槍頭蓋、槍芯、空氣管道和雜醇管道；槍芯設(shè)置在空氣管道和雜醇管道的前端，槍頭蓋設(shè)置在槍芯前端，在槍頭蓋與槍芯之間形成混合室，通過槍芯將混合室與空氣管道、雜醇管道連接，在槍頭蓋上設(shè)有一組噴口。為防止混合室內(nèi)的混合物泄漏，燃燒器在槍頭蓋與槍芯的連接處設(shè)有墊片。

空氣管道和雜醇管道的出口均與混合室連通，空氣管道與空氣入口連接，雜醇管道與甲醇入口連接。空氣管道套裝在雜醇管道的外圍，通過空氣入口和雜醇入口，空氣、雜醇分別進入空氣管道、雜醇管道內(nèi)，并經(jīng)槍芯進入混合室。

新能源節(jié)能燃燒器的燃燒系統(tǒng)包括通過空氣入口與空氣管道相連的空氣支管，空氣支管上依次設(shè)有氣表、空氣逆止閥、空氣氣動球閥和空氣截止閥；空氣截止閥的另一端通過霧化空氣支管與空氣氣源連接；還包括通過雜醇入口與雜醇管道相連的雜醇支管，雜醇支管上依次設(shè)有油表、燃油調(diào)節(jié)閥、燃油氣動球閥和燃油截止閥；燃油截止閥的另一端通過槍前燃油支管與燃料系統(tǒng)連接；在霧化空氣支管上連接有吹掃管路，在吹掃管路上依次連接有截止閥、吹掃氣動球閥、流量開關(guān)、逆止閥，逆止閥的另一端連接在雜醇支管上，如果可以連接在油表和燃油調(diào)節(jié)閥之間則更佳。燃燒器空氣入口通過金屬軟管與氣表連接，雜醇入口通過金屬軟管與油表連接。

本新能源節(jié)能燃燒器專用于以燃燒醇為燃料的燃燒設(shè)備，燃燒穩(wěn)定，使用壽命長。使用該新能源節(jié)能燃燒器時，燃料系統(tǒng)采用低壓供料方式，雜醇壓力為0.5～1 MPa，空氣壓力為0.5 MPa(g)左右，大大降低電能和設(shè)備成本。寬調(diào)節(jié)比為1∶6，適應(yīng)各種環(huán)境要求，管路要求低，自力式調(diào)節(jié)閥使輸出壓力穩(wěn)定可靠，多節(jié)過濾系統(tǒng)可有效地防止噴嘴堵塞。

3 雜醇霧化槍的霧化原理

氣泡霧化槍是一種全新的霧化技術(shù)，其霧化機理是利用流體力學的兩相流原理，將蒸汽或壓縮空氣注入到低壓雜醇里，形成雜醇氣泡流，利用氣泡的產(chǎn)生、運動及變形，在槍出口處形成氣泡內(nèi)外壓力差，通過其壓差使氣泡爆破來霧化的。由于氣泡霧化克服的是雜醇的表面張力，所以其能耗小，霧化顆料細(SMD≤50 μm)，而且尺寸分布均勻，分布指數(shù)N>2。由于霧化效果好，燃燒充分，火焰明亮，不冒黑煙；再加上其結(jié)構(gòu)特性，雜醇噴孔、氣孔均較大，而且孔數(shù)多，所以不易出現(xiàn)結(jié)焦、堵塞等問題，維護量小。油槍頭霧化裝置見圖2，雜醇槍霧化效果見圖 3，雜醇槍燃燒效果見圖4。

圖2 油槍頭霧化裝置

圖3 雜醇槍霧化效果

圖4 雜醇槍燃燒效果

氣泡霧化槍量調(diào)節(jié)比為1∶6，調(diào)節(jié)范圍很寬，可適用于雜醇摻燒、甲醇和輕柴油助燃等。

實踐證明，使用雜醇氣泡霧槍后，只要對進入燃料的量值和過程適當控制，就能使升溫速率有效控制在規(guī)定值以內(nèi)，更能保證鍋爐安全。圖5、6是停爐7 h和30 h后重新啟動鍋爐時的升溫曲線，對比使用雜醇摻燒和未使用雜醇摻燒的鍋爐升溫曲線后會發(fā)現(xiàn)，使用雜醇摻燒更有利于鍋爐升溫，能夠節(jié)省燃料(如煤粉)。

圖5 停爐7 h后啟動的升溫曲線

圖6 停爐30 h后啟動的升溫曲線

4 方案設(shè)計

雜醇作為輔助燃料，以液態(tài)氣泡霧化的形式引入動力廠燃煤鍋爐，布置下層二次風箱以保證雜醇能正常燃燒。 針對鶴煤化工分公司日產(chǎn)約15 t雜醇的需要，甲醇槍設(shè)計參數(shù)如下。

4.1 空氣霧化雜醇槍

甲醇出力0.8～1.2 t/h，可通過自力式調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，閥后配套壓力表，霧化空氣壓力0.3～0.6 MPa(g)。法蘭固定，304材質(zhì)，配套高壓連接軟管2 m。

4.2 雜醇槍燃燒器

(1)穩(wěn)燃罩大小與二次風道口對應(yīng)，材質(zhì)為316 L。

(2)甲醇槍護罩管，材質(zhì)為316 L。

(3)法蘭用于固定空氣霧化甲醇槍。

4.3 配一臺防爆屏蔽泵

工作壓力為2 MPa(g)，流量為3 m3/h；防爆屏蔽泵安裝在現(xiàn)有管道上，以提高管道壓力。

5 改造配置清單及改造效果

鶴煤化工分公司動力廠對2臺燃煤鍋爐進行改造，改造配置清單見表1。

表1 改造配置清單

鶴壁煤電股份有限公司化工分公司與西安圣光控制設(shè)備有限責任公司合作，將2臺燃煤鍋爐進行了改造摻燒雜醇，于2016年10月成功投入使用，運行效果良好，解決了雜醇廢液的處置問題，達到了預期的效果。

6 結(jié)語

雜醇以液態(tài)氣泡霧化的形式引入動力廠燃煤鍋爐與煤粉進行摻燒改造，改動量小，周期短，使用效果明顯，既進行了有害物質(zhì)的無害化處理，解決了環(huán)保問題，又增加了經(jīng)濟性效益，變廢為寶。改造項目通過摻燒雜醇，能有效利用甲醇精餾產(chǎn)生的廢液，節(jié)約了鍋爐的燃煤。如果以日產(chǎn)雜醇15 t，雜醇中可燃物含量40%，雜醇熱值以甲醇熱值22.7 MJ/kg計，褐煤熱值20.9～31.9 MJ/kg，僅此每天就可節(jié)約燃煤15×0.4×22.7/20.9=6.5 t，按動力煤550元/t計算，燃料煤所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益達到 6.5×550=3 575元/d。因此，僅從煤耗方面每年就可節(jié)約費用118萬元。

[1]鄒軻，項旭昇，李海立，等.柴油摻燒甲醇預混合燃燒和排放特性[J].汽車安全與節(jié)能學報，2015(03)：272-279.

[2] 王忠，李仁春，張登攀，等.甲醇/柴油雙燃料發(fā)動機燃燒過程分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2013，29(8)：78-83.

[3] 張旭東.壓縮比和甲醇摻燒比對進氣預混甲醇柴油機燃燒過程的影響[D].江蘇大學，2015.

修改稿日期：2017-07-28

TheTechnologicalApplicationofFuselCombustion

LI Sheng-li，WU Zhan-qiang，BAI Tao，CAO hui-ming

(HebiCoal-ElectricityCo.，Ltd.，thebranchcompanyofchemicalindustry，HebiHenan458000，China)

This paper analyzes the component and feature of fusel，a kind of waste fluid from coal made methanol，and takes targeted measures to introduce fusel by means of atomization into the powerhouse of pulverized coal boiler treated with combustion. Thus，the problem of waste fluid，produced from the coal-made methanol，can be easily solved with the above methods. As the practice shows，the combustion of fusel has not only handled the hazardous materials through non-hazardous methods，with the environmental problems being solved，but saved the costs of coal-burning in the boiler，which means that the costs of 1.18 million yuan can be saved.

fusel，the combustion of pulverized coal，the atomized methanol gun，the combustion of fusel

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.017

T223.121

B

1004-8901(2017)05-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.017

李勝利(1967年—)，男，河南鶴壁人，1989年畢業(yè)于河南工學院機械制造工藝專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事設(shè)備管理和備件管理工作。