氣煤混燒技術(shù)在集中供熱等工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用探討

孫志勇

（沈陽(yáng)市熱力工程設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110014）

從當(dāng)前實(shí)施的現(xiàn)狀分析，燃煤是工業(yè)鍋爐主要的消耗能源，而且使用廣泛，數(shù)量龐大，在運(yùn)行過(guò)程中的規(guī)格參數(shù)低，整體的運(yùn)行效率較差。工業(yè)鍋爐以運(yùn)用鏈條鍋爐為主，占據(jù)我國(guó)工業(yè)鍋爐使用總量的70%以上，受到鏈條鍋爐結(jié)構(gòu)和燃燒方式的影響，鍋爐整體利用效率低，實(shí)際出力偏低，燃料浪費(fèi)情況和污染狀況嚴(yán)重，是當(dāng)前節(jié)能減排重點(diǎn)整治的對(duì)象。

近年來(lái)，以太陽(yáng)能為主的可再生能源受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，得到普及應(yīng)用，而且天然氣作為清潔燃料也被受到重視。天然氣與煤的混合燃燒成為有關(guān)學(xué)者研究的重要課題，主要的目的就是充分利用天然氣的再染技術(shù)，降低煙氣中的一氧化氮含量，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫硝的目的。

1 氣煤混燒技術(shù)概述

氣煤混燒技術(shù)最早在國(guó)外出現(xiàn)，最初在層燃爐排鍋爐和拋煤機(jī)鍋爐中得到使用，最主要的原因是因?yàn)檫@類(lèi)型鍋爐的燃燒性能差，燃燒產(chǎn)生的效率低，對(duì)于煤種的挑選要求高，因此無(wú)法同時(shí)兼顧到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的雙重要求，在發(fā)展過(guò)程中遇到了淘汰的危機(jī)。為了更好地改善運(yùn)轉(zhuǎn)中的特點(diǎn)，符合環(huán)境保護(hù)的要求，氣煤混燒技術(shù)因此得以誕生。根據(jù)有關(guān)資料文獻(xiàn)顯示，氣煤混燒技術(shù)有利于節(jié)約能源，減少能源消耗對(duì)環(huán)境造成的污染，降低向環(huán)境排放的廢氣量。但是由于當(dāng)時(shí)小型的制粉設(shè)備技術(shù)不具備成熟條件，這種簡(jiǎn)單的改造產(chǎn)生的效果比較有限。

對(duì)于集中供熱的工業(yè)鍋爐來(lái)講，氣煤混燒技術(shù)的應(yīng)用比優(yōu)化改造工業(yè)鍋爐或者增加環(huán)保設(shè)施體現(xiàn)出更多的經(jīng)濟(jì)性，表現(xiàn)出以下多重優(yōu)勢(shì)：第一，暖爐干凈、衛(wèi)生；點(diǎn)火方便、快捷；第二，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，即使在低負(fù)荷狀態(tài)的運(yùn)行下也能表現(xiàn)出快速的升降反應(yīng)；第三，受到燃燒效率升高和空氣系數(shù)降低雙重因素的影響，造成鍋爐的熱效率提高；第四，如果出現(xiàn)不符合燃燒條件或者燃燒質(zhì)量變差等情況，鍋爐會(huì)主動(dòng)冒出黑煙，直接降低了鍋爐煙塵的排放量；第五，拓展延長(zhǎng)了工業(yè)鍋爐的使用年限，節(jié)省投入資金，可以制成工程量小的鍋爐。

2 分析氣煤燃燒技術(shù)應(yīng)用的可行性

在與煤炭有關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域中，如化工和鋼鐵等，都需要通過(guò)煤炭取得熱能的生產(chǎn)條件，滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的同時(shí)還會(huì)向外界釋放出大量的可燃?xì)怏w，這些氣體排向大氣都廢氣的形式呈現(xiàn)，造成多種能源被浪費(fèi)掉，對(duì)大氣環(huán)境有所污染。氣煤混燒技術(shù)研究的條件是為了回收利用鍋爐生產(chǎn)中的廢氣，屬于一種先進(jìn)技術(shù)，只是對(duì)集中供熱的工業(yè)鍋爐做出優(yōu)化改造，不需要附加任何條件就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢氣的回收利用，大大提高了鍋爐燃燒的效率。

3 分析技術(shù)改造方案和效益

鏈條爐排鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐是我國(guó)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)的主要形式，我們?cè)诖酸槍?duì)氣煤混燒技術(shù)在集中供熱等工業(yè)鍋爐中上應(yīng)用展開(kāi)論述，通過(guò)調(diào)整改造工業(yè)鍋爐的技術(shù)，完成工業(yè)廢氣也能被循環(huán)利用的目的，技術(shù)改造方案中以提高鍋爐燃燒效率和提高經(jīng)濟(jì)效益為要求。

3.1 鏈條爐鍋爐改造方案

鏈條爐排鍋爐在生產(chǎn)應(yīng)用中主要流程步驟如下：首先在爐膛內(nèi)置入燃料，燃料呈現(xiàn)是固態(tài)形式，隨著爐排的實(shí)時(shí)移動(dòng)同步開(kāi)始燃燒和前進(jìn)，最終以爐灰渣的形式進(jìn)入到灰渣斗內(nèi)部，這個(gè)生產(chǎn)燃燒過(guò)程由于多種外界條件的存在會(huì)間接受到影響，比如燃料質(zhì)量的優(yōu)劣，送風(fēng)方式和燃燒條件等，最后形成的燃燒狀況也會(huì)有所差異，外在因素主要有燃料的質(zhì)量好壞，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際需要，煤層的厚度和送風(fēng)方式需要自由選擇調(diào)節(jié)，內(nèi)在因素包括鍋爐結(jié)構(gòu)以及鍋爐的燃燒狀態(tài)等多個(gè)方面。氣煤混燒技術(shù)從有效改善鍋爐內(nèi)的燃燒條件出發(fā)，使得燃料充分接觸空氣，和傳統(tǒng)方法相比較接觸面積更大，直接優(yōu)化燃燒的條件，最終實(shí)現(xiàn)提高鍋爐燃燒效率的目標(biāo)。

氣煤混燒技術(shù)改造方案要在適當(dāng)位置安裝燃?xì)鈬娋祝饕x擇鍋爐前方和后拱部位，及時(shí)向爐內(nèi)噴射燃?xì)?，根?jù)燃燒熱量的需要盡量提高后拱區(qū)的溫度反應(yīng)，快速推進(jìn)燃料進(jìn)入到作用爐膛，達(dá)到預(yù)熱的條件。與此同時(shí)借助燃?xì)猱a(chǎn)生的熱流擾亂煙氣的流動(dòng)率，直接將火焰中心溫度區(qū)上升到最高溫，讓整個(gè)爐排上的燃料層在正常狀態(tài)下處于一個(gè)高溫區(qū)域，增強(qiáng)正在發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。同時(shí)安裝燃?xì)鈬娮煸跔t膛中部的左右墻上方，加劇了對(duì)氣流的流動(dòng)，改善輻射形式下傳熱的效果，使得入爐的燃料盡量釋放出所有的熱量，充分加劇氣流運(yùn)動(dòng)，提高爐膛上部煙氣的溫度，改善輻射傳熱的效果，盡量將爐膛內(nèi)的燃料燃燼釋放出充足的熱量，提高燃燼率。

3.2 循環(huán)流化床鍋爐改造方案

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來(lái)講，其自身獨(dú)有的燃燒方式具有優(yōu)勢(shì)，能夠大大提高燃燒效率，但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，燃燒方式經(jīng)常不盡人意，偏離了設(shè)計(jì)運(yùn)行狀況，出現(xiàn)差錯(cuò)，特別是小型的循環(huán)流化床鍋爐，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)出力的效果。這種情況的發(fā)生一方面是由于在早期循環(huán)流化床研究過(guò)程中，工業(yè)調(diào)查不夠深入，現(xiàn)存的分析技術(shù)不夠成熟健全，設(shè)計(jì)出來(lái)的爐膛結(jié)構(gòu)、分離和返料設(shè)備仍舊存在不適應(yīng)問(wèn)題，直接對(duì)鍋爐的整體運(yùn)行水平產(chǎn)生阻礙。另一方面，循環(huán)流化床在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，氣流速度分布于爐膛截面上具有不穩(wěn)定性，層次不均分散在爐膛截面上，其中心的流動(dòng)速度最高，而鍋爐壁面的氣流速度會(huì)相對(duì)較低。同時(shí)爐膛內(nèi)的燃料粒度層次布置不均勻，物料的濃度和呈現(xiàn)出來(lái)的相應(yīng)變化，當(dāng)爐膛內(nèi)的上部位燃料的濃度降低時(shí)，上部位的傳熱效果變得較差，爐膛的出口溫度適當(dāng)會(huì)降低，在上部物料濃度升高的情況下，對(duì)應(yīng)的氣流速度會(huì)相應(yīng)升高。傳熱效果不斷增強(qiáng)，爐膛內(nèi)部的出口溫度會(huì)急劇上升，沒(méi)有燃燒完全的顆粒也會(huì)被煙氣攜帶飛出爐膛，這種情況下的逃逸顆粒會(huì)隨著旋風(fēng)進(jìn)入到下一個(gè)工作流程中，但是微小部分的顆粒會(huì)繼續(xù)被煙氣攜帶，經(jīng)過(guò)除塵器捕捉分離排出爐外，成為不完全燃燒的熱能量。由于氣流在爐膛截面上分布不均勻，意味著爐膛空間內(nèi)的氣體混合具有不均勻性，氣流混合的差異加劇了氧化反應(yīng)，最后氧化強(qiáng)烈的中心區(qū)域出現(xiàn)了氧量供應(yīng)不足的情況，氧量富余在邊緣區(qū)域。缺氧區(qū)域會(huì)由于氧化燃燒不充分造成熱損失，鍋爐燃燒的效率會(huì)下降。

為了改善這種情況，利用氣煤混燒的技術(shù)適當(dāng)優(yōu)化改造工業(yè)鍋爐，提供對(duì)能源燃燒的利用率，同時(shí)加強(qiáng)氣流的運(yùn)動(dòng)，充分使得氣體之間相混合，一方面強(qiáng)化氣流和固體顆粒之間的接觸面積，同時(shí)加劇兩者的反應(yīng)，延長(zhǎng)固體顆粒在爐膛內(nèi)部的停留時(shí)間，達(dá)到充分氧化的目的，釋放出全部的熱量。另一方面由于氣流的充分流動(dòng)，爐膛上方的氣流會(huì)呈現(xiàn)出湍流的狀態(tài)，不斷加劇交換反應(yīng)，提高燃燒的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氣煤混燒技術(shù)是一項(xiàng)符合國(guó)家節(jié)能減排宣傳理念的環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目，有助于提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)生更好的社會(huì)效益，可以在煤炭、化工以及鋼鐵等有關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。本文主要針對(duì)循環(huán)流化鍋爐展開(kāi)討論，但是如果選擇層燃鍋爐進(jìn)行優(yōu)化改造，針對(duì)燃燒效率低和煤種適應(yīng)性差等燃燒特點(diǎn)，就會(huì)對(duì)層燃鍋爐應(yīng)用氣煤混燒技術(shù)，最終層燃鍋爐產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)優(yōu)于循環(huán)流化鍋爐，并且更加符合節(jié)能環(huán)保的項(xiàng)目要求。

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