煤氣化無(wú)煙燃燒技術(shù)的實(shí)驗與應用

東北電力學(xué)院學(xué)指第21卷第4期Journal Of Northeast ChinaVol.21, No.4200年12月Institute Of Electric Power EngineeringDec. ,2001文章編號:1005-2992(2001 )04-0053-04煤氣化無(wú)煙燃燒技術(shù)的實(shí)驗與應用賈俊曦',王擎},孫東紅',單 明2(1.東北電力學(xué)院動(dòng)力工程系,吉林吉林132012;2. 長(cháng)春第一熱電有限責任公司,吉林長(cháng)春130052)要:針對我國工業(yè)鍋爐的現狀及經(jīng)濟性差和污染嚴重的問(wèn)題,結合我國的實(shí)際,提出了煤氣化無(wú)煙燃燒技術(shù)。通過(guò)試驗臺，上消煙除塵的實(shí)驗以及實(shí)際的運行表明該鍋爐能夠達到環(huán)保要求,同時(shí)具有較高的效率,值得采用和推廣。關(guān)鍵詞:工業(yè)鍋爐;煤氣化無(wú)煙燃燒;消煙除塵中圖分類(lèi)號:C701.2 .文獻標識碼:A1問(wèn)題的提出眾所周知,我國是產(chǎn)煤大國,也是用煤大國。目前我國- -次能源消耗中煤炭占了75% ,而這些煤炭中僅有16%是用于非直接燃燒用途的[1。所以我國的大氣污染是典型的煤煙型大氣污染,并且大氣治理的難度必然隨著(zhù)煤炭消費量的大幅度增加而加大[2,3]。據統計資料顯示,1993年由于燒煤造成的SO2排放和煙塵排放就分別占到了總排放量的90%和70%。我國工業(yè)鍋爐的數量及耗煤量均居世界首位,這就使得工業(yè)鍋爐成為造成我國鍋爐效率低下和環(huán)境污染問(wèn)題的一一個(gè)重要方面[4]。我國工業(yè)鍋爐的特點(diǎn)是:第一,燃料以原煤為主，燃油鍋爐僅占一小部分。第二,數量多,分布廣,并且小型鍋爐居多。第三,技術(shù)落后,且用戶(hù)的管理水平低。因此自然就形成了如下的問(wèn)題:第一,燃燒效率和熱效率低,又由于我國工業(yè)鍋爐有五十多萬(wàn)臺,所以總的經(jīng)濟損失相當大。第二,煙塵、氮氧化物、硫氧化物的排放遠遠超過(guò)國家的環(huán)保標準。煤氣化無(wú).煙燃燒技術(shù)就是針對此種問(wèn)題并結合我國的實(shí)際情況而產(chǎn)生的。2煤氣化無(wú)煙燃燒 的試驗研究.2.1基本原理該技術(shù)是一種將移動(dòng)床煤氣發(fā)生爐與層燃爐結合起來(lái)的一種燃燒技術(shù)。它既不象煤氣發(fā)生爐那樣僅制取煤氣,若需燃燒還需將其引人另外的燃燒室中進(jìn)行,也不象傳統層燃爐那樣直接是塊或面狀煤炭的燃燒。它是先使煤氣化,然后在煤層上部空間布置二次風(fēng),組織分段送風(fēng)，使煤氣分級燃燒,輻射換.熱。在結構上,將移動(dòng)床煤氣發(fā)生爐與層燃爐燃燒室結合在中國煤化工。圖1所示為“煤氣化-無(wú)煙燃燒鍋爐”熱態(tài)試驗臺。該TYHCNMHG弋層燃鍋爐。該鍋收稿8期:2001-08-22作者簡(jiǎn)介:賈俊曦(1977- ).男,東北電力學(xué)院碩士研究生。54東北電力學(xué)院學(xué)報第21卷爐由圓柱形殼體、封頭、爐膛、對流管束及爐排組成。爐體外徑700 mm、內徑500 mm,試驗臺架總體高3m、本體高2m。爐膛分上、下兩部分:下部爐排表面2至煤層表面稱(chēng)為煤氣化段(室),上部煤層表面至爐5膛出口稱(chēng)為煤氣燃燒室。燃燒室出口布置有螺紋煙管組成的對流受熱面。在距爐排不同高度處布置多3層二次風(fēng),其中每層二次風(fēng)沿簡(jiǎn)體由四個(gè)進(jìn)風(fēng)口送人,并可通過(guò)調整二次風(fēng)噴咀的角度使其在爐膛內形成大小不同的切圓,以組織燃燒。1在該實(shí)驗臺上進(jìn)行了各種實(shí)驗,包括氣化、燃燒并進(jìn)行了各種參數如溫度過(guò)量空氣系數、含塵濃度、煙氣黑度、氮氧化物濃度的測D3定。這里主要介紹含塵濃度和煙氣黑度的實(shí)驗。2.2消煙除塵的試驗研究隨著(zhù)人們對環(huán)境保護的重視,對工業(yè)鍋爐煙塵的排放控制的越來(lái)越嚴。因此認識煙塵的組成和形1.螺紋管;2-給煤斗;3-_二次風(fēng)口:4.灰斗;成原因就顯的很有必要。5-水夾套;6-爐門(mén);7-下 角圈;8-煙氣出口煤炭燃燒形成的污染物主要有煙塵SO2及爐渣圖1“煤移動(dòng)床 氣化一無(wú)煙燃燒鍋爐"熱態(tài)試驗臺三種。從燃煤爐煙囪排出的廢氣中,主要是固體的塵粒和氣態(tài)的煙氣所組成。由此可見(jiàn)，所謂煙塵即是:煙-主要是煙氣中的可燃氣體由于未完全燃燒在高溫條件下還原產(chǎn)生的炭黑。其顆粒度較小,直徑為0.05~1微米。塵~主要是煙氣中夾帶的飛灰(包括未燃盡的顆粒)。其顆粒度較大,一般為5~ 100微米。煙塵是造成大氣污染的主要因素[5]減少煙氣對大氣污染的許多措施中,對于解決排煙中顆粒徑較大的塵粒、炭粒問(wèn)題，可以加裝除塵器,將其捕集下來(lái)。然而,對于顆粒徑小，比重輕的炭黑是很難用常規的分離裝置將其分離和清除的。而炭黑恰恰是形成黑煙的主要因素,這就是老式鍋爐冒黑煙的- -一個(gè)原因。為了掌握黑煙排放的規律,實(shí)驗裝置上分別以?xún)煞N燃燒方式對投煤后的煙氣黑度進(jìn)行了測定。，.4o0o.130 35 40時(shí)間(ain)(a)傳統燃燒方式下煙氣黑度隨時(shí)間的變化(b)無(wú)煙燃燒方式下煙氣黑度隨時(shí)間的變化圖2不同燃燒方式下煙氣黑度隨時(shí)間的變化圖2(a)為傳統燃燒方式下手燒爐的幾種運行工況。從中國煤化工~2分鐘內大量的.揮發(fā)物由于來(lái)不及完全燃燒而產(chǎn)生很濃的黑煙。在投煤初MHCNMHG最高值,持續幾分鐘后,隨著(zhù)時(shí)間的變化,煙氣黑度開(kāi)始緩慢降低;到燃燒后期,在不我人利燥時(shí)何優(yōu)r,由于燃料的減少和爐膛溫度的從高到低,煙氣的黑度也就降的很低了,這是符合手燒爐燃燒周期規律的[6]。圖2(b)給出了煤氣化一無(wú)煙燃燒試驗工況下,林格曼黑度隨時(shí)間的變化。從中可以看出,對于層第4期賈俊曦等:煤氣化無(wú)煙燃燒技術(shù)的實(shí)驗與應用55狀燃燒手燒爐,采用該技術(shù),在設定的幾種工況下,林格曼黑度是很低的,即使在投煤的初期,煙氣的黑度也不算太高?？梢哉f(shuō)明這種技術(shù)在消煙方面是比較有效的。這是由于為了消除黑煙,該技術(shù)注意到為了消除黑煙,就必須:①在燃燒室內,氣體燃料與空氣應很好的混合;②要供給充足的空氣,但燃燒溫度不能過(guò)低。③應確保足夠的燃燒時(shí)間。經(jīng)過(guò)反復的試驗觀(guān)察到:二次風(fēng)的位置越低,即越靠近煤層處投人，能夠及時(shí)組織燃燒,這對消除炭黑的形成更為有效;同時(shí)二次風(fēng)采取分層布置,形成幾層不同半徑的切圓,產(chǎn)生了強烈的旋渦運動(dòng),更大大降低了粉塵的排放,而且減少了燃料機械不完全燃燒損失和化學(xué)不完全燃燒損失;第三,采用較低的氣化風(fēng)速(即一次風(fēng)量)本身就降低了粉塵的帶出率。這些都由試驗和采用該技術(shù)的鍋爐得到證實(shí)。同時(shí),也在該試驗裝置上進(jìn)行了含塵量的實(shí)驗。在正常運行工況下,在相同時(shí)間內,無(wú)煙化燃燒所排放的灰塵總質(zhì)量不但小于手燒爐的灰塵總質(zhì)量,并且在飛灰顆粒的分布上,二者也有顯著(zhù)的不同。圖3給出了兩種燃燒方式下飛灰顆粒的篩分圖:(a)無(wú)煙化燃燒工況(b)手燒爐工況圖3兩種燃燒工況下 飛灰顆粒篩分從圖3可以看出:無(wú)煙化燃燒工況下，飛灰顆粒的粒徑變得微細,42 μm以下占88. 87%,42 μm以.上僅占11.13%,72 μm以上僅0.41%;正常手燒爐工況下72 μm以上高達52.06% ;而傳統手燒爐的統計表明,以72 μm為界限,72 μm以下的僅占38%,72 μm以上高達62%。也就是說(shuō)前者排出的是少量的細灰,而后者則是較多量的大顆?；?。產(chǎn)生這種差異的主要原因是二次風(fēng)的旋渦作用使煤氣、燃料顆粒及飛灰均延長(cháng)了在爐內的停留時(shí)間。一些大顆粒燃料或飛灰甚至在離心力作用下又落回到煤層上重新燃燒,所以尾部的煙塵濃度也降低。另一方面,如前所說(shuō),一次風(fēng)不過(guò)大,這樣也使煤層表面的顆粒飛灰不至于過(guò)多揚起。3實(shí)際應用表1主要設計參數鍋爐型號LSG./0.3-0.09- An(0.21 - 0.7/95/70- An)利用該技術(shù)制造的鍋爐在滿(mǎn)足一額定蒸發(fā)量D 0.3vh(0.21 MW)排煙溫度0170 C鍋爐熱效率的同時(shí),在消煙除塵方面燕汽出口壓力P0.4 MPa .設計效率刀76.6%也取得了較好的效果。表1給出了給水溫度I。.20 C計算燃煤量B,41 .66 kg/h利用該技術(shù)制造的一-臺立式0.3 t/h排污率Pp=燃燒方式手燒爐空氣溫度a除渣方式自破渣滾動(dòng)除渣鍋爐的主要設計參數,表2給出該鍋爐的熱工測試數據。中國煤化工在吉林市和其它城市的實(shí)際應用及運行經(jīng)驗表明,采HCNMHG特點(diǎn):第一,在鍋爐內部消煙除塵,無(wú)須另外加除塵器,而其煙塵濃度和SO2排放濃度均符合國家一類(lèi)地區標準;另外,分段送風(fēng),分級燃燒使排煙的NOx大幅減少,符合環(huán)保標準。第二,由于飛灰含量少,所以對流受熱面可以采用較高的煙速和高效傳熱元件,這樣就降低了鋼材i6東北電力學(xué)院學(xué)報第21卷的耗量,減少了費用,爐體可縮小,更加緊湊。表2環(huán)境及熱工測試結果4結論項目單位額定出力70%出力鍋爐出力kg/h320230排煙溫度C140160隨著(zhù)能源消耗的不斷增加,大氣污染越來(lái)越嚴重，排煙處過(guò)?？諝庀禂?.102.19為了解決我國典型的煤煙型大氣污染,就必須重視工爐渣含碳量6.087. 65爐墻表面平均溫度5364業(yè)鍋爐的環(huán)境污染問(wèn)題。煤氣化一無(wú)煙燃燒技術(shù)在滿(mǎn)爐膛溫度946820足鍋爐熱效率和燃燒效率的同時(shí),在消煙除塵方面有正平衡熱效率%80.9478. 17比較好的效果。該技術(shù)是解決大量工業(yè)爐對環(huán)境造成反平衡熱效率82.459.64污染問(wèn)題的有效措施之一,值得采用和推廣。出口煙塵濃度mg/Nm'96.33出口Sor依度59林格曼黑度級<1參考文獻[1]賀佑國,李瑞峰.全國煤炭消費現狀分析及預測.能源政策與研究,199,(3).[2] 曾漢才 .煤的高效清潔與利用技術(shù).電站系統工程, 1995,11(1).[3] 祝平. 潔凈煤技術(shù).山西能源與節能, 199,(3).4] 張素剛.近幾年工業(yè)鋼爐生產(chǎn)發(fā)展概述.工業(yè)鍋爐,1997,(1).[s]沈陽(yáng)市環(huán)境保護辦公室《簡(jiǎn)易煤氣爐>編寫(xiě)組.簡(jiǎn)易煤氣爐.中國建筑工業(yè)出版社,1975.6] 黃煥春.熱工技術(shù)詞典.上海:上海辭書(shū)出版社,1991.The Experiment and Application of Coal Gasificationand Smokeless Combustion TechnologyJIA Jun-xi, WANG Qing ,SUN Dong-hong(Department of Thermal Power Engineering. Northeast China Institute of Electric Power EngineeringJlin City 132012)Abstract: The article introduces the status of the industrial boilers in our country and the problems on thelow economic effect and serious pollution. Based on the reality of our country, we presents the coalgasification and smokeless combustion technology. We also have done the experiments on smokelessprevention and dust control by our device. The practice indicates that it can meet the requirement ofenviroment protection and at the same time it has more economic benefit.It is worth extending.Keywords : Industrial boiler;Coal gasifcation and smokeles combustion; Smokeless prevention and dust control(上接第40頁(yè))Application of MTMD in Controlling Structure VibrationHAN Jian, JIN Zai-nan, CHEN Jing-yan, CHEN Jian-hua(Department of Architectual and Civil Engineering， Northeast China Institute of Elecric power Engineering, Jilin City132012)中國煤化工Abstract: Theory and experiment of multiple tuned massMYHCNM H G paper. Optimizedparameters for M TMD are derived. It is proved that M T M D has engineering practice value .Keywords: M ultiple;tuned mass damper control; Structure vibration