气煤混烧技术在集中供热等工业锅炉上的应用探讨

2018-06-28孙志勇

中国设备工程 2018年12期

孙志勇

（沈阳市热力工程设计研究院，辽宁沈阳 110014）

从当前实施的现状分析，燃煤是工业锅炉主要的消耗能源，而且使用广泛，数量庞大，在运行过程中的规格参数低，整体的运行效率较差。工业锅炉以运用链条锅炉为主，占据我国工业锅炉使用总量的70%以上，受到链条锅炉结构和燃烧方式的影响，锅炉整体利用效率低，实际出力偏低，燃料浪费情况和污染状况严重，是当前节能减排重点整治的对象。

近年来，以太阳能为主的可再生能源受到社会各界的广泛关注，得到普及应用，而且天然气作为清洁燃料也被受到重视。天然气与煤的混合燃烧成为有关学者研究的重要课题，主要的目的就是充分利用天然气的再染技术，降低烟气中的一氧化氮含量，实现炉内脱硝的目的。

1 气煤混烧技术概述

气煤混烧技术最早在国外出现，最初在层燃炉排锅炉和抛煤机锅炉中得到使用，最主要的原因是因为这类型锅炉的燃烧性能差，燃烧产生的效率低，对于煤种的挑选要求高，因此无法同时兼顾到经济发展和保护环境的双重要求，在发展过程中遇到了淘汰的危机。为了更好地改善运转中的特点，符合环境保护的要求，气煤混烧技术因此得以诞生。根据有关资料文献显示，气煤混烧技术有利于节约能源，减少能源消耗对环境造成的污染，降低向环境排放的废气量。但是由于当时小型的制粉设备技术不具备成熟条件，这种简单的改造产生的效果比较有限。

对于集中供热的工业锅炉来讲，气煤混烧技术的应用比优化改造工业锅炉或者增加环保设施体现出更多的经济性，表现出以下多重优势：第一，暖炉干净、卫生；点火方便、快捷；第二，负荷调节能力强，即使在低负荷状态的运行下也能表现出快速的升降反应；第三，受到燃烧效率升高和空气系数降低双重因素的影响，造成锅炉的热效率提高；第四，如果出现不符合燃烧条件或者燃烧质量变差等情况，锅炉会主动冒出黑烟，直接降低了锅炉烟尘的排放量；第五，拓展延长了工业锅炉的使用年限，节省投入资金，可以制成工程量小的锅炉。

2 分析气煤燃烧技术应用的可行性

在与煤炭有关的行业领域中，如化工和钢铁等，都需要通过煤炭取得热能的生产条件，满足生产需求的同时还会向外界释放出大量的可燃气体，这些气体排向大气都废气的形式呈现，造成多种能源被浪费掉，对大气环境有所污染。气煤混烧技术研究的条件是为了回收利用锅炉生产中的废气，属于一种先进技术，只是对集中供热的工业锅炉做出优化改造，不需要附加任何条件就实现了工业废气的回收利用，大大提高了锅炉燃烧的效率。

3 分析技术改造方案和效益

链条炉排锅炉和循环流化床锅炉是我国工业锅炉生产的主要形式，我们在此针对气煤混烧技术在集中供热等工业锅炉中上应用展开论述，通过调整改造工业锅炉的技术，完成工业废气也能被循环利用的目的，技术改造方案中以提高锅炉燃烧效率和提高经济效益为要求。

3.1 链条炉锅炉改造方案

链条炉排锅炉在生产应用中主要流程步骤如下：首先在炉膛内置入燃料，燃料呈现是固态形式，随着炉排的实时移动同步开始燃烧和前进，最终以炉灰渣的形式进入到灰渣斗内部，这个生产燃烧过程由于多种外界条件的存在会间接受到影响，比如燃料质量的优劣，送风方式和燃烧条件等，最后形成的燃烧状况也会有所差异，外在因素主要有燃料的质量好坏，根据工业生产中的实际需要，煤层的厚度和送风方式需要自由选择调节，内在因素包括锅炉结构以及锅炉的燃烧状态等多个方面。气煤混烧技术从有效改善锅炉内的燃烧条件出发，使得燃料充分接触空气，和传统方法相比较接触面积更大，直接优化燃烧的条件，最终实现提高锅炉燃烧效率的目标。

气煤混烧技术改造方案要在适当位置安装燃气喷咀，主要选择锅炉前方和后拱部位，及时向炉内喷射燃气，根据燃烧热量的需要尽量提高后拱区的温度反应，快速推进燃料进入到作用炉膛，达到预热的条件。与此同时借助燃气产生的热流扰乱烟气的流动率，直接将火焰中心温度区上升到最高温，让整个炉排上的燃料层在正常状态下处于一个高温区域，增强正在发生的氧化还原反应。同时安装燃气喷嘴在炉膛中部的左右墙上方，加剧了对气流的流动，改善辐射形式下传热的效果，使得入炉的燃料尽量释放出所有的热量，充分加剧气流运动，提高炉膛上部烟气的温度，改善辐射传热的效果，尽量将炉膛内的燃料燃烬释放出充足的热量，提高燃烬率。

3.2 循环流化床锅炉改造方案

对于循环流化床锅炉来讲，其自身独有的燃烧方式具有优势，能够大大提高燃烧效率，但是在实际工业生产过程中，燃烧方式经常不尽人意，偏离了设计运行状况，出现差错，特别是小型的循环流化床锅炉，无法达到设计出力的效果。这种情况的发生一方面是由于在早期循环流化床研究过程中，工业调查不够深入，现存的分析技术不够成熟健全，设计出来的炉膛结构、分离和返料设备仍旧存在不适应问题，直接对锅炉的整体运行水平产生阻碍。另一方面，循环流化床在正常生产状态下，气流速度分布于炉膛截面上具有不稳定性，层次不均分散在炉膛截面上，其中心的流动速度最高，而锅炉壁面的气流速度会相对较低。同时炉膛内的燃料粒度层次布置不均匀，物料的浓度和呈现出来的相应变化，当炉膛内的上部位燃料的浓度降低时，上部位的传热效果变得较差，炉膛的出口温度适当会降低，在上部物料浓度升高的情况下，对应的气流速度会相应升高。传热效果不断增强，炉膛内部的出口温度会急剧上升，没有燃烧完全的颗粒也会被烟气携带飞出炉膛，这种情况下的逃逸颗粒会随着旋风进入到下一个工作流程中，但是微小部分的颗粒会继续被烟气携带，经过除尘器捕捉分离排出炉外，成为不完全燃烧的热能量。由于气流在炉膛截面上分布不均匀，意味着炉膛空间内的气体混合具有不均匀性，气流混合的差异加剧了氧化反应，最后氧化强烈的中心区域出现了氧量供应不足的情况，氧量富余在边缘区域。缺氧区域会由于氧化燃烧不充分造成热损失，锅炉燃烧的效率会下降。

为了改善这种情况，利用气煤混烧的技术适当优化改造工业锅炉，提供对能源燃烧的利用率，同时加强气流的运动，充分使得气体之间相混合，一方面强化气流和固体颗粒之间的接触面积，同时加剧两者的反应，延长固体颗粒在炉膛内部的停留时间，达到充分氧化的目的，释放出全部的热量。另一方面由于气流的充分流动，炉膛上方的气流会呈现出湍流的状态，不断加剧交换反应，提高燃烧的效率。

4 结语

综上所述，气煤混烧技术是一项符合国家节能减排宣传理念的环境保护项目，有助于提高生产企业的经济效益和产生更好的社会效益，可以在煤炭、化工以及钢铁等有关的行业领域中推广应用。本文主要针对循环流化锅炉展开讨论，但是如果选择层燃锅炉进行优化改造，针对燃烧效率低和煤种适应性差等燃烧特点，就会对层燃锅炉应用气煤混烧技术，最终层燃锅炉产生的经济效益会优于循环流化锅炉，并且更加符合节能环保的项目要求。