燃煤锅炉清洁燃烧技术设备的研究与应用.pdf

分类々 工程硕士学位论文 自级 编号 燃煤锅炉清洁燃烧技术设备的研究与应用 硕士研究生 指导教师 企业导师 工程领域 学位论文主审人 潘睿 陈树华教授 赵直高级工程师 土木工程 何建副教授 哈尔滨工程大学 2 0 0 7 年5 月 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 摘要 针对我国燃煤锅炉热效率低、严重污染环境等状况及我国现有的“以煤 为主”的能源政策，提出一种新的锅炉清洁燃烧技术设备一工业及采暖锅炉 炉前型煤机，通过研究与实际运行测试，证明其可实现燃煤锅炉的清洁燃烧， 有效降低粉尘和S O ，排放。 论文对我国燃煤锅炉清洁燃烧技术研究的意义、现状进行综述，对新研 制的燃煤锅炉清洁燃烧技术设备一工业及采暖锅炉炉前型煤机的研究、设计、 制造和应用过程进行了详细总结，预测了该领域近期的技术发展。 燃煤锅炉是各行各业重要设备之一，分布面广，数量多，大都是链条炉 排锅炉，全部燃烧原煤，这种形式的炉排在燃烧过程中，通过炉排缝隙，漏 煤量较多，炉渣含炭量高，锅炉热放率低，排烟浓度高，严重污染了环境。 为改变工业锅炉原煤散烧这一局面，达到节能和环保的目的，几年来，对燃 煤锅炉清洁燃烧技术进行了研究，并研制出工业及采暖锅炉炉前型煤机。 工业及采暖锅炉炉前型煤机适用于链条炉排取暖锅炉、工业锅炉或炉窑， 是一种由燃烧散煤改为直接燃烧型煤的清洁燃烧技术设备，它能有效地解决 冒黑烟的问题，实现煤的清洁燃烧，特别适用于燃烧洗煤厂分离出来的粉煤。 它与国内外同类产品相比具有以下优点不需要事先对原煤进行预筛分和预 破碎。实现了燃料层分层结构与型煤结构并存。实现了燃煤层厚度无级调整， 与炉排的运行速度及不同煤种的合理匹配。能够同时实现消烟、除尘与脱硫。 关键词燃煤锅炉；清洁燃烧；炉前型煤机；消烟i 除尘；脱硫 A b s t r a c t T h es o u r c e so fe n e r g yp o l i c ys p e c i f i c a l l yf o ro u rc o u n t r yc o a l 删b o i l e r h e a t i n gu pi n e f f i c i e n t ，t h ec o a lc o n t a m i n a t i n ga l le n v i r o n m e n tg r a v e l yw a i t i n gf o r ”戚n gt h a ts t a t u sa n do u rc o u n t r yn O Wh a v eg i v i n gf i r s tp l a c et o “，o n ei n d u s t r y r e a c h e st h eb o i l e rc l e a n - c o m b u s t i o nt e c h n o l o g ye q u i p m e n ts u g g e s t i n gt h a to n e k i n di sn e wh e a t i n gb o i l e rs t o k e h o l dt y p ec o a lm a c h i n e ，t h ec l e a n i n gt e s t i f y i n gt h e p e r s o nb u tr e a l i z i n gac o a lf i r e db o i l e rb u r n s ，h a sa ne f f e c tt or e d u c ed u s ta n d b l o w o f f b ys t u d ya n da c t u a lo p e r a t i o nt e s t i n g ． T h et h e s i si si np r o g r e s st ot h a ts i g n i f i c a n c e ，c u r r e n ts i t u a t i o nt h a to u r c o u n t r yc o a lf i r e db o i l e rc l e a n - c o m b u s t i o nt e c h n o l o g ys t u d i e ss u mu p ，r e c e n tt h a t f i e l dt e c h n o l o g yd e s i g n i n g ，c r e a t i n ga n da p p l y i n gp r o c e s st on e wt h ec o a lf i r e d b o i l e rc l e a n - c o m b u s t i o nt e c h n o l o g ye q u i p m e n t - i n d u s t r yd e v e l o p i n ga n dh e a t i n g b o i l e rs t o k e h o l dt y p ec o a lm a c h i n er e s e a r c h , t oh a v ec a r r i e do u tt h ed e t a i l e d s u m m a r y ，f o r e c a s td e v e l o p s ． T h a tt h ec o a lf i r e db o i l e ri st h a to n eo fi m p o r t a n te q u i p m e n to fa l l p r o f e s s i o n sa n dt r a d e s ，d i s t r i b u t i o nf a c ea r eb r o a d ，q u a n t i t yi sm a n y , i st h a tt h e c h a i ns t o v ea r r a n g e st h eb o i l e r ，a l lc o m b u s t i o nr a wc o a lm o s t l y ，t h i sf o r ms t o v e p a s s e sh e a to fr O Wg a pr o wi nt h ep r o c e s so fc o m b u s t i o n , l e a kc o a la m o u n t sa r c m o r e ，s l a gc o n t a i n sa m o u n t sc h a r c o a lh e i g h t ，b o i l e rf e v e rp u t si nr a t e sl o w ， a r r a n g e sc i g a r e t t et h i c k n e s sh e i g h t ，t h ee n v i r o n m e n th a v i n gc o n t a m i n a t e dg r a v e l y B et h a tb o i l e rr a wc o a li ss c a t t e r e dc h a n g ei n d u s t r yb u mt h i so n ea s p e c t ，a c h i e v e e n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o np u r p o s e ，i nr e c e n ts e v e r a l y e a r s ，t h ed e a n - c o m b u s t i o nt e c h n o l o g yh a sc a r r i e do u tt h eb o i l e rs t o k e h o l dt y p e c o a lm a c h i n es t u d y i n g , a n dd e v e l o p i n go u ti n d u s t r ya n dt h eh e a t i n gO i lt h ec o a l f i r e db o i l e r ． 哈尔滨工程大学硕十学位论文 I n d u s t r ya n dh e a t i n gb o i l e rs t o k e h o l dt y p ec o a lm a c h i n ea p p l yl ot h ec h a i n s t o v ew a r ms e l fr o wt h eb o i l e r ，i n d u s t r yb o i l e ro rs t o v ek i l I l ，a r eo u ek i n do ft h e c l e a n - c o m b u s t i o nt e c h n o l o g ye q u i p m e n ts w i t c h i n go v e rt Ob et Ob u mt y p ec o a l d i r e c t l yf r o mb u r n i n gs c a t t e r e dc o a l ，i tc a nr e s o l v et h ep r o b l e mb l a c ks m o k e r i s i n ge f f e c t i v e l y ，t h ec l e a n i n gr e a l i z i n gc o a lb u m s ，a p p l i e st os p e c i a l l yt h ef i n e c o a lt h a tc o m b u s t i o nc o a lc l e a n i n gp l a n ts e p a r a t e so u t ．I th a st h ef o l l o w i n gm e r i t c o m p a r e dw i t hh o m ea n da b r o a dt h es a m ek i n dp r o d u c t D on o tn e e dt ob ei n p r o g r e s si na d v a n c et or a wc o a lt h e ，s i e v i n gs u mj si na d v a n c ei na d v a n c eb r o k e n ． H a v er e a l i z e df u e lt i e ro fd e l a m i n a t i o n ss t r u c t u r ec o e x i s tw i t ht y p ec o a ls t r u c t u r e ． H a v er e a l i z e dt h er a t i o n a lm a t c h i n gb u r n i n gc o a ls e a mt h i c k n e s st h e r eb e i n gn o t h eo p e r a t i o ns p e e da d j u s t i n gs t e p ，a r r a n g i n gw i t ht h es t o v ea n db e i n gu n l i k et h e c o a ls p e c i e s ．B ea b l et or e a l i z eas m o k ep r e v e n t i o na n dd u s tc o n t r o la tt h es a m e t i m e , a n dd e s u l f u r a t e ． K e yw o r d s c o a lf i r e db o i l e r ；c l e a n i n gb u m s ；s t o k e h o l dt y p ec o a lm a c h i n e ； a b a t es m o k i n g ；d u s tr e m o v a l d e s u l f u r a t e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者 签字 碴簦 日 期砷f 月加日 哈尔滨T 稃大学硕十学位论文 第1 章绪论 1 ．1 引言 锅炉是供热之源，它作为建筑配套设备的一个重要组成部分，能有效的 把燃料转化为热能，它在工业与民用建筑中得到普遍的应用。 我国有近5 0 万台中小型燃煤锅炉，年直接燃烧原煤4 亿吨以上，排放烟 尘数百万吨，二氧化硫几百万吨，是主要的大气污染源之一。目前，排放的 烟尘和二氧化硫基本上没有切实可行的控制技书装各，不能满足日益严格的 环保排放标准。其中，绝大多数锅炉己采用机器炉排，属层燃结构。它虽改 变了手烧炉单纯的“竖向燃烧”为“三维燃烧”，冒黑烟的状况的有较大的改善， 但它仍具有“竖向燃烧”的成分，冒黑烟的问题尚不能彻底解决。 煤是锅炉燃烧的主要原料，我国是世界上最大的煤炭生产国，同时也是 世界上最大的煤炭消费国，全国约7 0 ％的能源来之于煤炭，基于这一能源结 构。决定了我国的大气污染主要是烟煤型污染，它严重影响着国民经济的建 设和人们的身心健康J 。在当前，随着环保法的进一步贯彻实施，防止烟煤 污染已成为当务之急，而这一污染主要来自各工业炉窑和工业锅炉。产生污 染的主要原因是煤的非清洁燃烧，所以，摆在我们面前的紧迫任务是，如何 控制煤炭开发和利用中造成的污染，有效降低温室气体排放强度，使煤炭成 为生态环境和社会可以接受、经济上合理、能保证供应的能源。这一点是能 够做到的，靠的是洁净煤技术。而中国洁净煤技术是指在煤炭开发和利用中， 旨在减少污染和提高效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称， 其核心是减少污染和提高效率。中国洁净煤技术发展以煤炭洗选为源头，以 煤炭的高效清洁燃烧为核心，以加大煤炭转化，优化终端能源结构和控制污 染为主要内容J 。结合中国的实际情况，发展洁净煤技术的主要目标一是 全过程减排污染，重点是减排s O 、T S P 及N O 。；二是注重提高煤炭的利用 效率，节约煤炭，减排S O 、C O ；三是强化煤炭转化，改善能源终端消费 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 i i i T 1 ■ 结构，促进能源安全问题的解决。发展洁净煤技术是实施中国可持续发展能 源战略的必然要求和现实选择，丽洁净煤技术中，实现煤的高效清洁燃烧更 是重中之重。 工业锅炉燃用型煤属于一种洁净煤的技术，此项技术是节约能源，减轻 大气污染的根本措施之一例。煤炭经过各种途径，包括煤炭的洗选、气化， 液化、水煤浆、型煤等都能改变原煤壹接燃烧．有效实现清洁燃烧的目的。 根据中国能源研究所报告，依据环境效果，节能效果，技术成熟程度和经济 性四项指标，对洁净煤、洗煤、气化、液化等十项技术指标进行综合分析， 型煤技术排列第一。因此，推广应用型煤，改变原煤散烧是治理我国烟煤型 大气污染的一条适合中国国情的有效而实用途径。 目前，绝大多数锅炉已采用机器炉排，属层燃结构。它虽改变了手烧炉 单纯的“竖向燃烧”为“三维燃烧”，冒黑烟的状况的有较大的改善，但它仍具 有“竖向燃烧”的成分，冒黑烟的问题尚不能彻底解决。为了从根本上解决燃 煤所产生的煤烟形大气性污染，实现锅炉中煤的清洁燃烧，几年来我一直在 从事燃煤锅炉清洁燃烧技术的研究，并研制出锅炉清洁燃烧技术设备一工业 及采暖锅炉炉前型煤机。它是根据黑烟形成与燃烧的机理和现有机械炉排影 响燃烧的不利因素设计的，它是将型煤机整体地安装在链条炉的进煤斗下， 其特点是炉排面燃煤层在无压力状态下形成，而且分层燃烧，因而使煤层均 匀、疏松、透风率好，创造了良好的燃烧条件。工业及采暖锅炉炉前型煤机 的适用于链条炉排取暖锅炉、工业锅炉或路窑，是一种由燃烧散煤改为直接 燃烧型煤的清洁燃烧技术设备，它能有效地解决冒黑烟的问题，特别适用于 燃烧洗煤厂分离出来的粉煤。 经在工业型锅炉上应用，型煤成型率为6 5 ％～8 9 ％，锅炉热效率可以提 高1 0 ％，原始烟尘浓度降低5 3 ．6 ～6 9 ．1 ％，节煤率可以达到1 2 ％。减少了炉 渣的排碳量。烟囱排放黑度在林格曼一级以下。由于原始粉尘浓度的降低， 锅炉后面的除尘器很容易达到排放标准，冒黑熘的状况大大改善，对于净化 环境，增强人民的身体健康，创造绿色、环保、节能、健康的住宅小区都起 2 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 到很大的作用。 1 ．2 燃煤锅炉的发展现状和锅炉清洁燃烧技术的提出 1 ．2 ．1 国外先进燃煤工业锅炉发展现状 国外先进的工业锅炉单机容量较高，日本为5 t ／h ，美国为1 4 t ／h ，原苏联 为4 0 t ／h 。工业锅炉的医力等级较高，日本、原苏联低于2 ．4 5 M P a 的只占工业 锅炉的7 0 ％左右，美国不少工业锅炉压力高于9 ．8 M P a 。燃煤工业锅炉向大 型化发展，小容量采用火管，大容量采用水管，燃烧方式以抛煤链条和振动 炉为主1 4 。J 。 由于煤炭质量好，自动化水平高，燃烧设备和锅炉辅机性能好，管理水 平高，锅炉运行效率高，锅炉运行热效率一般能达到8 0 ％以上，国外一些管 理先进的锅炉房，燃煤锅炉运行了2 0 年以上仍能保持8 0 ％以上的热效率， 可以达标排放。国外可以借鉴的经验有以下几种撕～。 l 、采用工业锅炉专用商品煤 欧美以及日本等发达国家均有锅炉用煤的专项标准，不同等级的锅炉使 用不同的专用煤炭。从标准和煤炭供应上保证低灰低硫煤优先供给小型工业 锅炉使用，从控制燃料质量上减少后期污染物排放。国外工业锅炉用煤的要 求一般为小于3 m m 细末煤少于3 0 ％，灰分低于1 5 ％～2 0 ％，粒度0 ～2 5 m m 。 2 、燃煤锅炉自动化 国外的燃煤锅炉已基本实现全部自动化控制，减少了运行中操作不当带 来的低效率和高污染物排放。中型锅炉均配有高效脱硫除尘装置。 3 、严格环境标准和执法 国外对锅炉的排放标准制定得比较合理贴切，对锅炉规模容量小的排放 标准放得较宽，随着燃煤锅炉规模的增大，环境标准越来越严格。同时进行 定期监测和抽查监督，保证工业锅炉的达标排放。只要能保证达标排放，用 户可任意选择技术和燃料，政府不加干涉。 3 哈尔滨一r 程大学硕十学位论文 1 ．2 ．2 国内中小型燃烧工业锅炉发展现状‘8 ’9 1 至2 0 0 1 年底，中国在用工业锅炉装机总量为5 3 万台，约1 2 0 万吨／l l ， 平均容量2 ．5 t ／h 。燃煤锅炉占约工业锅炉总量的9 0 ％，以层燃链条炉为主， 占总台数的6 5 ％，往复炉排炉占2 0 ％，固定炉排炉占1 0 ％，循环流化床占3 ％～5 ％，其他炉型占l ％。年耗煤量约为3 ．5 ～3 ．8 亿吨。 中国现有工业锅炉中，容量不大于l t ／h 的约占5 ％，小于l O t ／h 占8 0 ％以 上，不小于1 0 t ／h 锅炉不足2 0 ％。其中5 5 ％用于工业生产，4 5 ％用于民用生 活或取暖供热纠。从地区分布看，华北和东北两区分别集中了中国在用工业 锅炉的2 5o , 4 0 和2 0 ％ 按蒸吨数计 。北方地区采暖锅炉较多，经济发达地区工 业锅炉较多。各地区工业锅炉装机总容量见表1 ．1 I Ju J 。 表1 ．1 各地区工业锅炉装机总容量 项目 全国华北 东北华东中南西南西北 容量历燕吨 1 2 5 ．6 93 0 ．62 8 ．3 72 9 ．7 1 1 7 ．4 2 7 ．21 2 _ 3 9 所占比例／0 ．4 1 0 02 4 ．3 42 2 ，5 7 2 3 ．6 4 1 3 ．8 65 ．79 ．9 经过多年发展，中国工业锅炉已形成生产系列，整个行业具备年产1 5 万蒸吨左右锅炉的能力。现有工业锅炉生产厂家有2 0 0 0 多家，但有生产许可 证的E 级以上企业只有7 0 6 家，其余大多没有生产许可证。只有不到3 0 家 有独立的产品开发能力。多数厂家生产规模小，经济效益较低。 近十多年来，由于国家狠抓工业锅炉安拿问题工业锅炉在锅筒本体的 制造能力和水平上有了很大提高，锅炉安全问题得到很大改善。但锅炉燃烧 设备的设计和制造依然落后，锅炉配套辅机水平低、系统效率差。燃煤锅炉 自动化水平很低。 中国工业锅炉的设计效率普遍为7 2 ％～8 0 ％，略低于国际水平。实际运 行效率大部分在6 0 ％～6 5 ％，有的甚至在3 0 ％～4 0 ％，比先进国家平均水平 低1 0 - , 2 0 个百分点。 现有燃煤工业锅炉基本上是燃用未经洗选加工的原煤，其中烟煤占7 5 ．5 4 哈尔滨1 程大学硕十学位论文 ％无烟煤占9 ．7 ％；其余为贫煤或褐煤，平均灰分在2 6 ％～2 8 ％，平均硫 分为1 ．1 ％～1 ．2 ％。原煤粒度不大于3 m m 的含量高达4 5 ％～6 5 ％。除煤炭质 量差、管理水平低的原因外，燃烧设备和锅炉辅机性能造成是锅炉热效率低、 也是污染严重的主要原因。 1 ．2 ．3 燃煤锅炉目前存在的问题 我国是世界上在用工业锅炉数量及耗煤量最多的国家，因而对全球的大 气污染有着较大的影响。从总体上看，我国在用的工业锅炉以燃用原煤为主、 数量多、容量小、分布广、结构陈旧、技术含量低、自控水平差、配套辅机 不完善、消烟除尘设备不完善、用户运行管理水平低【l l 】。使用锅炉普遍存在 的问题有 l 、排烟黑度、烟尘和S O 排放浓度严重超过国家环保标准要求，致使周 围居民难以忍受。 2 、锅炉燃烧效率和热效率低 全国工业锅炉平均热效率6 0 ％- 6 5 ％ ，同国 外先进水平相比，大约落后1 5 - 2 0 个百分点【1 2 1 。 3 、达不到设计参数【1 3 1 。 基于我国燃煤工业锅炉运行效率低，能源浪费严重以及燃煤工业锅炉每 年排放大量的烟尘、S O 、C O 、N O 。等有斋气体，不仅成为“煤烟型”大气 污染的主要来源，而且由于大量温室气体的排放直接影响全球温室效应，引 起国内外的普遍关注。为帮助中国减少大气污染问题，全球环境基金会 G F F 向中国提供资助，建立了G F F 中国高效工业锅炉项削9 1 ，其主要内容包括 1 改进现有锅炉产品设计。 2 采用新型高效锅炉炉型。 3 发展锅炉的清洁燃烧技术。 4 国外技术援助。 预计可使中国的中小型燃煤工业锅炉的运行效率在原有基础上提高 1 0 1 5 个百分点，全国每年节煤5 0 0 0 ～7 0 0 0 万吨，有效降低烟气的污染排放， 5 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 从而使中国燃煤工业锅炉产品接近或达到国际先进水平。在现有体制下，集 中供热还难以全面实施，第二产业又以高速发展，预计近l O 年小型工业锅炉 还将以每年3 0 ／ , - 5 ％的速度增长。因此，可以说小型工业锅炉而临着严峻的挑 战，必须采取相应的措施，寻求一条适合我国国情的发展道路。 煤曾经一向被认为是一种“肮脏”的能源，含有不可燃物质和有害杂质， 不但利用率低而且环境污染严重，而燃煤锅炉的清洁燃烧技术作为一种将丰 富的煤炭资源提高到环境可以接受的技术手段，则是解决这些问题的有效途 径之一。燃煤锅炉清洁燃烧技术是煤洁净利用的一个方向。 1 ．3 燃煤锅炉对环境的影响和发展锅炉清洁燃烧技术的必要 性 我国是目前世界上少有的几个以煤为基本能源的国家之一。在全国己探 明的可燃矿产资源地质贮量中，煤炭占9 5 。5 ％，石油占4 ％，天然气占0 ．5 ％。 近十多年来，随着国民经济的发展，我国己成为世界上第一燃煤大国。十多 年来，煤炭占我国一次能源总量的比重一直徘徊7 5 ％左右，这种格局还将持 续多年，到2 0 5 0 年，煤炭在一次能源中还将占5 0 ％以上”。 能源利用与环境污染有着直接的联系。我国的大气环境是以烟尘 T S P 、 二氧化硫 S 0 2 、氮氧化物 N O 。 、二氧化碳 C O 等为特征的“煤烟型” 污染，由S O 、C O 引发的酸雨和温室效应等问题己引起邻国和全球的普遍 关注。我国是世界上大气污染物排放量最高的国家之一。根据世界卫生组织 1 9 9 8 年公布的5 4 个国家2 7 2 个城市大气污染评价结果，大气污染最严重的 l O 个城市中，中国就占了7 个。据中国环境年鉴I j J 统计，2 0 0 1 年全国 燃煤5 ．4 亿吨，排放S O ，6 4 9 ．9 万吨，占全国排放总量的3 3 ．4 ％排放烟尘2 8 9 ．7 万吨，占全国排放总量的2 7 ．4 ％。有资料显示，中国S O ，排放的7 0 ％以上来 自燃煤，烟尘排放的相当大部分来自于煤炭l J ”。 中国约有燃煤工业锅炉5 0 万台，平均容量2 ．5 蒸t ，l l ，平均效率6 0 ％， 比国际水平低2 0 个百分点。每年消费煤炭总量在3 ．5 ～3 ．8 亿吨。城市中工业 6 哈尔滨T 程人学硕十学位论文 锅炉污染物排放超过电站锅炉，成为城市第一大污染源。工业锅炉除少数较 大容量的锅炉 2 0 t ／h 装有脱硫设备外，绝人部分都没有脱硫装置；许多小锅 炉除尘装置也相当简陋，烟尘排放严重超标。由于量大面广、低空排放，对 于城市环境影响超过电站锅炉，污染总排放量仅次于电站锅炉。 中国环境科学院的研究表明，中小型供热锅炉、工业锅炉、工业窑炉及 餐饮大灶等排放高度较低的污染源排放的污染物，是城市大气污染的主要来 源之一。随着国家污染物排放总量控制的实施和环境要求的日趋严格，各城 市把治理大气污染的重点逐步转向工业锅炉，在燃煤工业锅炉污染治理方面 采取的做法主要有逐步淘汰小于l t ／h 的燃煤锅炉，用清洁燃烧、低硫煤或 型煤替代小于l O t ／h 燃原煤锅炉，对大于l O t 锅炉采用改造技术或脱硫技术。 煤炭作为主要燃料直接燃烧，造成了严重的“煤烟型”大气污染和能源浪 费因此，如何改变燃煤锅炉的燃料结构、合埋配置并有效使用煤炭资源，满 足日益严格的环保要求，使我国经济和社会实现可持续发展，从根本上控制 我国的“煤烟型”大气污染，就必须大力发展煤的清洁燃烧技术。为此，推广 应用煤的清洁燃烧技术，实现燃煤的高效燃烧与达标排放，减少污染物排放 更显得十分必要。所以，我们研制了燃煤锅炉清洁燃烧技术设备一工业及采 暖锅炉炉前型煤机。 1 ．4 传统的燃煤锅炉燃烧技术 1 ．4 ．1 燃煤锅炉黑烟的形成及燃烧机理 黑烟系指烟气中悬浮有炭黑和微细固体炭粒 飞灰 。它的形成来自于以 下几个方面。 1 、煤的挥发分在供养不足或缺氧时所产生的炭素物质。对层煤燃烧，当 处在还原带下，因煤层厚，供风 氧 弱，促使碳氢化合物 q 风 裂化、 脱氢、叠合、环化而生成含碳量多的苯环物质一炭黑以及不完全燃烧时所产 生的环烃物质烟炱 - - 、四苯葬芘 。炭黑是极难燃烧的微细 0 ．0 3 ～l l l m 颗粒物质‘⋯。 7 哈尔滨工稃大学硕十学位论文 e l i i ；j ‘i i i i i i i ；i i i i i _ _ _ j ；i i i i ；i i i i i i i i i i i i i i i ；i i i i i i i j i ；i i i i i i i i i ；；i i i i i i i i ；；；j i i 2 、对散煤层式燃烧来说，煤在燃烧时，细小颗粒未被燃烧或没能完全燃 烧而被烟气流带去形成黑烟。从现有锅炉的炉膛结构来看，燃烧段较短，煤 粒被烟气流带走的量也是比较大的。因此以飞灰形式出现的粉尘量较大。一 般灰分变成飞灰的比例约为1 5 ％～2 0 ％，甚至更高。这样也加剧了排放气体 的黑度及含尘量“。 3 、煤烟的燃烧机理在煤烟的形成过程中，飞灰群体中粒径最大的是细 微煤粒，其燃烬时间也最长。这些碳球的燃烬与燃烧温度及供风 氧 程度 有直接影响。由于炉排面燃烧层通风不畅与不均匀 煤层过实或结焦造成的 透风不均 ，微细颗粒在传统的燃烧室空间难以燃烬而随烟气离炉形成黑烟 I ] 8 l o 4 、炉床煤层情况现在所有机械炉排面上燃烧层的形成仍是传统的方法。 在炉前端炉排上方一长方形的煤斗，其宽度与炉排相同。斗中燃煤直接压在 炉排上，这样使炉排面煤层较实。再则，其煤层厚度靠其与炉前门间闸板高 低控制，这样，进入炉膛内的燃煤层在闸板的刮削作用下，使其更加密实， 透气性不良。又一方面，现使用的燃煤多是在一定程度上为结焦性煤种，这 样煤层在燃烧过程中，煤层表面结焦板结，使其供风 氧 严重不均与不足。 使烟气形成黑烟，这也是冒黑烟的主要因素。对于挥发分含量低的劣质煤， 燃烧时易爆裂成细末，使燃煤层底部夹碳层增加，同时增加了漏煤量和烟气 中的飞灰含量，造成浪费。 1 ．4 ．2 燃煤锅炉由其结构原因造成的燃烧缺陷 燃煤采暖锅炉和小型工业锅炉大部分为链条炉排，一少部分是经复炉排， 由于其结构原因而造成燃烧缺陷煤层厚度是通过靠近煤斗的闸门的提升高 度来确定的。闸门刮过，燃料层比较密实，煤层阻力大。特别对粒度相差较 大，细屑多的煤，火床阻力分布很不均匀。细屑多阻力大的部位缺氧，即透 风率不好；细屑少粒度大阻力小的部位，火床被风吹穿，漏风率增大。对煤 种来说对挥发分高易粘结的煤很难适应，特别是链条炉排，因为结焦性很 强的煤，易使煤层表面板结成块，增加火床阻力，空气流通困难，影响煤的 8 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 燃透燃尽，是产生黑烟的主要原因；增加司炉工拨火次数，造成锅炉烟囱排 放的阵阵黑烟。一般在林格曼一级以上，造成环境的污染和对人体的危害。 对于贫煤，因受热时易爆裂成细末，同时细屑多的煤，使飞灰和炉排的漏煤 量增加，热损失增大。而且炉排上燃料层底部夹碳层增厚，透风率不好，影 响燃尽，增大不完全燃烧损失，造成能源浪费l l ⋯。 1 ．4 ．3 燃煤锅炉的机械炉排也是影响燃烧的不利因素 从炉床煤层情况看，现在所有机械炉排面上燃烧层的形成仍是传统的方 法。在炉前端炉排上方一长方形的煤斗，其宽度与炉排相同。斗中燃煤直接 压在炉排上，这样使炉排面煤层较实。再则，其煤层厚度靠其与炉前门间闸 板高低控制，这样，进入炉膛内的燃煤层在闸板的刮削作用下，使其更加密 实，透气性不良。又一方面，现使用的燃煤多是在一定程度上为结焦性煤种， 这样煤层在燃烧过程中，煤层表面结焦板结，使其供风 氧 严重不均与不 足。使烟气形成黑烟，这也是冒黑烟的主要因素。对于挥发分含量低的劣质 煤，燃烧时易爆裂成细末，使燃煤层底部夹碳层增加，同时增加了漏煤量和 烟气中的飞灰含量，造成浪费L 卅。 1 ．5 新的燃煤锅炉清洁燃烧技术概述 1 ．5 ．1 新的燃煤锅炉清洁燃烧技术的基本概念 新的燃煤锅炉的清洁燃烧技术是指煤在燃烧的过程中，提高效率，减少 污染排放的技术，它属于洁净煤技术中的一种。包括如下两个方面一是全 过程减排污染，重点是除尘、脱硫，减少飞灰、烟尘、S O ，等的排放；二是 提高煤炭利用效率，节约煤炭ⅢJ 。 1 ．5 ．2 新型燃煤锅炉的清洁燃烧技术设备的提出 从传统的锅炉的燃烧情况中，可以看到它的燃烧缺陷和结构缺陷M 卅。以 节能、减污为宗旨，根据以上黑烟形成与燃烧的机理以及现有机械炉排影响 燃烧的不利因素，我开始燃煤锅炉清洁燃烧技术的研究工作，准备研制、开 发出一种由燃烧散煤改为直接燃烧型煤的清洁燃烧技术设备，这种设备应适 9 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 用于链条炉排取暖锅炉、工业锅炉或炉窑，它能有效地解决冒黑烟的问题， 特别适用于燃烧洗煤厂分离出来的粉煤。 1 。5 ．3 新型燃煤锅炉的清洁燃烧技术设备的研究设想 准备研制出一种新的燃煤锅炉清洁燃烧技术设备．工业及采暖锅炉炉前 型煤机，它主要由煤斗、脱硫剂、供给箱、均块、定量排煤及粉块煤分离装 置，成型辊电力及拖动装置等部件组成。整体安装在锅炉原煤斗位置，利用 原有上煤装置。原煤不掺任何添加剂，经煤斗上部均块，6 0 r a m 以上煤块破 碎为2 5 m m 以下小块，按一定比例 视煤种可调 自动掺入脱硫剂，经块粉 煤分离装置，块先落入炉排 第一层 ，块径1 4 m m 以下煤落入型辊成型后落 入炉排 第二层 ，即最上层。从而形成层燃结构燃料层。通过无级调速装置 使型辊转速与炉排运行速度合适的匹配，得到连续平整，厚度均匀，疏松适 宜的燃煤层。炉排面燃煤层在无压力状态下形成，而且分层燃烧，快煤在底 层，1 4 r a m 以下粉煤形成煤球在上层，这样会使煤层均匀、疏松、透风率好， 创造良好的燃烧条件。 1 ．6 本论文研究的目的和内容 1 ．6 ．1 研究的目的 工业锅炉是各行各业重要设备之一，分布面广，数量多，据有关方面统 计，工业锅炉在黑龙江省约有数万台，大都是链条炉排锅炉，全部燃烧原煤， 这种形式的炉排在燃烧过程中，通过炉排缝隙，漏在炉底的煤末数量较多， 炉渣内含炭量高，降低了锅炉热放率。同时，排烟浓度高，严格污染了环境。 所以，开展燃煤锅炉炉前型煤机的设计与研究很有比要。 目前，从事燃煤锅炉炉前型煤机的研究单位，国内外尚有几家，但基本 上都只是停留在理论研究阶段，而且都有一些缺点和没有克服的难题。为改 善锅炉的燃烧情况，弥补其燃烧缺陷，以节能、减污为宗旨，国内外研究设 计的炉前型煤机虽节能、减污的作用尚可以肯定，但由于型辊的转速是恒定 的，不能完全满足锅炉层燃烧要求，不能随意调节与锅炉炉排运行速度相匹 1 0 哈尔滨T 稃人学硕十学位论文 配，运行中煤层呈波状，火床呈明显带状，埠部发暗，谷部时有吹穿喷火现 象同时燃料煤必须筛分后方可使用，增强了工人的劳动强度，带有随机破 碎装置的，运行中影响其成型率。这也是国内几家研制的型煤机的通病，也 是影响型煤机推广的一个重要原因。 本论文研究的目的解决燃煤锅炉的清洁燃烧问题，研究设计一种燃煤 锅炉的清洁燃烧设备．工业及采暖锅炉炉前型煤机，此设备能够把燃烧原煤改 为燃烧型煤，就好比改燃烧混小煤块，而且型煤不象小块煤那样密实，具有 易燃易透气等特点，能够减少炉渣内含碳量，节煤，提高热效率，减少飞灰 排放，降低排尘浓度。本文主要论证工业及采暖锅炉炉前型煤机的设计思路、 设计原理及过程，并进行结构计算，同时进行产品的制作与开发的应用研究。 1 ．6 ．2 研究内容 主要是围绕燃煤锅妒的如何实现清洁燃烧的问题来进行研究。主要研究 燃煤锅炉清洁燃烧设备．工业及采暖锅炉炉前型煤机的结构、工作原理、燃烧 过程、与国内同类产品相比具有的优点、应用前景，设计原理与过程，加工 制造过程。具体来讲，包括以下几个方面 1 研究燃煤锅炉传统的燃烧技术的结构缺陷和燃烧缺陷，并对黑烟的形 成及燃烧机理和现有燃煤锅炉机械炉排影响燃烧的不利因素尽心研究，提出 燃煤锅炉清洁燃烧技术的基本概念，新型燃煤锅炉的清洁燃烧技术设备的研 究设想。 2 对清洁燃烧技术设备工业及采暖锅炉炉前型煤机的设计过程的深入 研究。包括型煤机的设计原理与过程、型煤机设计要求、型煤机结构及工作 原理、燃烧过程、成球原理及方案设计、成球技术的可靠性研究、型煤机主 要参数、型煤机与国内同类产品相比具有的优点、型煤机的应用前景展望。 3 清洁