节能减排新技术“超细煤粉高效燃烧装置”

摘 要:本文介绍了“超细煤粉高效燃烧装置”的技术原理,分析了其主要技术特点与市场应用前景,并阐述了其节能环保的重要意义。

关键词:煤粉;燃烧装置;节能

1 我国煤粉燃烧技术的应用与现状

煤粉燃烧技术是将原煤通过物理法粉碎成具有一定细度的粉状,由送粉机经燃烧器喷入炉瞠,在悬浮状态下燃烧,相应的锅炉称为煤粉锅炉。该锅炉长期以来只适用于在电站锅炉上采用,至今约有50多年的发展历史;在工业窑炉上主要用于加热炉、陶瓷窑炉、玻璃窑炉和水泥窑炉,也有20多年的历史。国外的大型电站锅炉燃用煤粉技术的历史悠久,技术成熟并朝着发展超细煤粉、低污染的方向发展。

我国中小型工业燃煤锅炉至今仍以层燃锅炉的燃煤方式为主,如果采用煤粉燃烧方式,现有的煤粉制备装置,设备庞大占地面积远大于锅炉本身,造成“主机不主辅机不辅的局面”,而且磨煤机耗电量大、磨损严重、维护使用费用高、投资大,因而中小型工业锅炉很少采用。随着我国经济的快速发展,国家对低效燃煤锅炉技术改造非常重视;“把高效煤粉锅炉技术”列入“十一五”国家科技支撑计划的重点节能技术攻关项目。

2 超细煤粉高效燃烧技术

煤是我国的主要能源,我国能源消耗的70%以煤为主。据统计,全国在用的工业锅炉约52万余台(不包括电站锅炉),工业窑炉约12万台。年耗煤量大约在5亿吨左右,约占全国煤产量的三分之一。

我国煤炭资源丰富,但煤质相比差异很大,工业锅炉燃用煤一般适用于烧优质煤,但优质煤供给量有限,大多锅炉都燃用贫煤,普遍存在对煤种的适应性差等问题。由于贫煤挥发分相对较低,着火燃烧不完全,致使锅炉的热效率和出力下降。炉膛燃烧温度一般在1000℃左右,锅炉热效率平均不到60%,工业窑炉热效率平均不到30%,炉渣含碳量高达30%以上,烟尘排放浓度大量超标,对环境造成严重污染以及能源的大量浪费。

随着我国经济的快速发展,能源供需矛盾日益显现,节能减排的治理已经到了刻不容缓的地步,为此提出要优先开发主要耗能领域的节能技术装备,积极推进以节能减排为主要目标的设备更新和技术改造,全面实施对低效燃煤工业锅炉(窑炉)的技术改造。

针对低效燃煤锅炉和工业窑炉的技术改造,我公司创新开发的“超细煤粉高效燃烧装置”(发明专利),用于低效燃煤锅炉和窑炉,从燃烧方法上解决了煤的高效燃烧。有效提高了锅炉的热效率和热能利用效率,热效率同比可提高20%,节煤率在15%～20%左右。该项技术取得的节能减排成果可喜,有效解决了低效工业锅炉和窑炉对环境造成的污染以及能源的大量浪费。

3 技术原理和制粉机理

技术原理:以流体力学、空气动力学为理论,以湍流为原理。

制粉机理:“煤粉高效燃烧装置”是通过创新发明的“机械湍流制粉装置”高速运转时所产生的高度湍流运动,将煤迅速粉碎成易燃状的超细粉体(300目),煤粉与氧气(湍流)混合反应,形成气态直接通过管路喷入炉膛,在悬浮状态下着火完全燃烧。

湍流运动的特性是不规则性,即由大小不等涡体组成无规则的随机运动。它最本质的特征是“湍动”即随机的脉动,它的速度场和压力场都是随机的。湍流运动的另一重要特性是扩散性,湍流中由于涡体相互混杂,引起流体内部动量交换,动量大的质点将动量传给动量小的质点,动量小的质点又影响动量大的质点,结果扩散提高了动量、质量的传递率。

当被粉碎的物料处在高度湍流场中时,就构成了气固两相流,从机械装置“湍流涡轮”获得的湍动能量,通过惯性作用由大旋涡逐级传递给小旋涡。在这一复杂的湍动过程中产生强烈的撞击、摩擦、剪切作用力,将煤有效地迅速粉碎,成为易燃高效的清洁能源。从燃烧学表述:湍流加快了新鲜混气和燃料之间的混合,缩短了混合时间,提高了燃烧效率;湍流加速了热量和活性中间产物的传播,使反应速率增加,即燃烧效率增加;湍流使火焰变形,火焰表面积增加,因而增大了反应区。

4 主要技术特点

(1) 湍流制粉装置:制粉机理属首创,设备体积小、结构紧凑,制粉细、能耗低、安全性可靠,适用于4～35t/h中小型燃煤锅炉。炉前制粉,现烧现磨;操作简单、实用方便、技术水平国内领先;

(2) 煤粉高效燃烧装置:对煤种的适应性强,着火迅速、燃烧完全、火焰幅射力大。对挥发分低的贫煤、无烟煤都能充分完全燃烧。层燃锅炉+煤粉燃烧,锅炉热效率同比可提高20%左右,节煤率在15%～20%左右。全煤粉锅炉热效率可达90%以上;

(3) 有利于炉内烟气搅动与混合,使化学不完全燃烧热损失和炉瞠过量空气系数降低。鼓风和引风机的能耗相应可下降30%,排烟热损失也随之有效降低;

(4) 锅炉负荷调节方便,炉温容易控制。产气量随着用气量的大小,锅炉负荷可以调节;

(5) 煤粉高效燃烧装置的湍流粉碎机理和煤粉与氧气的迅速混合机理,可实现低氮燃烧和炉内脱硫(加石灰粉),脱硫率可达70%左右;

(6) 安装本设备不改变锅炉本体,投资少、见效快,一般6个月左右即可收回全部投资。

5 应用领域和市场需求前景

我国工业锅炉每年向大气排放的烟尘高达620万吨,约占全国烟尘排放总量的33%;SO2排放量500多万吨,约占全国SO2总排放量的21%。另外还排放出大量的CO2等有害气体,不但对环境造成污染,而且影响到全球温室效应的生成,制约我国经济的健康发展。

工业锅炉是我国主要的热能动力设备,使用面广、需求量大。工业锅炉包括工业蒸汽锅炉、采暖热水锅炉、民用生活锅炉、热电联产锅炉及特殊用途的锅炉等。我国既是世界上工业锅炉的生产大国,也是使用大国。我国工业锅炉主要以燃煤为主,且这一现状在短期内不会有根本的改变。

我国的燃煤工业锅炉以层燃锅炉为主,而层燃锅炉对煤种变化的适应性较差,燃烧效率普遍偏低,平均热效率还不到60%,比技术先进国家工业锅炉的热效率约低15%～20%。我国如能加快节能减排的步伐,通过对工业锅炉的技术改造,把锅炉热效率提高15%,每年可给国家节约煤炭近7000万吨。

因此,工业锅炉成为我国开展节能减排、提高能效、减少污染的主要对象之一。“超细煤粉高效燃烧装置”是一项用于低效燃煤锅炉层燃+煤粉高效燃烧的节能新技术,应用范围广泛,目前主要应用于中小型工业燃煤锅炉及炉窑、热电联产锅炉等领域,具有较高的应用价值。该项目的推广应用,无疑具有广阔的市场前景。

参考文献

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[2] 丁明舫,崔百成,陆其虎等.锅炉技术问答[M]. 北京: 中国电力

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