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1、低質(zhì)煤強(qiáng)化燃燒 一、 低質(zhì)煤的定義與當(dāng)前背景 定義：通常將含碳量低、發(fā)熱量低、灰分高、不易著火的煤稱之為低質(zhì)煤 低質(zhì)煤的物化性質(zhì)：水分含量高（全水分高達(dá)20%-50%，有的達(dá)到60%）， 氧含量高（約占有機(jī)質(zhì)的20%）,發(fā)熱量低：一般在4500kcal/kg以下。由于含水 量大，氧含量高，熱值低，易風(fēng)化（低溫氧化變質(zhì)），易自燃，降低燃燒效率等 特性決定其應(yīng)用受到很大限制。目前低質(zhì)煤的利用主要有以下途徑： 1、經(jīng)干燥后，直接作為燃料使用。 2、 經(jīng)過(guò)輕度熱解、氣化，進(jìn)行餾分分離再分別加以利用。 3、 經(jīng)干燥后直接進(jìn)入氣化爐，制備合成氣。 4、經(jīng)干燥后直接進(jìn)入液化裝置，生產(chǎn)油品。

2、二、 低質(zhì)煤的提質(zhì)與燃燒 為了實(shí)現(xiàn)低質(zhì)煤的強(qiáng)化燃燒，可以從低質(zhì)煤的提質(zhì)和燃燒兩個(gè)方面著手。 低質(zhì)煤提質(zhì)是指通過(guò)物理的或者化學(xué)的方法使低質(zhì)煤的品質(zhì)提高的過(guò)程。包括干 燥（成型）提質(zhì)、熱解（干餾）提質(zhì)和其他特殊方法提質(zhì)。 目前提質(zhì)的方法主要有: 1. 熱風(fēng)爐、熱煙氣直接干燥法 2. 蒸汽直接、間接干燥法 3. 微波干燥提質(zhì)法 4. 低質(zhì)煤熱解提質(zhì)法 熱風(fēng)爐、熱煙氣直接干燥法和蒸汽直接、間接干燥法主要是通過(guò)不同的熱載 體將煤中的外水提出來(lái)，一般熱效率在85%以內(nèi)，干燥后的全水一般在3-15%， 未進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，煤炭化學(xué)特性不發(fā)生改變。 低質(zhì)煤 低質(zhì)煤 低質(zhì)煤 熱解 5 川 “

3、5(2 除了從煤的品質(zhì)上著手外，還可以通過(guò)加強(qiáng)低質(zhì)煤的著火和加強(qiáng)低質(zhì)煤的燃 盡從而強(qiáng)化低質(zhì)煤的燃燒。 （1）加強(qiáng)著火 由于低質(zhì)煤灰分高，本身發(fā)熱量低，燃料的消耗量增大，所以大量灰分在著 火過(guò)程中要吸收更多的熱量。我們可以通過(guò)將煤粉處理的越細(xì)，煤粉本身的熱阻 就會(huì)減小，煤粉進(jìn)行燃燒反應(yīng)的表面積就會(huì)越大，會(huì)加強(qiáng)煤粉的著火過(guò)程。如果 放熱曲線不變，減少爐內(nèi)散熱，散熱曲線將向右移，有利于著火。因此， 為了 加快和穩(wěn)定低質(zhì)煤的著火，常在燃燒器區(qū)域用鉻礦砂等耐火材料將部分水冷壁遮 蓋起來(lái)，構(gòu)成所謂燃燒帶。這樣就可以通過(guò)減少水冷壁的吸熱量，也就是減少燃 燒過(guò)程的散熱量來(lái)提高燃燒器區(qū)域的溫度水平，從

4、而改善煤粉氣流的著火條件。 圖一中：當(dāng)爐膛爐壁溫度為 Tb1 時(shí)，放熱曲線和散熱曲線相交于 1 點(diǎn)，穩(wěn) 定，緩慢氧化。 圖二中：當(dāng)爐壁溫度為 Tb2 時(shí)，放熱曲線和散熱曲線相交于 2 點(diǎn)，不穩(wěn)定， 開始著火，2 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為著火溫度。另一個(gè)焦點(diǎn)3是穩(wěn)定的燃燒工況點(diǎn)，對(duì) 應(yīng)的溫度為燃燒溫度。 圖三中：當(dāng)爐膛壁溫為Tb2,且散熱較大時(shí)，放熱曲線和散熱曲線分別交于 4 點(diǎn)和 5 點(diǎn)。 （2）加強(qiáng)燃盡 ① 供應(yīng)充足而又合適的空氣量。 空氣量常用爐膛出口處過(guò)量空氣系數(shù) a1 表示，若它過(guò)小，即空氣量供應(yīng)不 足，會(huì)增大不完全燃燒熱損失q3和q4,使燃燒效率降低；過(guò)大會(huì)降低爐溫，也

5、會(huì)增加不完全燃燒熱損失。因此，合適的空氣量應(yīng)根據(jù)爐膛出口最佳過(guò)量空氣系 數(shù)來(lái)供應(yīng)。一般 a1=1.2~1.25。 ② 適當(dāng)?shù)臓t溫。 爐溫高，著火快，燃燒速度快，燃燒過(guò)程便進(jìn)行的猛烈，燃燒也易于趨向完 全。但是爐溫也不能過(guò)分的提高，因?yàn)檫^(guò)高的爐溫不但會(huì)引起爐內(nèi)結(jié)渣，也會(huì)引 起膜態(tài)沸騰（在加熱壁面上生成一層連續(xù)的蒸汽膜覆蓋壁面，產(chǎn)生蒸汽的現(xiàn)象。 蒸汽膜的絕緣性使熱量交換變得很差，以致壁面會(huì)達(dá)到很高的溫度，而有燒毀的 危險(xiǎn)），同時(shí)因?yàn)槿紵磻?yīng)時(shí)一種可逆反應(yīng)，過(guò)高的爐溫當(dāng)然會(huì)使正反應(yīng)速度加 快，但同時(shí)也會(huì)使逆反應(yīng)速度加快。 ③ 空氣和煤粉的良好擾動(dòng)和混合。 燃燒反應(yīng)速度主要取決于煤粉的化學(xué)反應(yīng)

6、速度和氧氣擴(kuò)散到煤粉表面的擴(kuò) 散速度。因此，要做到完全燃燒，除保證足夠高的爐溫和供應(yīng)充足而又合適的空 氣外，還必須使煤粉和空氣充分?jǐn)_動(dòng)混合，及時(shí)將空氣輸送到煤粉的燃燒表面去， 煤粉和空氣接觸才能發(fā)生燃燒反應(yīng)。這就要求燃燒器的結(jié)構(gòu)特性優(yōu)良，一、二次 風(fēng)混合良好，并有良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。 ④ 爐內(nèi)有足夠的停留時(shí)間。 煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間主要取決于爐膛容積、爐膛截面積、爐膛高度及煙氣在 爐內(nèi)的流動(dòng)速度，這都與爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛截面積熱負(fù)荷有關(guān)。 三、低質(zhì)煤燃燒技術(shù)及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 低質(zhì)煤煤粉的著火、穩(wěn)定燃燒需與燃燒器布置方式和鍋爐爐膛形狀整體綜 合相互配合 來(lái)實(shí)現(xiàn)。技術(shù)措施如下: ①

7、 提高煤粉濃度和細(xì)度; ② 采用較低的一次風(fēng)速; ③ 提高一次、二次風(fēng)風(fēng)溫； ④ 增強(qiáng)對(duì)著火區(qū)的熱輻射; ⑤ 延長(zhǎng)燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，保證燃料顆粒充分燃盡。爐膛結(jié)構(gòu)主要采 用四角切向、對(duì)沖燃燒、 U 型火焰、 W 型火焰和 CUF 火焰等燃燒技術(shù)，其中 U 型和 W 型火焰是主要燃燒技術(shù)[4] W型這種火焰結(jié)構(gòu)增加了煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)也使煤粉氣流較多 地接觸到高溫回流煙氣，有利于低質(zhì)煤的著火和燃盡。由于 W 型火焰燃燒效率 較國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的四角切圓燃燒方式要高約 3%，使得該技術(shù)成為各國(guó)燃燒低揮發(fā)分 煤種的主要選擇 。 W 型鍋爐爐膛設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是下爐膛, 其設(shè)計(jì)的一些重要原則

8、可以歸納如下 : a. 采用下噴 W 火焰爐型大大增加了煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間 , 形成一長(zhǎng)而 穩(wěn)定的火焰以保證難燃燃料的完全燃燒。此外, 選擇垂直燃燒可保證較高的管道 煤粉輸送速度, 而實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)粉以很低的速度噴入爐膛。這在水平燃燒的爐膛上 顯然是不可能的。 b. 將熱燃燒煙氣再循環(huán)至點(diǎn)燃區(qū)。回流高溫?zé)煔獾饺紵鞲浇? 通過(guò)氣流再 循環(huán)和輻射 2 種方式加熱煤粒, 以增加著火熱源。 c. 采用分離或其它辦法, 增加入爐一次風(fēng)粉氣流中的煤粉濃度。 d. 二次風(fēng)分級(jí)燃燒送入點(diǎn)燃區(qū)和燃燒區(qū) , 燃料與燃燒空氣充分地混合 , 保 證煤粒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)路途中獲得所需的氧氣。 e. 在爐拱和下爐墻上

9、有選擇敷設(shè)耐火材料層 ,在著火區(qū)建立準(zhǔn)絕熱狀態(tài), 增加著 火輻射熱源, 從而保證煤粉快速著火和穩(wěn)定燃燒。一定要在下爐膛、耐火材料敷 蓋層( 衛(wèi)燃帶) 、上爐膛和膜式壁水冷壁管之間建立起正確良好的熱平衡 , 才能 完成爐膛燃燒和傳熱這 2 個(gè)功能。下爐膛保證煤粉的快速著火和穩(wěn)定燃燒, 上爐 膛則使燃料有更長(zhǎng)的停留時(shí)間以保證燃料持續(xù)地完全燃燒和爐膛出口的煙氣溫 度。 三、 總結(jié) (1) 低揮發(fā)分煤具有磨碎性差, 著火燃盡困難, 需要較高的著火與燃盡溫度 , 以及較長(zhǎng)燃盡時(shí)間的特點(diǎn) , 在電站鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整方面必須給予充分的 認(rèn)識(shí); (2) W型火焰鍋爐是一種比較好的低揮發(fā)分煤的燃燒方式

10、 (3) 當(dāng)前應(yīng)強(qiáng)化低揮發(fā)分煤不同燃燒技術(shù)的研究 ,在提高燃燒穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性 的同時(shí), 降低 NOx 的排放; 注重 W 型火焰鍋爐的完善化、不同煤種混燒和液態(tài) 排渣鍋爐低 NOx 燃燒技術(shù)的研究, 以適應(yīng)低揮發(fā)分煤燃燒的不同需求。 參考文獻(xiàn)： [1] 馮俊凱 沈幼庭 楊瑞昌.鍋爐原理及計(jì)算3版.北京：科學(xué)出版社，2003. [2] 葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備3版.北京：中國(guó)電力出版社，2010. [3] 徐躍年.低質(zhì)煙煤的燃燒特性研究..煤炭轉(zhuǎn)化,第18 卷第一期 [4] 陳冬林.基于準(zhǔn)恒溫燃燒概念的低質(zhì)煤穩(wěn)燃新技術(shù).發(fā)電設(shè)備，2001 [5] 楊雅.適合低質(zhì)煤燃燒的催化助燃劑研究.煤炭轉(zhuǎn)化.第 36 卷第四期