氣煤混燒技術在集中供熱等工業鍋爐上的應用探討

孫志勇

（沈陽市熱力工程設計研究院，遼寧 沈陽 110014）

從當前實施的現狀分析，燃煤是工業鍋爐主要的消耗能源，而且使用廣泛，數量龐大，在運行過程中的規格參數低，整體的運行效率較差。工業鍋爐以運用鏈條鍋爐為主，占據我國工業鍋爐使用總量的70%以上，受到鏈條鍋爐結構和燃燒方式的影響，鍋爐整體利用效率低，實際出力偏低，燃料浪費情況和污染狀況嚴重，是當前節能減排重點整治的對象。

近年來，以太陽能為主的可再生能源受到社會各界的廣泛關注，得到普及應用，而且天然氣作為清潔燃料也被受到重視。天然氣與煤的混合燃燒成為有關學者研究的重要課題，主要的目的就是充分利用天然氣的再染技術，降低煙氣中的一氧化氮含量，實現爐內脫硝的目的。

1 氣煤混燒技術概述

氣煤混燒技術最早在國外出現，最初在層燃爐排鍋爐和拋煤機鍋爐中得到使用，最主要的原因是因為這類型鍋爐的燃燒性能差，燃燒產生的效率低，對于煤種的挑選要求高，因此無法同時兼顧到經濟發展和保護環境的雙重要求，在發展過程中遇到了淘汰的危機。為了更好地改善運轉中的特點，符合環境保護的要求，氣煤混燒技術因此得以誕生。根據有關資料文獻顯示，氣煤混燒技術有利于節約能源，減少能源消耗對環境造成的污染，降低向環境排放的廢氣量。但是由于當時小型的制粉設備技術不具備成熟條件，這種簡單的改造產生的效果比較有限。

對于集中供熱的工業鍋爐來講，氣煤混燒技術的應用比優化改造工業鍋爐或者增加環保設施體現出更多的經濟性，表現出以下多重優勢：第一，暖爐干凈、衛生；點火方便、快捷；第二，負荷調節能力強，即使在低負荷狀態的運行下也能表現出快速的升降反應；第三，受到燃燒效率升高和空氣系數降低雙重因素的影響，造成鍋爐的熱效率提高；第四，如果出現不符合燃燒條件或者燃燒質量變差等情況，鍋爐會主動冒出黑煙，直接降低了鍋爐煙塵的排放量；第五，拓展延長了工業鍋爐的使用年限，節省投入資金，可以制成工程量小的鍋爐。

2 分析氣煤燃燒技術應用的可行性

在與煤炭有關的行業領域中，如化工和鋼鐵等，都需要通過煤炭取得熱能的生產條件，滿足生產需求的同時還會向外界釋放出大量的可燃氣體，這些氣體排向大氣都廢氣的形式呈現，造成多種能源被浪費掉，對大氣環境有所污染。氣煤混燒技術研究的條件是為了回收利用鍋爐生產中的廢氣，屬于一種先進技術，只是對集中供熱的工業鍋爐做出優化改造，不需要附加任何條件就實現了工業廢氣的回收利用，大大提高了鍋爐燃燒的效率。

3 分析技術改造方案和效益

鏈條爐排鍋爐和循環流化床鍋爐是我國工業鍋爐生產的主要形式，我們在此針對氣煤混燒技術在集中供熱等工業鍋爐中上應用展開論述，通過調整改造工業鍋爐的技術，完成工業廢氣也能被循環利用的目的，技術改造方案中以提高鍋爐燃燒效率和提高經濟效益為要求。

3.1 鏈條爐鍋爐改造方案

鏈條爐排鍋爐在生產應用中主要流程步驟如下：首先在爐膛內置入燃料，燃料呈現是固態形式，隨著爐排的實時移動同步開始燃燒和前進，最終以爐灰渣的形式進入到灰渣斗內部，這個生產燃燒過程由于多種外界條件的存在會間接受到影響，比如燃料質量的優劣，送風方式和燃燒條件等，最后形成的燃燒狀況也會有所差異，外在因素主要有燃料的質量好壞，根據工業生產中的實際需要，煤層的厚度和送風方式需要自由選擇調節，內在因素包括鍋爐結構以及鍋爐的燃燒狀態等多個方面。氣煤混燒技術從有效改善鍋爐內的燃燒條件出發，使得燃料充分接觸空氣，和傳統方法相比較接觸面積更大，直接優化燃燒的條件，最終實現提高鍋爐燃燒效率的目標。

氣煤混燒技術改造方案要在適當位置安裝燃氣噴咀，主要選擇鍋爐前方和后拱部位，及時向爐內噴射燃氣，根據燃燒熱量的需要盡量提高后拱區的溫度反應，快速推進燃料進入到作用爐膛，達到預熱的條件。與此同時借助燃氣產生的熱流擾亂煙氣的流動率，直接將火焰中心溫度區上升到最高溫，讓整個爐排上的燃料層在正常狀態下處于一個高溫區域，增強正在發生的氧化還原反應。同時安裝燃氣噴嘴在爐膛中部的左右墻上方，加劇了對氣流的流動，改善輻射形式下傳熱的效果，使得入爐的燃料盡量釋放出所有的熱量，充分加劇氣流運動，提高爐膛上部煙氣的溫度，改善輻射傳熱的效果，盡量將爐膛內的燃料燃燼釋放出充足的熱量，提高燃燼率。

3.2 循環流化床鍋爐改造方案

對于循環流化床鍋爐來講，其自身獨有的燃燒方式具有優勢，能夠大大提高燃燒效率，但是在實際工業生產過程中，燃燒方式經常不盡人意，偏離了設計運行狀況，出現差錯，特別是小型的循環流化床鍋爐，無法達到設計出力的效果。這種情況的發生一方面是由于在早期循環流化床研究過程中，工業調查不夠深入，現存的分析技術不夠成熟健全，設計出來的爐膛結構、分離和返料設備仍舊存在不適應問題，直接對鍋爐的整體運行水平產生阻礙。另一方面，循環流化床在正常生產狀態下，氣流速度分布于爐膛截面上具有不穩定性，層次不均分散在爐膛截面上，其中心的流動速度最高，而鍋爐壁面的氣流速度會相對較低。同時爐膛內的燃料粒度層次布置不均勻，物料的濃度和呈現出來的相應變化，當爐膛內的上部位燃料的濃度降低時，上部位的傳熱效果變得較差，爐膛的出口溫度適當會降低，在上部物料濃度升高的情況下，對應的氣流速度會相應升高。傳熱效果不斷增強，爐膛內部的出口溫度會急劇上升，沒有燃燒完全的顆粒也會被煙氣攜帶飛出爐膛，這種情況下的逃逸顆粒會隨著旋風進入到下一個工作流程中，但是微小部分的顆粒會繼續被煙氣攜帶，經過除塵器捕捉分離排出爐外，成為不完全燃燒的熱能量。由于氣流在爐膛截面上分布不均勻，意味著爐膛空間內的氣體混合具有不均勻性，氣流混合的差異加劇了氧化反應，最后氧化強烈的中心區域出現了氧量供應不足的情況，氧量富余在邊緣區域。缺氧區域會由于氧化燃燒不充分造成熱損失，鍋爐燃燒的效率會下降。

為了改善這種情況，利用氣煤混燒的技術適當優化改造工業鍋爐，提供對能源燃燒的利用率，同時加強氣流的運動，充分使得氣體之間相混合，一方面強化氣流和固體顆粒之間的接觸面積，同時加劇兩者的反應，延長固體顆粒在爐膛內部的停留時間，達到充分氧化的目的，釋放出全部的熱量。另一方面由于氣流的充分流動，爐膛上方的氣流會呈現出湍流的狀態，不斷加劇交換反應，提高燃燒的效率。

4 結語

綜上所述，氣煤混燒技術是一項符合國家節能減排宣傳理念的環境保護項目，有助于提高生產企業的經濟效益和產生更好的社會效益，可以在煤炭、化工以及鋼鐵等有關的行業領域中推廣應用。本文主要針對循環流化鍋爐展開討論，但是如果選擇層燃鍋爐進行優化改造，針對燃燒效率低和煤種適應性差等燃燒特點，就會對層燃鍋爐應用氣煤混燒技術，最終層燃鍋爐產生的經濟效益會優于循環流化鍋爐，并且更加符合節能環保的項目要求。

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