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一、 前言:
煤、天然气、油都是不可再生的一次能源,我国现阶段消耗的主要能源还是以煤、油、天然气为主。随着经济社会的发展,能源的需求越来越大,而资源在一天天减少,大量资源的消耗,大量温室气体的排放,给环境带来的压力也越来越大。因此而产生的人类社会发展与资源紧缺及人类生存与环境恶化的矛盾越来越突出。我国是一个能源消耗大国,中国政府十分重视节能环保工作,把节能环保发展低碳经济作为一项长期的基本国策。在这种背景下,我公司与上海同济大学热能工程研究所及上海四方锅炉厂共同合作开发出燃煤链条锅炉、燃油、燃气锅炉和各种工业窑炉的节能解决方案。
二、燃煤链条锅炉在供热行业中应用状况
链条锅炉是供热行业中常用的一种炉型,在我国供热行业中广泛使用,目前75t/h以下蒸汽锅炉及58MW以下热水锅炉多数采用此种燃烧方式。链条锅炉虽然是一种较好的燃烧设备,但在使用中存在一定缺点,主要是当煤种多变、煤质不好时,造成出力不足,热效率偏低,运行较好时实际出力一般为额定出力的60%左右,少数运行不好的仅在50%左右,实际热效率较低。
链条锅炉的改造中,多数以改造“锅”为主,而对“炉”的改造较少,这几年虽然增加了一些分层给煤装置,对链条锅炉的火床燃烧进行了一些改善,但层燃的燃烧方式没有得到本质的改变,特别是当煤层厚度较大时,燃烧不充分及火焰中心区缺氧,炭氧化为CO后不能继续氧化成CO2,锅炉燃烧得不到根本性改造。因此,传统的改造方式对锅炉燃烧效率的提高极为有限。
链条锅炉在传统燃烧方式下存在以下几大弊病:
1、火床给氧量高,但火焰中心区却缺氧
煤的主要成份是炭粒,炭粒在炉内的氧化过程是:
a.形成络合物:3C+2O2→C3O4
b.络合物分解:C3O4→CO2+2CO
c.继续氧化: 2CO+2O2→2CO2
上述过程是炭粒在锅炉内完全氧化的理论过程。
链条锅炉在实际运行中,其工况往往是鼓风为克服炉排及煤层阻力都需要较大的风压和风量,形成炉排水平面上过氧量高,而火床上端火焰中心区存在着大量的络合物及CO却又得不到充分的氧而形成缺氧,大量的CO得不到继续氧而无法继续氧化,随烟气被引风抽走。这就造成燃煤损失较大,而且鼓风机耗电也较高。
2 、火床煤多为干烧状态
锅炉使用的煤多为原煤,既有煤块,又有煤面儿,在链条锅炉实际运行中往往需要向煤中加水浸闷,这样既可以防止煤面儿被鼓风吹起后还未燃烧就被引风抽走,造成损失;另一方面,煤块在浸水后,在炉膛内加热干馏后自动爆裂,加大了煤的氧面,提高了煤的燃烧效率。
我国多数供热地区为严寒地区,煤浇水后会冻结而无法燃烧,只能在锅炉内呈干烧状态,这样既造成了细小的煤面儿被引风抽走,又导致煤块的爆裂性差,煤无法充分展开,与氧结合面较小,机械不完全燃烧损失较大。
3 、炉膛温度普遍较低
链条锅炉受煤质变化及煤干、湿状态影响,炉膛温度变化较大,炉膛温度低(一般在1000℃左右,低时只有600℃左右),火床着火慢,燃烧强度低,燃烧过程缓慢,在实际运行中反映为炉膛火苗短矮、发黄发软,燃烧效率极低,锅炉整体运行效率下降,锅炉煤耗增加,锅炉出力极低(蒸汽锅炉尤其明显),给锅炉工的感觉是干烧煤不提温。遇此情况锅炉工只能采取增加煤层厚度,加大风配比来提高锅炉出力,这就进一步加大了煤耗和电耗。
三、层燃+悬浮燃烧技术
链条锅炉加煤粉悬浮汽化燃烧技术,是应用目前最先进的风冷超细粉碎技术将热敏物料煤在较低温度下,粉碎成特别微细的颗粒,使煤的燃烧与接近与气态燃烧.技术的内容包括;a原煤破碎;b粉尘处理;c原煤的烘干;d炉前制粉;e实现自动化的输送和配套装置;f中央控制系统;主要目的是为了强化炉内燃烧过程,提高锅炉燃烧效率及煤种适应性。从锅炉燃烧理论可知,保持炉膛足够高的温度是保证锅炉良好燃烧的首要条件,炉温高则煤在炉内干燥、干馏顺利,达到着火温度的时间短,着火容易。炉温越高,对煤的着火越有利,煤种适应性也就越好。在现有燃煤锅炉的燃烧方式中,煤粉炉的炉温最高,煤种适应性最好,而且燃烧得比较完全,热效率高。链条锅炉加煤粉悬浮汽化燃烧方式的机理是将链条炉排和煤粉这两种不同的燃烧方式有机结合,共用在一台炉上,互为辅助、互为利用、扬长避短。在燃烧过程中,煤粉靠炉排火床点燃,煤粉燃烧形成的高温火焰提高了炉膛温度,为链条炉排上的煤层着火提供了丰富的热源,改变了过去链条炉单纯依靠炉拱热辐射引燃的状况,大大改善了链条炉排上新煤的着火条件;同时,稳定燃烧的火床又是煤粉气流着火的可靠热源,可以保证煤粉及时稳定地着火。另一方面,复合燃烧设备在向炉膛内给煤时,同时向炉膛中心燃烧区送风,提高了炉膛中心区含氧量,使锅炉中心燃烧区内的CO继续与氧结合,氧化成CO2,继续放出热量(1kg纯炭完全燃烧产生CO2可放出32866KJ热量,如不完全燃烧产生CO仅放出9720KJ热量)。
四、链条锅炉悬浮汽化燃烧成套装置
链条锅炉悬浮燃汽化烧装置是我公司与上海同济大学热能工程研究所及上海四方锅炉厂共同合作开发的高效节煤装置,易于安装(不受锅炉运行限制),操作简单,显著改善锅炉燃烧工况,提高锅炉出力,节煤效果明显。此装置目前已向国家专利局申请专利。
1、链条锅炉悬浮汽化燃烧装置节能原理
彻底改善链条锅炉燃烧工况,提高链条锅炉燃烧效率是链条锅炉节能的根本所在。链条锅炉悬浮燃烧装置节煤率不低于10%,热效率提高10%~20%,锅炉实际出力提高0.5~1倍。
1)悬浮汽化燃烧提高了燃烧效率
链条锅炉加装悬浮复合燃烧装置后,锅炉燃烧分为两大部分,一部分是火床燃烧(层燃方式),一部分是悬浮燃烧。
a.悬浮燃烧的煤粉在链条炉火焰中心由火床引燃,形成高温火焰。煤粉粒度小,与由悬浮复合燃烧装置提供的二次风中的氧充分结合,氧化成CO2,煤粉燃尽率高,煤的燃净率大于99%。
b.火床煤层在得到一次风提供的充足氧的同时,得到悬浮燃烧提供的高强度辐射热,缩短了火床上煤的干馏和着火燃烧时间,燃烧条件得到明显改善,煤的燃烧效率及燃尽率均得到提高。
2)减少了火焰中心区的CO含量
,以130mmH2O的风压向炉内火焰中心区输送1300~3000m3/h的二次风,这些二次风在为煤粉提供燃烧必需的氧的同时,也为火焰中心区提供了大量的氧,为火焰中心区的CO进一步氧化成CO2提供了条件,CO的进一步氧化又放出大量热量(CO进一步氧化成CO2可放出热量为282.989MJ/Kmol)。
3)火床上的煤层厚度变薄,链条速度变慢;
链条锅炉加装悬浮复合燃烧装置后,锅炉增加喷煤粉悬浮燃烧,炉温会很快提高,这种情况下可以减少进煤量,让火床上的煤层变薄,减慢链条的行进速度。这样有利于火床上的煤和氧气充分接触。使煤的燃烧更充分。
4)提高了煤的适应范围;
链条锅炉加装悬浮复合燃烧装置后,提高了燃煤的适应性,悬浮燃烧部分可以烧煤矸石及低热值的廉价煤碳,提高了锅炉运行的经济性。
5)提高锅炉整体运行效率
悬浮燃烧与火床燃烧相互借力、相互补充,在炉膛内形成高温、高效率的燃烧火焰,链条锅炉炉膛温升时间缩短,温升梯度加大,锅炉热效率提高。
四、推广应用范围和前景
1)容量:蒸汽锅炉容量6~75t/h(工业、发电锅炉)、热水锅炉容量4.2~29MW(供暖锅炉)。
2)炉型:SHL型、DHL型、DZL型、SZL型、QXL型各种散装、组装、快装链条锅炉;10~65t/h抛煤机链条炉。
3)行业:热电联产、化工、造纸、制药、制糖、食品、粮油加工、纺织、印染、化纤等行业。
4)区域:北方地区企业锅炉房及集中供热厂。
5)各种工业窑炉;如 热风炉、导热油炉、淬火炉、轧钢加热炉、各种烘干设备等。
链条锅炉悬浮燃烧汽化技术,综合了链条炉和煤粉炉的优点,具有同时对负荷变化和煤种变化双适应性,符合我国国情,应用该技术改造链条炉不仅能大幅度提高锅炉出力,增大供热能力,而且能提高热效率节约能源减轻CO2排放,是一种高效节能的新技术。
五、改造方案:
链条锅炉加装悬浮汽化燃烧节能装置,遵循的一个最基本的原则就是不改变原有锅炉的任何地方,改造后锅炉的操作方式不变。在满足锅炉炉温的前提下调整给煤量(降低链条速度,降低煤层厚度)、鼓风量。即使悬浮汽化燃烧节能装置停止运行,也丝毫不影响锅炉的正常运行。绝无后顾之忧。
六、节煤装置示意图:



七、设备型号选用
设备型号 喷煤量 配电容量 设备选型 备注
ZNR-ZNJM-350 350 15 4吨以下锅炉 较大吨位锅炉,建议选用设备时,选用双套。一般不建议选用大规格的锅炉。
ZNR-ZNJM-500 500 18.5 4-6吨锅炉
ZNR-ZNJM-750 750 22 6-10吨锅炉
ZNR-ZNJM-1000 1000 30 10-20吨锅炉
ZNR-ZNJM-1500 1500 45 35以上吨锅炉
*给煤除尘器和烘干机为选配设备

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