筛分配煤技术在工业锅炉上的应用

    摘要针对散煤和全级动力配煤存在的不足，结合动力配煤技术，进行筛分分级后配煤，再辅以添加剂技术形成的颗粒清洁煤配煤技术是适应工业层燃锅炉的清洁能源技术。工业链条锅炉燃用颗粒清洁煤可以降低污染物排放量，达到环保、节能等目的。

    1、链条锅炉的现状

       层燃式是固体燃料煤在工业中的重要燃烧方式，尤其是中小型工业锅炉，绝大多数以层燃为主要方式。而且，近十年来生产安装的锅炉以链条炉排锅炉为主。由于链条锅炉主要是以散煤为主要燃料，煤质不稳定影响着锅炉的操作，进入炉膛燃烧的煤粒度分布范围宽，在燃烧过程中，粉煤及煤质的不适合极大地影响了锅炉的燃烧工况，加重了污染排放。随着环保意识的增强，各级政府加大了对污染单位的监控，要求污染较大的锅炉燃烧洁净燃料———型煤。由于型煤存在许多技术问题，型煤在链条锅炉上的应用还存在一定距离。造成链条锅炉污染的原因是燃烧设备存在的缺陷，解决工业链条锅炉的污染问题就要从燃烧机理上减少煤燃烧过程中产生污染的因素。

2、层燃机理与粒度影响

     2.1、链条锅炉上的层燃状态在链条炉中，炉排是连续向前运动的，因此煤炭在炉排上的燃烧是受热+ 燃烧+ 燃烬的一个连续过程。图1 是链条炉排上煤层燃烧各阶段的示意图

   O₁ 以前是新燃料干燥预热阶段，从O₁点以后，挥发分析出并着火燃烧，焦炭也开始反应，此时供风中的氧也开始大量消耗，逐渐耗尽，床层温度上升，燃烧过程进入高温的激烈燃烧区，氧气几乎耗尽，CO₂与煤表面的还原反应增加，产生较多的CO  和H₂，火焰高度增加。到0₄阶段以后，煤层逐渐燃烬。

2.2、粒度分布对燃烧的影响

在 O₀-O₁ 段，新燃料给入锅炉，在鼓风的作用下，许多细颗粒未来得及在温度作用下黏附在其它颗粒上，就被吹起在空中悬浮。悬浮燃烧的颗粒是造成烟气中尘含量超标的主要因素。在,O₃-O₄阶段，煤粒表面的多相燃烧过程主要以CO₂ 作为氧化还原介质进行的。氧的消耗对燃烧过程有直接影响，煤炭的燃烧过程是气固多相燃烧，颗粒表面的氧气和CO₂ 浓度影响着燃烧速度，碳粒表面的氧化反应使碳粒表面被还原性气体包裹，CO 和CO₂  逐渐生成并向周围扩散，碳表面的CO₂  与碳反应，生成-CO₂ 扩散出来的CO与氧气反应生成CO。碳表面的燃烧过程实际上是CO₂ 、CO作为介质的碳传递过程，图2为碳的燃烧示意图。由于碳表面的高反应速率，使碳粒表面氧气耗尽，如果在一定程度上强化碳粒表面的空气流动速度，就可以加快碳的传递过程。

    在料层比较密实的情况下，空气流动受阻，减少了颗粒间隙中的气体流动速度，颗粒表面被可燃性气体包围着，降低了固体碳与氧气及CO₂等还原性气体的反应。粒度分布范围越小，其堆积越松散，通过筛分控制原料的粒度可以使进入炉膛的煤保持松散状态，均匀颗粒之间保持足够的孔隙。燃烧过程中，煤层的通风阻力减小，供风流速增加，使供氧能力加大，强化燃烧过程。足够的氧气供给也可以减少挥发分在缺氧条件下还原反应导致的黑烟。忽略燃烧终止粒径的条件，燃烧速度与煤粒的直径成反比，通过筛分控制入料的粒度上限可以避免超大粒的不完全燃烧损失，降低灰渣含碳率。

2.3、燃料煤的筛分配煤

煤质不稳定直接影响着锅炉的控制，不同锅炉的设计是针对不同煤种进行的，同样是依据二类烟煤设计的锅炉，对达到要求的二类烟煤的煤质要求也不尽相同，挥发分不同，在同一台锅炉中的燃烧工况、烟尘排放等都不同。筛分配煤在控制粒度上、下限的同时，还可以保证煤质稳定，针对锅炉的特点，生产适销对路的产品。在保证锅炉工况的同时，降低污染物的排放和减少燃料的浪费。筛分配煤生产颗粒配煤的同时产生相当量的粉煤和块煤，粉煤和块煤可以针对不同用户销售，提高了煤炭的附加值。

   由于颗粒配煤的粒径均匀，锅炉给风容易降低预燃区的温度，影响新燃料的接火。为了解决筛分配煤后存在的接火问题和加快燃烧速度，添加了配煤添加剂，添加剂在助燃过程的同时也起到了固硫作用，使烟气硫分降低60%以上。

   3、筛分配煤技术在链条锅炉上的应用

    针对工业锅炉型煤存在的缺点，我们开发了适应于工业链条锅炉的颗粒清洁煤，在多家锅炉上进行了燃烧试验，试验证明筛分配煤技术生产的颗粒清洁煤是一种环保、节能的锅炉燃料。下面是原煤和颗粒清洁煤（煤质分析见表1）锅炉上进行的燃烧测试结果（表2）。

    原煤煤层厚度150～140mm，最高炉温达到1050℃。颗粒配煤的煤层厚度120~100mm，炉排推进速度同燃烧原煤一样为750~900r/min，最高炉温达到1140℃，炉膛主燃区的火焰颜色为耀眼的白色，炉膛升温速度超过燃烧原煤。烟筒排放烟尘明显小于燃烧原煤。直观通过煤层厚度可以得出，在保证同样的锅炉出力条件下，可以节省20%的燃料煤。

   4、结语

    结合筛分、动力配煤、添加剂技术生产的颗粒清洁煤是适应工业层燃锅炉的清洁燃料。工业锅炉燃用颗粒清洁煤，其烟尘初始排放量、二氧化硫排放量、林格曼黑度达到了一类地区标准，而且锅炉燃烧稳定，炉膛温度高，热效率高，炉渣含碳量低，具有显著节能效果。通过添加复合颗粒洁净煤添加剂，使筛分配煤在燃烧方面的表现类似于优质煤，甚至优于优质煤，避免了全级配煤存在的烟尘大的缺点。同时添加剂减少了燃煤的烟尘和二氧化硫的排放，可以较廉价地实现动力煤的洁净燃烧。所以颗粒清洁煤是一种新型洁净煤技术，具有广阔推广前景。