维普资讯 http://www.cqvip.com 节睡 左 约 左右。１０ｔ／ｈ以下的锅炉用煤量约占工业锅炉用煤总量 的５０％，因为涉及面广、自动化程度不高、运行人员素 质不高，容量≤２ｔ／ｈ的锅炉很多还停留在手烧炉的 气、混和煤气、水煤气和半水煤气，中小锅炉主要是 产生混和煤气后燃烧。 水平，运行热效率仅有５５％～６５％，容量≤ｌｔ／ｈ的 锅炉热效率甚至只有５０％左右，能源浪费严重ｌ １ ｏｒ／ ｈ以下的锅炉主要使用在中小企业、单位，受经济条件 约束，相应的环保设施配备很不完善，造成了严重的 环境污染问题。 实践证明，依托煤炭，在固定床煤气发生炉成熟 １．１煤气化装置内反应层的分布 煤的气化过程是在煤气发生装置中进行的。煤气 发生装置一般由炉体、加煤装置、出渣装置、炉排 （篦）、气化剂入口和煤气出口等部分组成。煤气发生 装置中的燃料层由下往上可以分为６层。 （１）灰渣层。气化剂在灰渣层中不发生化学变化， 只与灰渣进行热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰 渣释放热量被冷却，冷渣对炉箅起保护作用。 经验基础上，实现中小锅炉的煤炭气化及热煤气燃烧， 进而完成它们燃料结构及燃烧方式的改变来实现节能 和环保目标，比建设城市煤气厂和煤气管网热效率更 高，是目前乃至今后相当长一个时期中小锅炉节能和 环保协调发展最有效、最经济可行的办法之一。 （２）氧化层。煤中固定碳与气化剂中的氧气发生 强烈氧化反应，放出大量的热，使炉内维持足够的气 化温度。 （３）还原层。从氧化层上来的高温ＣＯ 和水蒸气 １煤气化燃烧的技术原理 煤气化燃烧就是将煤在气化剂作用下首先转化成 一与炽热的炭发生还原反应，吸收热量，生成ＣＯ和Ｈ：。 （４）千馏层。煤炭受热干馏，释放挥发分，得到 种以一氧化碳（ｃｏ）、氢气（Ｈ ）及甲烷（ｃＨ ）等可燃气 ＣＨ 、焦油蒸汽等气态烃类物质及其它气体成分。 （５）干燥层。入炉煤炭在该层内水分被脱除。 （６）空层。料层上部的气相空间，各种气体在此 会合形成出炉煤气。 煤气发生装置在生产过程中，煤首先进行预热干 燥，气化剂（空气和水蒸汽）从炉底送入炉内，首先经 灰渣层预热，然后在氧化层与炽热的焦炭接触进行燃 ２００６．Ｎｏ．１２・月罨ｊ 体为主要成分的工业热燃料气，然后再直接燃烧的技 术。在合适的控制条件下，它比直接燃烧散煤容易达 到环保要求，比冷煤气综合热效率高。煤气化装置是 中小锅炉煤气化燃烧的技术核心，一般采用固定（移 动）床煤气发生装置。煤气化过程是一系列复杂的物 理化学变化过程，根据气化剂不同，煤气分为空气煤 维普资讯 http://www.cqvip.com 烧产生热量，生成含有ＣＯ２的气体。在还原层炽热的 焦炭还原成ＣＯ，同时，进行水蒸汽分解反应，提高了 生成气中Ｈ：的含量。还原层中进行反应生成以ＣＯ与 Ｈ２为主要可燃成分的气体，并靠气体的显热将上部燃 料层干馏和干燥。千馏煤气混入生成气体中，一起从 气化炉中引出。灰渣从炉底排出。 １．２化学反应 煤气生产过程主要发生的化学反应包括： Ｃ＋Ｏ２＝ＣＯ２＋４０８．８ＭＪ ２Ｃ＋Ｏ２＝２Ｃ０＋２４６．４ＭＪ Ｃ＋ＣＯ２＝２Ｃ０—１６２．４ＭＪ 图２ 炉内煤炭气化燃烧系统示意图 Ｃ＋Ｈ２ｏ（ｇ）＝ＣＯ＋Ｈ２—１ １８．８ＭＪ Ｃ＋２Ｈ２ｏ（ｇ）＝ＣＯ２＋２Ｈ２—７５．２ＭＪ ２．２炉内煤炭气化燃烧系统 ＣＯ＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＝ＣＯ２＋Ｈ２＋４３．６ＭＪ 图２为炉内煤炭气化燃烧系统示意图。严格来说 上述反应进行的程度取决于发生炉的操作条件， 炉内煤炭气化燃烧是半煤气化燃烧，气化装置与燃烧 即气化温度、压力、气化剂的组成和流速、气化剂与燃 锅炉有机地结合在一起，煤直接加入系统的气化装置 料的接触时间以及燃料的反应性、表面性质等。 进行气化，煤焦及半焦被推入炉膛继续燃尽，并起到 引燃热煤气的作用。热煤气直接通入锅炉燃烧炉膛， ２中小型锅炉ｌｌ气化燃烧的主曼＝ｆ＝艺流程 不必设电点火装置及锅炉熄火连锁保护，控制要求不 目前中小型锅炉煤气化燃烧的主要典型工艺流程 高，系统阻力小，除尘效果与运行负荷有直接关系。从 有两个，即炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统、炉内煤 以上所述知道，炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统因为 炭气化燃烧系统。 气化炉与燃烧炉可以分离，适用于燃油（气）锅炉改 ２．１炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统 造，炉内煤炭气化燃烧系统因为结构紧凑、运行费用 图１为炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统示意图。系 更低，适用于新型煤气化锅炉设计。 统由气化炉和燃气锅炉组成。煤在气化炉内完成整个气 ３中小型锅炉煤气化燃烧设计中应注意的几个要点 化过程，气化炉和燃气锅炉之间通过热煤气管道连接， 中小型锅炉运行要求连续、稳定，煤气发化炉追 燃气锅炉设有液化气或燃料油点火装置和锅炉熄火连锁 求的是气化效率，所以煤气化燃烧技术应用于中小型 保护，除尘效果好，系统阻力大，控制要求高。 锅炉不能照搬煤气发化炉的设计数据。 ３．１气化强度的选择 气化强度越大，煤粒越小，料层的风速越大，煤 气中带出物（灰尘）越多。对于平均直径１０～７５ｒａｍ， ａｘ／ ｉ ＝５～６的煤粒，气化强度２００ｋｇ／ｍ ｈ，料层 厚度８００～１０００ｍｍ，空层流速ｌｍ／ｓ，煤气中带出物 最少。 ３．２炉膛负荷的选择 炉膛负荷决定热煤气的燃尽程度，负荷过小，煤 气在炉膛高温区停留的时间太短，煤干馏出来的高分 子有机物（焦油等）及小煤粒就会释碳，造成冒黑烟及 热效率低。烟气在高温区停留时间１．５ｓ，烟气林格曼 黑度小于一级，热煤气燃尽率９９％。 图１ 炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统 ３．３污染物的控制 ８．Ｎｏ．１２・月干ｌｊ 维普资讯 http://www.cqvip.com 节蚝 作为清洁燃烧，必须做好ＳＯ２及ＮＯｘ的控制。在 ４结语 煤气化燃烧是煤炭的清洁燃烧方式。煤气化燃烧 技术应用于中小型锅炉，设计上只要根据锅炉运行特 点选取合适的气化强度、炉膛负荷、配煤方式、炉膛 燃烧温度，就能在符合环保要求的同时提高综合热效 型大气污染具有重要意义，具有广阔的市场前景。■ 参考文献： ［Ｉ］王善武．我国工业锅炉节能潜力分析与建议．工业锅炉， ２ｏｏ５（Ｔ） 配煤中，高硫煤种要适当添加脱硫剂（ＣａＯ），Ｃａ：Ｓ １．２：ｌ，采用热煤气与空气的预混合，炉膛燃烧温 度控制１０００￣时，ＳＯ２及ＮＯｘ的排放满足环保要求。 ３．４降低系统运行费用 相同热效率下，系统运行费用会有所上升。所以，通过 优化设计，采用较小气化强度可以不必设置除尘器，配 实践证明，煤气化燃烧是一种清洁燃烧方式，但 率。中小型锅炉采用煤气化燃烧技术对消减我国燃煤 合采用较薄煤层气化，可以减少动力消耗，增设燃尽 室，减少灰渣含碳率，采用连续自动给煤出渣，减少排 烟损失，可以提高锅炉热效率，减少人工费用，从而使 煤气化燃烧锅炉不但比燃油（气）锅炉有燃料费用低 的优势，也比配置除尘器的常规散烧原煤锅炉具有更 ［２］王乃计，纪任山，徐＿振刚．炉前煤炭气化厦热煤气燃烧系 统．中国煤炭，２０Ｏ５，２９（１） ［５］李玉静，魏喜坤．煤气化分相燃烧锅炉的结构特点与工作 特性．工业锅炉，２００８（４） 大的竞争优势，赢得市场。 ３．５安全问题 ［４］董苋．煤气化燃烧一体化链条炉摊锅炉的研制，工业锅炉， ２００５（５） 煤气主要成分是ＣＯ，煤气发生装置必须有可靠的 密封。煤气化燃烧系统贮煤量大，煤气浓度大，设计必 须采用可靠的点火引燃装置和停炉压火时的煤气放散 ［５）沙兴中，杨南星．煤的气化与应用．上海：华东理工大学出 版社。１ ９９５ ［６】李芳＋燃煤过程中ＮＯｘ的生成机理厦控制技术．工业锅炉， ２ｏｏ５（Ｂ） 管，必要时设置防爆门。 品牌等多项荣誉 遒 产 ｕ 一 ｉ ０ 、 ≮００ 务 市场和广大消费者充分黼和长搬支持舶结果。鬈ｌ Ｉ。 ０ ■ （本刊讯） ∥ ０ ２００６．Ｎｏ．１２・