關于小型煤粉工業(yè)鍋爐技術推廣問題的分析探討

1、關于小型煤粉工業(yè)鍋爐技術推廣問題的分析探討 (2013-06-11 11:41:18)轉(zhuǎn)載標簽： 煤粉 燃燒器 工業(yè)鍋爐 節(jié)能分類： 鍋爐相關0  引言中國對小型煤粉工業(yè)鍋爐的技術研究早在上世紀60年代就已經(jīng)開始了。經(jīng)驗表明：小型工業(yè)鍋爐燃燒煤粉是可行的，可達到很高的燃燒效率。若受熱面設計合理，鍋爐效率也可以很高，接近或達到90%。采用預燃燒可保證點火容易，燃燒穩(wěn)定、完全。但小型煤粉工業(yè)鍋爐之所以沒能得到發(fā)展，主要還是當時社會發(fā)展落后、燃料制備困難，設備投資過高、鍋爐布置過于分散且容量普遍較低、缺少高效除塵設備環(huán)境

2、污染大等原因。近年來，隨著我國科學技術和社會的進步，小型煤粉裝置研發(fā)和專業(yè)煤粉生產(chǎn)企業(yè)的出現(xiàn)，還有高效低價位煙氣凈化裝置配套等，這些都為小型煤粉工業(yè)鍋爐的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。目前，經(jīng)過一些科研院校及相關企業(yè)的不懈努力，國內(nèi)小型煤粉工業(yè)鍋爐技術研發(fā)有了突破性進展，通過燃料集中配送，在保證燃料可靠供應的前提下,實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)高效、全自動、潔凈運行，給人耳目一新的感覺。但參考業(yè)內(nèi)對煤粉工業(yè)鍋爐的學術討論，結(jié)合筆者多方面的了解和調(diào)查來看，要想大力推廣小型煤粉工業(yè)鍋爐技術和產(chǎn)品，還需要解決好幾方面問題。1   燃料保證問題中小容量煤粉工業(yè)鍋爐是發(fā)達國家上世紀90年代中后期的

3、成熟產(chǎn)品，尤其在德國、法國得到廣泛應用。以德國為例，之所以能夠比較廣泛的推廣煤粉鍋爐技術，除了煤粉鍋爐低廉的燃料成本、優(yōu)秀的工業(yè)技術，同樣重要的一點是，德國有豐富的褐煤礦產(chǎn)，可以提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的褐煤粉供應市場。隨著石油、天然氣的燃料成本不斷上升，德國的褐煤粉燃燒所占的比例在不斷增加。要在中國大力推廣小型煤粉工業(yè)鍋爐，首先就要解決適宜煤粉的來源問題。對于電站煤粉鍋爐來說，都是配套爐前制粉，但對于小型煤粉工業(yè)鍋爐如采用爐前制粉將會存在很多問題。（1）   爐前制粉成本高、產(chǎn)出效益低。小出力的制粉系統(tǒng)，其制粉所消耗的電能、易損件磨損（經(jīng)常稱之為“鋼耗”）要高得多。（2）&

4、#160;  煤粉品質(zhì)難以保證，尤其體現(xiàn)在煤粉的揮發(fā)份、灰分、水分、硫分以及煤粉細度上，這會直接影響到煤粉鍋爐的系統(tǒng)運行及污染物排放的問題。（3）   磨煤系統(tǒng)維護困難。主要是磨煤機的磨損部分需經(jīng)常更換，非一般機修能力較弱的廠所能負擔。（4）   分散投資。假如小型煤粉工業(yè)鍋爐都配套爐前制粉，這對社會資源（包括土地、投資、管理維護等）將是一種浪費。（5）   煤粉是易燃易爆物品，小而分散的制粉點增加了眾多的危險源。    鑒于小型煤粉工業(yè)鍋爐燃煤

5、量少、用戶分散的狀況，結(jié)合上述這些問題，采用集中大規(guī)模制粉、定點供應的模式是必須的。圖1是一種煤粉罐車，它可以實現(xiàn)煤粉或粉煤灰的快速密閉裝卸并具有防燃防爆作用，利用煤粉罐車可實現(xiàn)區(qū)域鍋爐房的煤粉配送。在中國的某些地區(qū)，目前已在開始實施。圖1 一種煤粉罐車    保證來源渠道后必須考慮煤粉的質(zhì)量問題。通過參閱德國一些煤粉供應商的資料，發(fā)現(xiàn)德國褐煤粉有一個特點：灰分、硫分非常低。灰分大部分在4%左右，有的在2%以下，一般不高于6%；硫分大部分在0.7%以內(nèi)，顯然已經(jīng)過成熟的處理。這說明德國的褐煤粉供應是產(chǎn)業(yè)化的，是非常成熟穩(wěn)定的。在中國，很多企業(yè)及

6、部分科研單位都在積極推廣煤粉工業(yè)鍋爐技術，但目前國內(nèi)缺乏成熟的有規(guī)模的煤粉供應企業(yè)，尤其在一些非產(chǎn)煤區(qū)，穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的煤粉供應可能會是一個非常重要的制約因素。在內(nèi)蒙和山西等地，情況相對較好，通常能夠采購到相對合適的煤粉，但是在東部和南方等地，則基本沒有合適的煤粉供應。于是個別企業(yè)只好自行生產(chǎn)煤粉，其加工方法一般為將優(yōu)質(zhì)煙煤直接干燥后磨制成煤粉。因其在生產(chǎn)過程中未進行降低灰分、硫分的工藝步驟，燃料成品的灰分、硫分一般都比較高，有些煤粉的灰分達到1520%甚至以上，這對鍋爐的穩(wěn)定燃燒會產(chǎn)生較大的影響。同時，我國硫分小于0.5%的優(yōu)質(zhì)煙煤不多，所以一般鍋爐的SO2排放都會超標，因此還需安裝脫硫裝置或采取

7、其他脫硫措施。此外，煤粉的水分與煤粉加工、儲運過程的安全可靠性有極大關系，當煤粉中水分大于5%時，煤倉易結(jié)塊、板結(jié)，煤粉輸送系統(tǒng)容易發(fā)生系統(tǒng)堵塞，不易下粉。當煤質(zhì)變化，灰融點降低時，若燃燒組織設計不合理，爐內(nèi)易結(jié)焦，排灰（渣）困難。所以要在中國大力推廣小型煤粉工業(yè)鍋爐，采用集中大規(guī)模制粉，并保證優(yōu)質(zhì)長期穩(wěn)定的煤粉供應是首先必須解決的問題。根據(jù)社會發(fā)展的經(jīng)驗及中國的社會現(xiàn)狀，解決這個問題需要政府（政策）去引導，社會力量共同去努力，以避免出現(xiàn)煤粉價格處于少數(shù)人、少數(shù)企業(yè)的壟斷之下，確保價格、貨源、煤粉品質(zhì)的長期穩(wěn)定。這里需要指出的是，煤粉在制備過程中會有一些粉塵，漂浮的粉塵會對周邊環(huán)境造成一定的污

8、染，所以制粉過程必須嚴格控制粉塵的污染。同時，煤粉有自燃、爆炸的危險，因此制粉廠決不能建于人口密集區(qū)。2技術研發(fā)問題小型煤粉工業(yè)鍋爐技術的關鍵在于燃燒技術，目前國內(nèi)的小型煤粉工業(yè)鍋爐技術主要以北京煤科總院的技術為代表。其系統(tǒng)組成（如圖2）主要有燃料罐、供料器、燃燒器、鍋爐、布袋除塵器及煙囪等。其鍋爐配置旋流式煤粉燃燒器，包括送粉管（噴槍）、導向葉片、二次風管道和預燃室，送粉管出口端裝有反射帽型鈍體（如圖3)。一次風攜帶著煤粉通過送粉管噴入，二次風在一定的風壓下經(jīng)導向葉片導入預燃室，與經(jīng)過送粉管末端反射帽反射的煤粉充分混合，風粉混合物以某種方式點火，預燃室末端變窄，使得燃燒的火焰達到較高的速度，

9、形成的火焰束以旋流的方式進入爐膛內(nèi)燃燒。筆者認為該技術的成熟性還需進一步驗證，其最大缺陷就是燃燒器預燃室后半段連續(xù)運行易結(jié)焦。同時還存在其他一些問題，比如：鍋爐結(jié)構設計與煤粉的燃燒特性不符合，正壓運行有漏灰現(xiàn)象，飛灰含碳量高，鍋爐“吃細糧”只能燒“兩高一低”（高熱值、高揮發(fā)分、低灰分）的煤粉，鍋爐房設備占地面積大，一次性投資成本高等。因此，技術上還有待進一步發(fā)展和完善。 圖2 煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)簡圖1罐車；2燃料罐；3供料器；4二次風機；5二次風管；6二次風控制器；7點火油箱；8燃燒器；9鍋爐本體；10布袋除塵器；11煙囪；12罐車 圖3 煤粉燃燒器結(jié)構另

10、外，國內(nèi)也有一些將電站鍋爐小型化的技術用在工業(yè)鍋爐上，如上海交大的濃相多重分級四角燃燒技術。其采用單爐膛、四角切圓燃燒方式、鍋爐采用立式結(jié)構、燃燒器多層布置。目前已在上海鍋爐廠建起一臺 3MW煤粉燃燒鍋爐用于實驗，據(jù)了解，該實驗系統(tǒng)對煙煤、褐煤、貧煤和無煙煤等煤種的煤粉進行了燃燒試驗，試驗結(jié)果良好。在德國，也有將用于窯爐的多通道煤粉燃燒技術用于工業(yè)鍋爐的煤粉燃燒的，其效果也很好，圖4為德國PILLARD公司GF-K型安裝在火管鍋爐上的褐煤粉燃燒器。 圖4 德國PILLARD公司GF-K型褐煤粉鍋爐燃燒器目前小型煤粉工業(yè)鍋爐在德國等西方國家已得到廣泛的應用，技術也很

11、成熟，筆者認為可以引進和學習。但對于德國等西方國家的技術也不能盲目的照搬或模仿，應該弄明白其設計的條件背景，如煤粉特性、設計理念等，根據(jù)國情研發(fā)適合中國的煤粉工業(yè)鍋爐燃燒技術。鑒于國內(nèi)煤粉燃燒技術現(xiàn)狀和推廣應用的實際需要，煤粉工業(yè)鍋爐的技術開發(fā)應以容量35t/h以下特別是10t/h及以上鍋爐成套技術為主，大容量的煤粉工業(yè)鍋爐可以借鑒電站煤粉鍋爐技術。在設計鍋爐時，除了選擇適合的燃燒技術，合理地布置燃燒器，其它方面也必須應該重視：（1）      煤粉的品質(zhì)，包括煤粉細度、灰分、水分、揮發(fā)分、發(fā)熱值、灰熔點等。如灰分大，會導致易結(jié)焦或結(jié)

12、渣，增加管束和相關位置的積灰量，從而影響熱交換。揮發(fā)分較高，則著火容易，所需燃燼時間就短，設計時就可以選擇較高的火焰速度。在燃燒器設計中若能設法使煤粉局部濃度加大，則析出的揮發(fā)物的濃度也大，有利于著火穩(wěn)定。煤粉磨得較細時，接觸面加大，溫升快，也有利于著火穩(wěn)定。所以煤粉品質(zhì)是保證燃燒的重要方面。（2）      合適的爐膛設計。鍋爐的爐膛必須根據(jù)煤粉燃燒的特性來設計，爐膛尺寸既要考慮到爐內(nèi)不結(jié)渣，又要確?；鹧骈L度不受阻擋。在設計鍋爐時，爐膛容積熱負荷和截面熱負荷不能簡單的套用電站煤粉爐經(jīng)驗值，要在實際設計的過程中逐漸地去摸索，一般應高于

13、電站煤粉爐。為防止爐底結(jié)焦，盡可能采用水冷爐底結(jié)構。（3）      合理的鍋爐結(jié)構。煤粉燃燒屬于懸浮燃燒，與燃油、燃氣類似，因此有些設計者就套用燃油、氣鍋爐結(jié)構形式，如采用大爐膛鍋殼式火管鍋爐結(jié)構，結(jié)果導致爐內(nèi)積灰，清灰困難。筆者認為最好采用便于清灰的水管或外燃式水火管鍋爐結(jié)構，建議20t/h以下采用臥式快裝結(jié)構，以便于運輸和安裝， 20t/h及以上采用立式結(jié)構，以減少占地面積。（4）      可靠的吹灰技術。小型煤粉鍋爐灰渣的90%是以飛灰形式存在，積灰問題較

14、為突出，因此選擇可靠的吹灰技術是不可或缺的。目前國內(nèi)小型煤粉鍋爐大多采用聲波吹灰方式。（5）      燃燒空氣預熱。提高助燃空氣溫度，可降低著火熱，使著火位置提前，促進燃燒，加強煤粉著火速度和著火穩(wěn)定性。3   煙氣凈化問題煙氣凈化問題也就是鍋爐污染物排放控制問題，鍋爐的污染物排放主要是鍋爐煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）三種污染物的排放。從發(fā)展的角度來看，對于工業(yè)鍋爐，應該把高效燃燒和污染物排放結(jié)合起來研究和控制更為合理，因為有些污染物若從燃燒過程實施控制，就可以減少煙氣脫出污染物的成本，

15、更有利于技術的推廣和應用6。（1）  關于煙塵排放煤粉燃燒的原始排放濃度要比層燃高得多，從效果和經(jīng)濟上考慮，煤粉工業(yè)鍋爐一般配置除塵效果相對較好的布袋除塵器。但煤粉燃燒產(chǎn)生的粉塵顆粒極細，一旦排入大氣，會長久漂浮，污染環(huán)境。因此即使配置了布袋除塵器，也應極為重視集灰的處理?？刂泼悍坼仩t的煙塵排放，可以考慮從兩方面著手：一是嚴格控制煤粉中的灰分含量，根據(jù)國外煤粉及水煤漿的制作經(jīng)驗，灰分最好控制在7%以內(nèi)，甚至更低些；二是實行兩級除塵，煙氣先進行旋風分離除塵再進行布袋除塵，兩級除塵的效果肯定比一級布袋除塵效果要好得多。在德國，鍋爐的除塵很多是將旋風除塵與布袋除塵結(jié)合在一起使用，

16、圖5就是德國一家小型煤粉鍋爐的一體化除塵系統(tǒng)，上部是除塵部分，煙塵在先后通過旋風除塵和布袋除塵后，粉塵集中落入下部的大灰斗，此大灰斗同時又是灰?guī)?。這樣不僅可以降低制造成本，降低除塵的維護費用，還可以減少占地面積，并且小容量（15t/h及以下）鍋爐可將除塵灰斗做大充當灰?guī)?，進一步減少占地面積和投資。因此建議除塵廠家開發(fā)旋風除塵、布袋除塵及灰?guī)煊谝惑w的產(chǎn)品。 圖5 德國一體化的除塵系統(tǒng)（2）  關于二氧化硫排放燃煤鍋爐煙氣中的SO2濃度主要取決于煤的含硫量和熱值，與采用何種燃煤技術基本無關。即使在煤粉中摻混一定比例的石灰粉或脫硫劑，脫硫效果一般也較差。因此，

17、要控制煤粉鍋爐的二氧化硫排放量，首先應控制好煤粉中的含硫量。根據(jù)國外煤粉及水煤漿的制作經(jīng)驗，含硫應控制在0.35%左右較為合適，最大不應超過0.5%。如煤粉中含硫超過0.5%，要想達標排放，多數(shù)情況下必須采用在爐后安裝煙氣脫硫裝置的辦法。（3）  關于NOX排放在燃煤排放的眾多污染物中，NOX是唯一可通過改進燃燒方式來降低排放量的氣體污染物。因此，可采用燃燒空氣分級和煙氣再循環(huán)等技術，通過降低火焰峰值溫度、降低最高溫度區(qū)域的局部氧濃度、降低燃料在最高溫度區(qū)域的停留時間等措施抑制NOX的生成。4   市場推廣與政策導向問題因煤粉為粉狀物，可與氧氣

18、良好接觸，燃燒充分，具有和燃油燃氣鍋爐幾乎相同的火焰特性，其燃燒效率甚至可達98%以上，煤粉鍋爐實際運行熱效率一般在8590%，可達到或接近油氣鍋爐的熱效率，是其他傳統(tǒng)層燃鍋爐所難以企及的。鑒于油、氣燃料成本的高昂，煤粉鍋爐在單位熱量成本上要遠低于油氣鍋爐，只要煤粉鍋爐形成相應的產(chǎn)業(yè)化，其煤粉供應市場管理是可控的，則隨著油、氣燃料成本持續(xù)走高，即使投資成本高，占地大，小型煤粉工業(yè)鍋爐替代油、氣鍋爐還是具有無可比擬的優(yōu)勢。這直接決定了小型煤粉工業(yè)鍋爐值得政策推廣。從經(jīng)濟角度分析,煤粉鍋爐與層燃鍋爐的運行成本需要綜合考量。目前層燃鍋爐的實際運行熱效率水平一般在6070%，與之相比，煤粉鍋爐的運行熱

19、效率可達8590%甚至更高，節(jié)煤潛力較大。煤粉鍋爐的經(jīng)濟效益主要來源于節(jié)煤，煤粉的價格關系到煤粉鍋爐運行費用能否明顯低于層燃鍋爐。煤粉價格由原煤進價、制粉成本和運輸成本構成，因此煤粉價格會比原煤價格高很多?？紤]煤粉鍋爐系統(tǒng)投資大幅度提高、燃料差價擴大，煤粉鍋爐是否適合代替層燃鍋爐，應當由企業(yè)根據(jù)當?shù)貭顩r綜合考慮，仔細核算。從非經(jīng)濟價值角度，煤粉鍋爐又有著比層燃鍋爐更多的優(yōu)勢：（1）      節(jié)能減排。煤粉工業(yè)鍋爐有良好的節(jié)煤效果，因鍋爐消耗的燃煤量比傳統(tǒng)鍋爐大大減少，由此產(chǎn)生的CO2、SO2、NOX、煙塵等排放物相應減少，從而達到減

20、排的目的。（2）      燃料制、備污染小。層燃鍋爐的燃料運輸、儲存、燃燒前的搬運一般均不會在完全密閉的環(huán)境中進行，所以存在一定的煤污染。而煤粉鍋爐技術可做到煤粉從制備、儲運到進入爐膛燃燒，均嚴格控制在全密閉環(huán)境中，不會或基本不產(chǎn)生污染，因此有較高環(huán)保價值。（3）      自動化程度高。一般煤粉鍋爐的電氣控制系統(tǒng)比較完備，自動化程度都很高，可實現(xiàn)即開即停，這是一般層燃鍋爐無法比擬的。（4）      燃料品質(zhì)易控

21、制。煤粉鍋爐的推廣一旦實現(xiàn)，集中制粉、配送粉是不可避免的。這一方面可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，降低社會能耗，另一方面有利于煤粉品質(zhì)的集中管理，所以煤粉鍋爐的燃料品質(zhì)較易實現(xiàn)可控。目前，國內(nèi)對于鍋爐使用的問題，有些地方采取了“一刀切”的政策，在既定的區(qū)域，只能上油氣鍋爐，而不能上其它鍋爐，這是煤粉鍋爐推廣代替油氣鍋爐的最大障礙。所以小型煤粉工業(yè)鍋爐的推廣，需要政府制定更加靈活和科學的政策。只要煤粉鍋爐的污染物排放能夠達到國家環(huán)境標準，就應該予以支持，畢竟其經(jīng)濟價值是非?？捎^的。相較于層燃鍋爐，小型煤粉工業(yè)鍋爐的推廣需充分考慮煤質(zhì)資源、配送距離和各種風險，不可急于求成，靠行政命令“一刀切”，應進行全面的技術、

22、環(huán)境和經(jīng)濟評價，因地制宜地推廣。5   安全運行問題對于煤粉鍋爐的安全運行，應首先認真進行司爐工培訓，提高司爐人員素質(zhì)，杜絕過去“粗放式”操作劣習，以適應煤粉工業(yè)鍋爐的運行要求。因為多數(shù)人熟悉往復爐排、鏈條爐排等層燃鍋爐的操作，對煤粉鍋爐較為陌生。其次要嚴格遵守規(guī)章制度，對事故處理要制定預案。煤粉在磨煤干燥過程、煤倉儲存、罐車運輸及入爐燃燒時，存在自燃與爆炸的可能性?，F(xiàn)有的已運行煤粉工業(yè)鍋爐幾乎未建立惰性氣體保護系統(tǒng)，不僅影響鍋爐的正常運行，還將帶來難以控制的安全隱患。最近幾年，山西省曾發(fā)生過多起煤粉鍋爐爆炸和煤粉站爆炸的事故，其主要原因就是缺乏安全意識和技術防范

23、措施。因此，為防止煤粉自燃和爆炸，煤粉工業(yè)鍋爐必須配套建設CO2或氮氣等惰性氣體保護系統(tǒng)和靜電接地保護，嚴格操作規(guī)范，確保安全運行。另外，煤粉鍋爐還必須裝設可靠的點火程序控制和熄火保護裝置。鍋爐點火前和熄火后必須進行燃燒器和爐膛的吹掃，當鍋爐出現(xiàn)風機停車等故障時，確保能自動切斷全部送風和燃料供應。6標準修訂問題煤粉燃燒技術不是新技術，但煤粉工業(yè)鍋爐在我國還屬于一種新興的產(chǎn)品。目前僅有中小型煤粉工業(yè)鍋爐用煤技術條件（GBT 26126-2010）標準，在工業(yè)鍋爐設計標準中尚無煤粉工業(yè)鍋爐的內(nèi)容，鍋爐大氣污染物排放標準（GB13271）也沒有煤粉工業(yè)鍋爐的相關內(nèi)容。在實際工作中只能適當參考相近的標準或要求。這勢必給管理部門和相關企業(yè)帶來不便，也不利于該項技術的完善、提高和推廣，希望有關部門盡早出臺或修訂相關標準。目前國內(nèi)已建和在建的煤粉工業(yè)鍋爐已達上