高倍率灰钙循环烟气脱硫除尘一体化技术

工业锅炉是我国仅次于电站锅炉外的用煤大户,在国家新环保形势下,对燃煤工业锅炉的污染物控制水平提出了更高要求。介绍了一种适用高效煤粉工业锅炉的新型半干法烟气脱硫除尘一体化技术(NGD)。分析了脱硫原理、工艺流程、技术参数等,该技术将飞灰中活性钙作为脱硫剂,充分利用低温煤粉浓相燃烧为脱硫创造的有利条件,实现煤粉燃烧与烟气净化的自闭合,达到提高脱硫效率、降低脱硫成本的目的。另外,通过与湿式钠-钙双碱法脱硫技术对比发现,NGD脱硫除尘一体化技术在耗水、占地面积、系统集成、工艺可操作性及运行成本等方面具有显著优势。已配套煤粉锅炉系统建成20和40 t/h NGD脱硫装置各1套,并进行了工业试验。结果证实,在理想工况下,脱硫反应器出口SO2排放质量浓度100 mg/m3,脱硫效率95%。     

煤粉工业锅炉臭氧脱硝应用的可行性分析

煤炭在短期内依然是我国能源消费结构的主体,但其燃烧产生的污染物带来了严重的环境污染问题。现有脱硫脱硝工艺普遍占地大且投资及运行成本较高,不适宜煤粉工业锅炉应用。根据臭氧氧化机理,提出一种高效的锅炉烟气污染物脱除方法,并通过文献研究,证明脱硝效果,分析了影响其污染物脱除效率的主要因素,阐述了技术在国外的应用情况。介绍了煤粉工业锅炉系统现有烟气净化技术,提出采用臭氧氧化法耦合煤炭科学技术研究院有限公司自主高倍率灰钙循环烟气脱硫(NGD)技术,完成高阶态氮氧化物和SO_2、SO_3等酸性气体、重金属Hg、As等的有效脱除,达到超低排放效果,对于形成符合煤粉工业锅炉自身特点的一体化烟气净化技术具有重要意义。     

基于半干法NGD脱硫技术的SO2超低排放试验研究

随着环保形势的日益严峻,国家对中小型燃煤工业锅炉的烟气污染物治理也提出了超低排放要求。采用半干法烟气脱硫技术是解决中小型燃煤锅炉尾部烟气SO_2污染问题并实现超低排放的有效途径之一。作为一种新型半干法烟气脱硫技术,NGD脱硫采用锅炉自生高钙粉煤灰作为脱硫剂,有效降低了脱硫剂运行成本。为验证该技术的SO_2超低排放效果和脱硫剂使用经济性,以神东某锅炉房配套40 t/h煤粉锅炉NGD脱硫装置为研究对象开展工业试验,同时考察了装置运行稳定性以及关键因素对脱硫效果的影响。试验结果表明,NGD反应器进出差压平均值约1 100 Pa,未出现曲线急剧上升或下降的现象,说明装置总体运行稳定性较好。外加适量Ca(OH)_2后,NGD脱硫装置的SO_2平均排放浓度(9%O_2)小于35 mg/Nm~3,达到超低排放效果。计算得到外加Ca(OH)_2与反应器入口SO_2的钙硫摩尔比n(Ca/S)=0. 9,由于主要利用锅炉自生粉煤灰中的活性钙,外加Ca(OH)_2量低于同类半干法烟气脱硫技术。研究发现,装置脱硫效率随增湿水量的增加而升高;在测试工况下,锅炉自生粉煤灰掺混少量Ca(OH)_2后,脱硫率由70%提高到90%以上。     

低流量煤粉稳燃燃烧器的研究与应用

结合煤粉工业锅炉煤粉流量低和炉膛容积小的特点,运用内二次旋转风、锥形钝体和有限预燃室空间相结合的稳燃技术,开发出一种低流量煤粉稳燃燃烧器。运用CFD技术研究了一次风速、内二次风速、内二次风旋流强度和钝体阻塞率等参量变化对回流区大小和回流速度的影响。提高内二次风速,回流区长度和平均回流速度皆呈现缓慢增加趋势;增加内二次风旋流强度,回流区长度和平均回流速度能较快增加,能明显提高回流区卷吸高温烟气热量;钝体阻塞率为1.070是比较合适的。该燃烧器应用到蒸发量4 t/h煤粉工业锅炉上,能够稳定燃烧,提高锅炉热效率10%～18%。     

水煤浆燃烧技术

水煤浆是一种新型、洁净的代油燃料，它是由68％左右的煤粉和32％左右的水再加少量添加剂组成，它可以用在燃油电站锅炉、工业锅炉和各种工业窑炉。能适应四角直流燃烧器和旋流燃烧器。应用水煤浆燃料要对锅炉和窑炉进行一定的改造，主要解决水煤浆雾化、稳定燃烧及清灰方面的问题，     

高效煤粉工业锅炉低氮控制技术

借鉴国内外主流低氮减排技术,通过对原有技术优化升级,开发出新一代煤粉锅炉NOx联合控制技术,进一步发掘了煤粉燃烧器的低氮潜力,并将煤气化空气无级分级低氮燃烧与烟气再循环技术进行耦合。经工业试验验证,应用后锅炉尾气NOx排放可达200 mg/m3以下,结合SNCR烟气脱硝技术,NOx排放可降到100 mg/m3以下。通过以上低氮措施,煤粉锅炉系统NOx控制水平得到提升,满足并优于国家最新环保标准。     

燃煤工业锅炉烟气脱硫技术及经济性分析

燃煤工业锅炉含硫烟气排放是大气污染的主要来源之一,随着国家对锅炉烟气中不同污染物排放要求日益严格,国家实行了烟气超低排放标准,要求SO2低于35 mg/m3,锅炉烟气中SO2控制迫在眉睫。笔者分析了目前常用的湿法、半干法脱硫技术的特点,对比了不同湿法脱硫技术的差异性及优缺点,详细阐述了石灰石-石膏法和高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化技术(no gap desulphurization,NGD)及脱硫机理,并分析对比了2种脱硫技术的可行性及经济性。目前石灰石-石膏法的脱硫效率在95%,应用最广泛的是石灰石强制氧化系统,结垢、堵塞、腐蚀、产生废水是该技术的主要问题。NGD脱硫技术将粉煤灰作为脱硫剂,由于神东地区煤种特殊性,粉煤灰中活性物质含量较多,在有水条件下粉煤灰中Si与Al溶解出来与熟石灰发生水合反应,生成的高水合物质使脱硫效率大幅度提升,脱硫效率在80%～90%。由于NGD脱硫技术的经济性优于石灰石-石膏法,加之燃煤工业锅炉不同于电站锅炉的特点,对于中小型燃煤锅炉而言,NGD脱硫技术有很好的适应性和发展前景。     

煤粉工业锅炉燃烧器研究进展

燃烧器作为煤粉燃烧技术核心关键设备,主要作用是将燃料与空气合理混合,使燃料稳定着火并形成某种流场以利于后续完全燃烧。实现安全节能环保燃烧,必须根据燃料的特性,选择合理的燃烧器类型及布置形式。因此,本文介绍了国内外几种典型的旋流燃烧器的分类及其特点,并总结了旋流燃烧器的发展趋势。     

煤粉工业锅炉燃烧兰炭试验研究

为提高兰炭在煤粉工业锅炉上的燃烧效率,以陕西煤业化工集团生产的兰炭为原料,进行煤粉工业锅炉燃烧试验,分析了兰炭着火、稳燃、燃烬情况;针对兰炭燃烧过程中存在的问题提出解决方案。结果表明:高效煤粉工业锅炉双锥燃烧器的独特结构和浓相燃烧的方式,为兰炭的着火和稳燃提供了良好条件。在过量空气系数1.2,一、二、三次风比例分别为0.11、0.47、0.42,预热时间3 min,伴燃时间4 min的条件下,实现了兰炭粉的着火和自维持稳定燃烧,燃烧期间后部温度保持在550℃,炉膛中部温度大于800℃。针对兰炭燃烧存在燃烧器内燃点靠后、着火区域温度低和兰炭燃烧不完全等问题,提出可通过调整燃烧室的结构和尺寸,使燃烧器蓄热能力增强,延长煤粉预热时间,产生更多高温回流烟气,使兰炭在燃烧器中快速着火并稳定传播到炉膛,降低兰炭灰残炭率,提高燃烧效率。     

58 MW煤粉工业锅炉空气分级燃烧试验研究

加快推进燃煤工业锅炉环保改造,有效降低煤粉工业锅炉大气污染物排放量,特别是降低NOx排放迫在眉睫。空气分级燃烧技术是一种减排效果显著,改造成本较低的低氮燃烧技术,已在电站锅炉得到成功应用。为考察空气分级燃烧技术在煤粉工业锅炉上应用效果,以煤科院某58 MW煤粉工业锅炉空气分级改造项目为研究对象,通过在侧墙上布置6个火上风喷口,实现空气分级燃烧。通过工程试验,采用特制水冷取样枪以及耐高温烟气分析仪,测量了该锅炉原工况(不采用火上风)与分级燃烧(采用火上风)工况下,炉内3个不同截面(每个截面10个取样点)以及双锥燃烧器内6个测点处烟气温度及烟气组分。结果表明,分级燃烧工况下,双锥燃烧器内在x=0.3 m测点后形成了高温、强还原性气氛,有效抑制了燃烧初始阶段NOx的生成。这是因为分级工况下双锥燃烧器内氧气被迅速消耗,焦炭燃烧反应速率显著下降,焦炭气化反应明显增强,故形成了较强的还原性,有效遏制了NOx的生成。炉内不同截面烟气温度及组成变化规律表明,原工况烟气温度分布整体呈现燃烧器射流中心高、外侧低的趋势,氧含量分布与温度分布趋势相反,而分级工况受双锥燃烧强还原性高速火焰以及火上风喷射的影响,截面温度波动较大,中间截面呈现燃烧器射流中心偏低的现象。分级工况在炉内形成明显的还原区,且表现为燃烧器射流中心CO浓度高、外侧低的现象,有效降低了炉内NOx生成。58 MW煤粉工业锅炉火上风空气分级低氮改造,在双锥燃烧器及炉内创造了合理的贫氧还原区,具有良好的低氮效果。     

逆向射流燃烧技术研究进展

逆向射流燃烧技术是可同时适用于燃气和燃煤领域的高效低污染燃烧技术,逆喷结构和射流流速比决定了其流场特性。笔者综述了逆向射流燃烧技术在燃气和燃煤领域的发展历史、研究现状和发展趋势。在燃气领域,逆向射流主要起稳定火焰作用,具有良好的燃料-空气混合条件,形成一个近似均匀的热流场,避免燃烧过程中出现局部热点,但目前仅为一种为燃气轮机和飞机发动机提供的探索性技术,工程应用还需克服燃料和空气在一个狭小空间里的流场合理控制以及从简化装置到工程放大等问题。在燃煤领域,对于煤粉燃烧器,逆向射流可形成一个可控组分、大小、形状和位置的回流区,且将煤粉直接送进回流区,还可控制煤粉在回流区内的停留时间,该技术与传统火焰稳定方式相比,火焰稳定能力更强、停留时间更长、污染更低,更适用于低阶煤的高效燃烧,目前,逆向射流燃烧技术耦合其他稳燃、低氮技术为煤粉高效清洁利用发展提供了新方向,且已有实际工程应用,但对于其机理研究不够深入,限制了其进一步发展与推广。对于电站锅炉,部分一次风或燃尽风逆向偏转射入炉内,可缓解四角切圆燃烧方式下炉膛出口烟气的烟速和烟温偏差,目前主要是燃尽风反切的工业应用,但如何合理控制燃尽风反切角度、反切动量以及反切层数等关键问题还需进一步研究。     

我国燃煤工业锅炉现状及分析

不同类型燃煤工业锅炉具有各自的技术优势及应用范围,为了给用户在项目立项、选择锅炉时提供正确参考,阐述了3种主流燃煤工业锅炉的技术特点、应用现状,并着重针对循环流化床锅炉和现代煤粉工业锅炉,从燃烧组织方式和技术特点两方面进行了系统的技术对比分析。经分析认为,流态化燃烧组织是循环流化床锅炉的技术基础,浓相室燃燃烧组织是现代煤粉工业锅炉的技术基础。依托密相床炉料的巨大热容量,循环流化床锅炉定位于处理高灰劣质燃料;依托低变质高活性清洁煤粉快响应着火喷燃,现代煤粉工业锅炉定位于油(气)锅炉的备份及互换。因此,二者非取舍而是互为补充的关系。     

煤种性质对煤粉工业锅炉结焦的影响

燃煤锅炉内结焦会对锅炉运行的安全性和经济性造成极大损害,因而分析影响燃煤锅炉结焦的因素,进而有效预防燃煤锅炉结焦至关重要。在实际应用中,针对影响燃煤锅炉结焦的不同因素,可采取不同的预防措施。研究发现煤的灰熔融性温度、煤粉颗粒大小、锅炉燃烧气氛、一二次风动力场、锅炉截面热负荷和锅炉热负荷等都会影响燃煤锅炉结焦。为了解决某地区煤粉工业锅炉预燃室、炉膛、对流受热面大面积燃烧结焦问题,笔者结合燃煤锅炉燃烧结焦的机理,先后采取调整燃烧气氛、增大二次风刚性、减小煤粉颗粒粒径、更换孙家岔煤粉等措施对不同条件下的结焦现象进行对比分析,发现煤种、煤粉粒径大小是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的因素。通过SEM-EDS(扫描电镜和能谱分析)对锅炉焦块进行微观形貌与元素组成分析,现场取样锅炉现用煤粉和孙家岔煤粉进行煤质及灰成分对比分析,并根据灰成分进行结渣性判别指标计算,结果表明锅炉燃烧现用煤种灰熔融性温度较低,煤灰软化温度Ts为1 170℃,小于1 200℃,为易熔煤,容易结渣,属于典型的易结焦煤种;结渣性判别指标计算结果显示,4项指标评价为"严重",1项指标评价为"中等",结渣性严重。综合分析认为:锅炉燃烧煤种发生改变,煤的灰熔融温度较低是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的最本质因素。为进一步解决现场实际问题,采取破坏煤灰中酸碱平衡,提升煤的灰熔融温度,配合调节煤粉粒径等措施,如对锅炉现用煤种掺混5%的石英,提高煤灰中Si O2含量,掺混后煤粉的灰熔融温度达到1 280℃,提高了110℃;调大煤粉磨机频率,从19 Hz增大到22 Hz,煤粉粒度(200目,0.075 mm)过筛率从70%增大到85%。经过上述调整后,锅炉运行平稳,结焦状况显著改善,燃烧调整措施取得了较好的效果。     

燃气燃烧器在灰融聚流化床粉煤气化炉上的创新设计及应用

针对燃气燃烧器在灰融聚流化床粉煤气化炉上首次应用时需进行配套技术设计的问题,介绍了灰融聚流化床粉煤气化的技术特点、工艺流程以及配套技术创新设计方案;论述了燃气燃烧器配套灰融聚流化床粉煤气化炉的工艺流程特点、点火程序要求以及气化炉的结构布置和安装要领;总结了采用创新设计后燃烧器的应用效果.     

高效煤粉工业锅炉技术现状及应用

综述了高效煤粉工业锅炉技术在国外的产业化现状,国内技术的原理、特色、指标、业绩及在节能、污染物减排等方面的实际使用效果,与传统层燃锅炉、水煤浆锅炉及油气锅炉从技术经济角度做了对比。阐述了合同能源管理机制、节能融资模式的具体内容及对高效工业煤粉锅炉推广应用的适应性。分析了高效工业煤粉锅炉的发展潜力。     

快锅改烧壳牌煤气化装置粗煤气的分析论证与设计应用

进行了快锅燃料由天然气改烧壳牌煤气化装置粗煤气的改造。对比了天然气和粗煤气的燃气特性;分析了天然气和粗煤气互换的可行性;对粗煤气烧嘴进行了计算和设计;论证了改造对配风系统和烟气系统的影响;核算了在相同热负荷条件下天然气和粗煤气的燃烧空气量和烟气产生量。结果表明,快锅改烧粗煤气的技术改造投入较少,应用效果好。     

煤粉锅炉新型钝体燃烧器研究

燃烧器是锅炉燃烧系统的重要组成部分,针对湖南金信公司4'煤粉锅炉出现的燃烧不稳、不能负压运行、锅炉容易熄火、渣可燃物含量高等问题进行了分析,选择钝体燃烧器来代替普通直流燃烧器,设计出了一种新型钝体燃烧器,运行结果表明,飞灰含碳量Cfh=13.6%,较改前降低了5.4%,锅炉效率从76.74%提高到80.54%.该燃烧器具有较强的稳燃和负荷调节能力等优越性能,具有较好经济效益并有推广应用价值.     

煤粉燃烧热态试验研究方法综述

燃烧器是煤粉锅炉的核心部件,燃烧器的性能关系到煤粉燃烧程度和污染物排放水平。采用热态试验方法研究燃烧器的性能,获得的数据对于开发高效低氮煤粉燃烧器更具有指导意义。笔者从基本原理出发论述了煤粉燃烧各热态试验方法的优缺点以及适用场所,对于火焰温度测量,热电偶测温操作简易、便捷,但精确度不高,且只能同时单点测温,对火焰扰动较大;抽气式高温测温准确度较热电偶高,但操作复杂,对气流易造成干扰;光谱法有足够的精确度,对火焰扰动较小,可同时多点测量,能进行三维温度场重建,但相较于热电偶测温法和抽气式高温测温法,光谱法操作复杂、造价高。对于气固相采集,冷却取样法是准确采集燃烧器内煤粉燃烧烟气实时成分的常用手段,由于水的比热容较大,因而水冷式取样法是应用最广的取样方法;XPS和灰示踪法均为煤粉燃烧过程中测量煤焦样品化学组成的常用方法,均可定量分析固体煤焦样品,但两者检测重点不同,XPS主要分析化学官能团组成,灰示踪法着重分析其元素组成、计算煤转化率等;XPS操作较繁琐,灰示踪法操作简单。对于气体样品的检测和分析,电化学检测法和红外检测法均可测量多种气体,具有较强的适用性,但红外检测法检测范围更广;溶液吸收法适用于检测NH3和HCN浓度,但由于测量中不易捕捉、较为繁琐,且易受其他因素干扰,工程应用较少。在现场测量时,尽可能采用多种测量方法或多次测量,以规避可能导致误差的因素。通过多种测量方法可建立煤粉燃烧器热态下三维温度场、三维气氛场等,多维度研究煤粉的燃烧过程及污染物生成过程,从而采取有效手段治理污染,对于新型高效低氮燃烧器的开发以及煤粉工业锅炉污染物的综合治理具有重要意义。