煤制氣鍋爐的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

電站系統(tǒng)工程煤制氣鍋爐的設(shè)計(jì)及應(yīng)用哈爾濱哈鍋燃燒工程設(shè)備廠徐立新李洪路中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國。在一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)主導(dǎo)地位，比例高達(dá)75% ~80%，但能源有效利用率僅為32%左右，今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，這種格局不會(huì)有很大變化。

　　近年來，根據(jù)我國環(huán)保政策的要求，全國各大中城市對(duì)加強(qiáng)治理、整頓環(huán)境，控制大氣污染提出了更高的要求，特是冬季采用燃煤鍋爐取暖的地區(qū)，每到采暖期，空氣質(zhì)量顯著下降，其中最主要原因是燃煤鍋爐的煙氣排放始終不過關(guān)，解決這一問題已耗時(shí)耗力多年，未見顯著效果，我國大氣污染主要屬于“煤煙型”污染。有數(shù)據(jù)表明：CO2總排放量為6~7億t，其中85%是由燃燒排放的；SO2總排敞量為2其中90%是由燃燒排敞的煙塵總排放量為1873萬t，其中73%是由能源開發(fā)利用排放的。采用清潔型能源，如柴油、天然氣或電能將直接面臨地區(qū)經(jīng)濟(jì)環(huán)境差異和能源價(jià)格過高的現(xiàn)實(shí)。大幅提高的運(yùn)行費(fèi)用顯然使絕大多數(shù)用戶難以承受。因此市場(chǎng)呼喚一種既能滿足用戶需要，又不增加運(yùn)行費(fèi)用；既能滿足環(huán)保要求，燃料又方便易得的鍋爐設(shè)備。根據(jù)市場(chǎng)需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種利用煤制氣來燃燒，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的鍋爐，即煤制氣鍋爐。

　　1煤制氣鍋爐的基本要求煤制氣鍋爐實(shí)質(zhì)上是一種利用劣質(zhì)煤所造低熱值氣體燃料來燃燒、換熱的燃?xì)忮仩t。對(duì)鍋爐運(yùn)行的要求、鍋爐房綜合管理的要求都比照燃?xì)忮仩t而設(shè)計(jì)。

　　以下幾點(diǎn)是設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循的基本原則：鍋爐設(shè)計(jì)必須遵照《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)范》及國家有關(guān)技術(shù)法規(guī)。

　　針對(duì)不同煤種，制造出的煤氣要充分分析、化驗(yàn)，掌握氣體燃料的成分及熱值。

　　嚴(yán)格的理論計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，并且在計(jì)算中經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇也要根據(jù)燃料特性有所不同，這樣才能更加符合實(shí)際運(yùn)行情況。

　　鍋爐的技術(shù)參數(shù)比照同擋次燃煤鍋爐的效率要高，接近燃用清潔燃料的鍋爐熱效率。

　　符合國家環(huán)保各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，徹底解決消煙除塵問題。

　　應(yīng)有芫整的保護(hù)措施，如煤氣檢測(cè)報(bào)警器、煤氣切斷裝置、煤氣放散裝置、火焰監(jiān)測(cè)器、防爆裝置。

　　節(jié)約能源，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益，以劣代優(yōu)，變廢為寶。

　　2煤制氣鍋爐設(shè)計(jì)原則合理布置爐臘尺寸，既滿足爐膛輻射受熱面的需要，又要考慮爐膛容積熱負(fù)荷指標(biāo)。主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，可參照燃用煤氣鍋爐的容積熱負(fù)荷選取。

　　爐膛內(nèi)部合適位置布置穩(wěn)焰墻（由耐火磚砌成），它的作用既有增加爐膛內(nèi)部溫度水平起蓄熱作用，又可起到整定火焰形狀的功能。

　　合理布置對(duì)流受熱面管束間距，盡量選擇較小值，用以提高煙速，增強(qiáng)換熱效果。但同時(shí)應(yīng)注意到燃料特性，由于煤制氣中含有相當(dāng)一部分焦油類物質(zhì)，管束間距過近會(huì)造成由管壁污染而形成煙氣流通截面變窄甚至堵塞的問題。因此要根據(jù)提供的燃料特性充分考慮這一問題。

　　為了點(diǎn)火、觀察方便，我們?cè)趥?cè)水冷壁靠近燃燒器頭部位置加裝了點(diǎn)火門。點(diǎn)火門位置確定的合理與否，對(duì)將來操作是否方便起很大作用。為了考慮點(diǎn)火炬伸入方便，側(cè)水冷壁要將點(diǎn)火門的位置讓開，可將側(cè)水冷壁管彎制成讓門管。

　　鍋爐應(yīng)根據(jù)《規(guī)程》中的要求加裝防爆裝置。

　　防爆門的面積要經(jīng)過計(jì)算確定。

　　鍋爐可適當(dāng)布置尾部受熱面，采用鑄鐵式省煤器或鋼管式省煤器均可，要根據(jù)實(shí)際情況確定。同時(shí)要做到尾部煙氣溫度不低于150~160C，保證受熱面管壁溫度不低于S3露點(diǎn)溫度，以避免低溫腐蝕發(fā)生。

　　燃燒器的設(shè)計(jì)要充分考慮到燃料特點(diǎn)。目前我廠應(yīng)用的就是自行設(shè)計(jì)的國產(chǎn)燃燒器，可單獨(dú)調(diào)節(jié)一次風(fēng)、二次風(fēng)的送風(fēng)比例，也可比例調(diào)節(jié)。噴口處加裝穩(wěn)燃器，使火焰在噴入爐膛的瞬間在旋轉(zhuǎn)，改變爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，以保證燃燒充分，火焰穩(wěn)定。

　　3煤制氣鍋爐的應(yīng)用我們?cè)?996年首次開發(fā)設(shè)計(jì)了燃用煤制氣鍋爐，并在當(dāng)年安裝芫畢，投入使用，經(jīng)歷5個(gè)采暖期的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)。綜合近幾年多臺(tái)煤制氣鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)，證明鍋爐出力及環(huán)保指標(biāo)芫全符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　煤制氣鍋爐與燃用固體燃料的鍋爐兩種燃燒方式經(jīng)過實(shí)踐對(duì)比后，有很多優(yōu)點(diǎn)。

　　煤制氣鍋爐所利用的燃料是一些長焰煤、不粘結(jié)或弱粘結(jié)性揭煤、貧煤等劣質(zhì)煤，這些性質(zhì)的煤種在固定爐排上燃燒，熱值低，著火狀態(tài)不穩(wěn)定，其有效利用率很低。沒有好的燃燒方式，一般是不被采用的。有數(shù)據(jù)表明，全國現(xiàn)有鍋爐總數(shù)60多萬臺(tái)，其中工業(yè)鍋爐占總臺(tái)數(shù)的98%~99%，煤炭仍舊為主要燃料。這些工業(yè)鍋爐絕大多數(shù)在吃“細(xì)糧”，平均熱效率僅為60%左右，比發(fā)達(dá)國家低15%~20%，造成優(yōu)質(zhì)煤炭的巨大浪費(fèi)。設(shè)想將多數(shù)工業(yè)鍋爐換成煤制氣鍋爐，充分利用劣質(zhì)煤造氣、燃燒、換熱，將為國家節(jié)約大量能源。將這些節(jié)約的能源利用到電力、冶煉化工等能源消耗大戶行業(yè)，其價(jià)值不可估量。

　　煤造氣鍋爐去掉了傳統(tǒng)方式燃煤鍋爐的除渣機(jī)、除塵器、上煤機(jī)、爐排設(shè)備，鼓引風(fēng)機(jī)的配置也比相同容量的燃煤鍋爐小，因此，設(shè)備配置、運(yùn)行電耗量也比同參數(shù)燃煤鍋爐小，在節(jié)約用電方面效果顯著。

　　發(fā)生爐煤氣作燃料，改變了傳統(tǒng)的直燃固體、直燃液體燃料的方式。不僅潔凈，而且燃燒效率高，運(yùn)行費(fèi)用少。既節(jié)約了能源，又保護(hù)了人類賴以生存的自然環(huán)境。

　　目前，這種燃燒方式的鍋爐在東北三省都有使用，內(nèi)蒙古地區(qū)的用戶也擬用該種鍋爐。根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行反饋的情況，我們以鏈條爐排11類煙煤的6t/h、4t/h鍋爐與同容量的煤制氣鍋爐t比較在一個(gè)采暖期內(nèi)的燃料費(fèi)、電費(fèi)，可以看出這種燃燒方式的優(yōu)越性。

　　表類煙煤鍋爐與煤制氣鍋爐煤、電消耗對(duì)比鍋爐容量燃料名稱煤制氣單耗煤量累計(jì)耗煤單耗電量累計(jì)耗電/節(jié)約煤費(fèi)/萬元節(jié)約電費(fèi)/萬元合計(jì)萬元鍋爐實(shí)際效率/%說明：褐煤產(chǎn)氣率2Nm3/kg，熱煤氣低位熱值按1400kcal/Nm3計(jì)算，褐煤的價(jià)格是120元/t.平均采暖期供暖天數(shù)為165天，每天按8h供暖計(jì)算。