逆燃煤气化节能环保锅炉研究与应用

刘新尚，桑山松，肖 红，杨 伟

(驻马店市锅炉压力容器检验所，河南 驻马店 463000)

0 引言

我国在用工业锅炉数量为52.74万台，其中90%以煤炭为燃料，年耗燃料约4.22亿吨标准煤，能耗占全国能源总量的27.8%。此外每年还要排放大约720万吨二氧化硫和400万吨粉尘。煤炭燃烧已成为我国环境污染物排放的主要来源，因此，研究开发一种将原煤燃烧转化为煤气化燃烧的节能环保锅炉十分必要。

煤气化技术是指煤在高温条件下与气化剂反应，使固态燃料转化成气态燃料的技术。煤气化技术的发展有着较长的历史，特别是自20世纪70年代石油危机以来，世界各国广泛开展了煤气化技术的研究。目前我国煤气化燃烧技术在锅炉方面的应用也有多年，发挥了一定的节能环保作用。逆燃煤气化节能环保锅炉，就是煤气化技术在锅炉上的科学应用，其突出特点是采用科学先进的炉内消烟除尘技术，实现煤气发生炉和层燃锅炉一体化，打破了锅炉燃烧的传统模式，具有环保效果好、热效率高等优点，其性能指标远高于国家标准，达到国内领先水平。

1 锅炉结构简介及技术原理

1.1 结构简介

该锅炉由承压本体、烟囱、仪表阀门及附件等部分组成。

锅炉本体采用立式整体焊接结构，由下脚圈、炉胆、水冷炉排及横水管焊接组成燃烧室，由炉胆、椭球形炉胆封头、混凝土浇筑的中拱及横水管焊接组成燃尽室，椭球形炉胆封头与冲天管焊接连接，起到补强炉胆、下脚圈的作用。椭球形锅壳封头、锅壳、下脚圈、冲天管焊接连接，形成承压本体。燃烧室的底部装有炉排，炉排底部设有水封渣池(见产品结构示意图1)。

图1 结构示意图

(1)安全阀、辅机及控制说明

该锅炉配有A48H－l.6C全启式弹簧安全阀(DN40)2只。给水泵采用1W2.4－10.5型锅炉给水泵。

为了有效地监视水位及压力，该锅炉配备有L350水位计、压力表各两只。

(2)引风机

本锅炉为机械通风，选用引风机型号:Y5－47N04C，功率3 kW 。

1.2 技术原理

逆燃煤气化节能环保锅炉，主要技术是改变常规直燃形式，采用逆燃加二次燃烧并使部分煤转化为煤气(一氧化碳CO)的燃烧过程。

本锅炉是一种立式逆燃燃煤蒸汽锅炉(双层炉排)，锅炉的中部设有炉门、清渣门、水冷炉排;锅炉下部设有燃烧室和机械炉排及清灰门，燃烧室内设有横水管，锅壳与炉胆的夹层中间设有火管;其水冷炉排上部装有中拱，中拱上部设有燃尽室，燃尽室内装有横水管，炉胆项部设有烟道口，锅炉后部设有后烟道与引风机连接，烟囱直接安装在引风机上。

燃料在水冷炉排上燃烧后，火焰向下直接辐射冲刷燃烧室和横水管，经火管进入燃尽室，火焰在火管内流动，充分与管壁进行热交换，吸收大量的热能传递给介质水，在燃尽室内，高温烟气再次冲刷多排横水管后进入后烟道，最后烟气经引风机、烟囱排入大气。烟气经过横水管阻挡，经火管绕行进入燃尽室，再次经过横水管阻挡进入后烟道，这个过程即是放热的过程也是除尘的过程。高温烟气的换热流程长，热量大部分被吸收，燃料在水冷炉排上基本燃尽，只是在经清渣门清渣时会使未燃尽炉渣落到下部的固定炉排上，经再次燃烧后作为炉渣经清灰门清理。烟气经过炽热煤层的过滤和多次的烟气碰撞分离，使排入大气的烟气黑度达到林格曼黑度1级。由于锅炉的燃烧效果好，热效率高，故锅炉的耗煤量比普通锅炉的耗煤量低三分之一。

1.3 工艺先进性

设计工艺的先进性:本系列锅炉的设计理念打破传统观念的火焰燃烧方式，传统燃烧方式为火焰向上燃烧，火焰越长越好。而本系列锅炉的燃烧为火焰向下燃烧，煤层通过干馏燃烧，煤粉通过炽热层，过滤燃烧，使烟气中的可燃成分最大限度的燃烧完。本系列锅炉采用水火管混用，让火在水中行，极大的提高锅炉的热效率和降低锅炉的排烟温度。烟气通过锅炉的本身结构达到除尘效果。

制造工艺的先进性:本系列锅炉的焊接，除管接头焊接外，其余全部采用埋弧自动焊，保证了锅炉的焊接内部质量，同时也保证了焊缝的外观成型质量。

本锅炉的使用先进性:本锅炉的使用，可降低锅炉房内灰尘量，降低司炉工的劳动强度(省煤)，更主要的是，本系列锅炉能燃烧烟煤达到环保要求。

1.4 锅炉主要设计参数

表1 各种炉型的主要技术参数

表1中三种类型均为立式逆燃环保锅炉，其结构类型相同，都属于立式锅壳锅炉;不同的是额定蒸发量和额定蒸汽压力。

2 锅炉能效及环保测试结果

表2 1 t/h逆燃煤气化节能环保锅炉定型产品能效测试结果汇总表

表3 1 t/h逆燃煤气化节能环保锅炉环保测试结果

以上表2和表3测试结果可以看出，逆燃煤气化节能环保锅炉其能效和环保相应指标均能达到国家规定。与常规直燃燃煤锅炉相比较，逆燃煤气化节能环保锅炉平均热效率提高10% ～15%，节能20%以上，排尘达到二类地区。这样，既实现了节约用煤，又减少了粉尘、二氧化硫等污染物的排放，对实现我国节能和减排约束性目标具有极其重要的意义。

3 结束语

通过实际测试，逆燃煤气化节能环保锅炉与常规直燃燃煤锅炉相比较，打破传统燃烧方式，烟煤达到无烟燃烧，具有省煤显著，热效率高等特点;结构独特，安装、使用、维护方便，安全可靠，在安全、节能及环保方面完全符合国家相关要求，对于解决我国能源紧缺问题，达到节能降耗有着重要意义。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG G0001—2012:锅炉安全技术监察规程［S］.北京:新华出版社，2012.

［2］中国机械工业联合会.GB50273－2009:锅炉安装工程施工及验收规范［S］.北京:中国计划出版社，2009.

［3］中华人民共和国国家经济贸易委员会.JB/T10094－2002:工业锅炉通用技术条件［S］.北京:机械工业出版社，2002.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T1576－2008:工业锅炉水质［S］.北京:中国标准出版社，2009.

［5］中华人民共和国机械工业部.JB/T1612－1994:锅炉水压试验技术条件［S］.北京:机械工业出版社，1994.

［6］中华人民共和国机械工业部.JB/T1613－1993:锅炉受压元件焊接技术条件［S］.北京:机械工业出版社，1993.

［7］中华人民共和国国家经济贸易委员会.JB/T1619－2002:锅壳锅炉本体制造技术条件［S］.北京:机械工业出版社，2002.

［8］国家发展改革委员会.JB/T4730－2005:承压设备无损检测［S］.北京:新华出版社，2005.

［9］国家技术监督局.GB/T16508－1996:锅壳锅炉受压元件强度计算［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［10］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG G0002—2010:锅炉节能技术监督管理规程［S］.北京:新华出版社，2010.

［11］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.TSG G0003—2010:工业锅炉能效测试与评价规则［S］.北京:新华出版社，2010.

［12］国家环境保护总局.GB13271－2001:锅炉大气污染物排放标准［S］.北京:中国环境出版社，2002.

［13］孙东红，秦裕琨，王擎，等.立式燃气化－旋涡燃烧无烟锅炉［J］.节能技术，2001(4):36－37.

［14］孙东红，秦裕琨，王擎，等.工业锅炉炉内黑烟消除技术初探［J］.锅炉技术，2002(4):50－52.

［15］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［J］.工业锅炉，2005(4).

［16］河南省锅炉压力容器安全检测研究院.LHC1－0.7－AⅡ工业锅炉定型产品能效测试报告［R］.郑州:2011，12.

［17］驻马店市环境监测站.LHC1－0.7－AⅡ逆燃煤气化节能环保锅炉环保产品合格评定检测报告［R］.驻马店，2011，12.