固硫型燃煤助燃剂的研究与应用

高峰，邢同春

青岛泰能泰能热电有限公司

固硫型燃煤助燃剂的研究与应用

Research and application for sulfur fixation coal combustion improver

高峰，邢同春

青岛泰能泰能热电有限公司

在工业锅炉燃煤中添加助燃剂是促进煤炭高效燃烧，发展煤炭清洁利用、实施节约煤炭资源、建设节约型社会和保护环境兼得的好事。本文从锅炉燃煤燃烧机理以及燃煤助燃剂（或称添加剂）作用机理进行简明的阐述，并对青岛海尔能源动力有限公司和临沂开发区供热公司两种不同型号锅炉进行燃煤助燃剂实验相关数据进行了分析。实施工业锅炉节煤、推广使用燃煤助燃剂，对加快建设节约型社会、更加合理的利用煤炭资源，保护环境有着重要的战略意义。

燃煤助燃剂；节煤；环保

1.前言

煤炭资源是我国经济建设的重要物质基础，特别是改革开放以来，我国的经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，煤炭生产的开采总量雄踞世界第一，但是煤炭资源的开发利用上还比较落后。发展煤炭高效清洁利用技术是节约煤炭资源、建设节约型社会和保护环境的好事。

从我国的能源结构来看，以煤为主、低效、不当使用煤炭资源不但会加剧我国能源紧张的现状，还会造成严重的环境问题（雾霾现象的频频出现等）。另一方面，煤炭作为不可再生资源，清洁高效利用煤炭资源即能节约能源，又能取得较好的经济效益，特别是对于工业用煤大户，提高煤炭使用效率的经济效益更是非常可观。

2.工业燃煤锅炉的燃烧机理简述

煤的燃烧过程一般分为三个阶段：煤着火前的阶段（包括燃干燥、析出挥发分和形成焦炭）；挥发分和焦炭的燃烧；炉渣炉灰中残余焦炭燃烬。煤在炉中加热、干燥、水分蒸发，随着温度的升高，煤中的有机物质开始热分解，首先是从煤的大分子上断裂下来的侧链和官能团所形成的挥发分，其主要成分为CO、CO2、H2、O2、CH4以及各类烃类化合物、含硫含氧化合物等，热解剩余产物是稠环芳烃缩聚成焦炭（固定炭），这一过程煤要吸收热量。当温度达到煤的燃点时，开始着火，可燃基挥发分和焦炭（半焦）开始燃烧，这一阶段要放出热量，挥发份的燃烧主要反应如下：（热量以标准状态为基准）

通常，煤的挥发分越高，燃烧速度就越快。

通过煤的燃烧机理可知，煤的燃烧热容大，不易着火和预热，煤的活化需要较多的热量，造成了煤的热效率降低，传热性能又造成燃烧过程中煤内部温度骤增，使得燃烧产物CO很容易与碳发生副反应。

副反应消耗煤的热值，由此可见，增加煤的热值的关键在于降低煤的着火温度，增加煤的传热能力。

3.燃煤助燃剂（或称添加剂）的作用机理

研究煤炭资源和煤化工的人都知道，煤炭中含有腐殖酸盐（一般是不溶性的腐殖酸钙），当在煤炭中加入一些含有钾、钠、钙、镁等金属离子的金属盐后，他们之间进行盐基交换而生成着火点较低的腐殖酸盐，从而改变了煤炭的着火性能。同时，某些金属盐分解的氧化物或直接添加进去的金属氧化物能催化煤炭中长链脂肪族烷烃的C-C键的断裂分解，增加了易燃的挥发分含量，从而加快了煤炭的着火速度。

添加剂是由氧化剂和催化剂为主要成分的一种助燃剂，能使煤炭降低着火温度，促进燃烧，提高燃烧率，氧化剂有助于提供燃烧在预热段、燃烧段和燃尽段所必需的活性氧，促进煤炭在燃烧过程中释放的可燃挥发分和碳粒的燃烧。若采用多种氧化剂，氧化剂的起始分解温度不同（约为180-900℃），保证燃烧过程中的活性氧补充，使煤炭燃烧充分，减少烟尘的产生。催化剂中的铜、铁、锰等金属化合物受热分解出金属离子，促进C=O键的形成和加强，削弱了煤炭中C-C键，使之易断裂，且C=O键作为电子给予体与具有未满能带的过滤金属形成络合物CO-M+（M+为添加剂的金属离子），该络合物担负着反应活性中心的作用，其反应为：

首先，中间络合物氧化分解成金属氧化物MO，MO被碳还原成金属或低价金属氧化物M2O，然后依靠金属或低价金属氧化物吸附氧气，便又达到金属氧化物，就这样金属一直处于氧化—还原的循环中。由于氧气不断从金属向碳原子传递，加快了氧气的扩散速度，有利于增加碳的燃烧，增加煤的燃烧，增加煤的燃尽率，金属盐类或金属氧化物等添加剂本身热容小，且能催化煤炭中长链脂肪族烷烃的C-C键的断裂，变成相对较小的分子，增加分子的热运动，降低煤的热容，提高了煤的热传递。由于加入添加剂，煤的燃点降低，热传导加快，煤炭内部温度相对降低，不利于反应C+ CO=2CO-172.45KJ.mol的发生，减少了环境污染。

4.助燃剂在燃煤工业锅炉生产应用

4.1 燃煤锅炉用煤的基本性能

工业锅炉燃煤指标一般都是依据锅炉性能、结构、所需蒸汽压力等级以及用途来确定的，但是随着煤炭资源供应紧张，市场价格上涨，锅炉生产蒸汽价格倒挂；另一方面，由于锅炉用煤价格上涨幅度过大，许多运行单位为降低生产成本，大量采购远低于锅炉用煤标准的劣质煤，主要表现在煤含碳量低、发热量低、灰分高、含硫量高，加上一些不法商贩将煤矸石粉碎后掺入煤炭中低价销售，使用劣质煤大大影响了锅炉的正常出力。

4.2 关于在锅炉煤料中添加助燃剂节能效果试验

为了验证燃煤助燃剂的节能效果，我们先后在青岛海尔能源动力有限公司、临沂市开发区供热公司对哈尔滨环保科技有限公司生产的阳光牌YG-JM5B固硫型燃煤助燃剂进行了工业锅炉标定试验，并委托青岛市节能技术服务中心和临沂市节能监测中心进行了节煤试验检测标定。

4.2.1 试验项目

燃料计量、蒸汽流量、蒸汽压力、炉膛温度、鼓引风机电流。

4.2.2 试验要求

试验工况选择锅炉在正常生产实际运行工况下，锅炉稳定运行一小时后开始试验2个工况，每个工况试验24小时。在正常情况下，锅炉使用助燃剂前、后运行工况要求达到基本一致，负荷基本稳定，试验前后锅筒水位保持一致，试验期内应使用同批次燃料，煤与炉渣分别取样，炉渣取样根据每个工况在锅炉运行负荷达到高、低时各取一个渣样，经分缩后带回节能服务中心化验。测试记录要及时、准确、清晰、完整，并覆盖其他相关联的内容。

4.2.3 试验工况说明

该炉试验前已运行多日，试验期间白天热工况稳定，夜间处于低负荷运行状态，该炉使用助燃剂前后对比试验均在实际运行工况下进行。

5.试验结果分析

2013年8月11日-12日，12月20日-21日，对哈尔滨阳光环保科技有限公司生产的燃煤助燃剂分别在海尔能源动力有限公司20t/h锅炉和临沂开发区供热公司15t/h锅炉使用前后的实际运行工况进行了对比试验，试验结果如下：

5.1 海尔能源动力有限公司20t/h锅炉对比试验结果

项目正平衡效率煤汽比蒸汽压力（MPa）使用助燃剂前使用助燃剂后78.01 1∶6.95 0.65鼓风机电流（A）45炉渣含碳量（CII%）12.3 82.48 1∶7.35 0.66 40 4.5

通过对哈尔滨阳光环保科技有限公司生产的燃煤助燃剂在海尔能源动力有限公司20t/h锅炉上使用前后的实际运行工况下的对比试验，其试验结果表明：

（1）使用燃煤助燃剂后锅炉热效率提高4.47%；

（2）使用燃煤助燃剂后锅炉煤汽比提高5.7%；

（3）使用燃煤助燃剂后炉渣含碳量降低了7.8%；

（4）使用燃煤助燃剂后锅炉鼓风机电流降低5A；

（5）使用燃煤助燃剂后节煤5.8%。

5.2 临沂开发区供热公司15t/h锅炉对比测试结果

14.8项目原煤发热值（KJ）燃煤消耗量（Kg/h）正平衡热效率（%）锅炉出力（t/h）煤灰可燃物含量（%）使用助燃剂前使用助燃剂后15165 2670 55.16 7.70 38.1炉渣含碳量（%）24.6 14233 2530 63.42 7.77 30.2

通过对哈尔滨阳光环保科技有限公司生产的燃煤助燃剂在临沂开发区供热公司15t/h锅炉上试验表明使用燃煤助燃剂后煤料燃烧充分，燃烧时不易结焦，着火快，炉膛呈白热化，有效地减轻了操作人员劳动强度，保证了生产压力稳定。

（1）使用燃煤助燃剂后锅炉热效率提高了8.26%；

（2）使用燃煤助燃剂后锅炉出力提高了0.07t/h；

（3）使用燃煤助燃剂后炉渣含碳量降低了9.8%；

（4）使用燃煤助燃剂后煤灰可燃物含量降低了7.9%；

（5）使用燃煤助燃剂后节煤11.25%。

5.3 推广意义

通过在工业锅炉上的试验证明，使用燃煤助燃剂可促进煤的完全燃烧，即减少了不完全燃烧的热损失，又可减少烟尘的排放，从节能和环保方面都有十分重要的现实意义。推广使用锅炉燃煤助燃剂是充分高效利用煤炭资源、贯彻落实中央关于建设节约型社会号召、实施节能减排方针政策的重要举措。

图DJ-180架桥机不解体调头完成示意图

6 结束语

采用不解体调头施工方法免去了设备拆卸及重新组装程序，利用自带运梁车在铁路岔线上完成调头，整个施工过程包含准备工作相对简单，可在6至8个小时内完成。架桥机不再因拆卸、吊运造成损坏，免去架桥机各项设备参数重新调试。与传统DJ-180架桥机调头解体拼装方法相比，其人员、设备投入少，施工过程中用时短，设计合理简单，操作过程简单，降低了工程的经济成本，为同类架桥机调头转场提供了指导。

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