杂醇掺烧技术应用

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(鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南 鹤壁 458000)

杂醇掺烧技术应用

李胜利，武占强，白涛，曹慧敏

(鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南 鹤壁 458000)

针对煤制甲醇中产生的杂醇废液，分析了杂醇废液的成分和特性，采取了将杂醇废液以液态雾化的形式引入动力厂煤粉锅炉中掺烧的措施，从而解决了煤制甲醇过程中产生的杂醇废液难以处理的问题。实践证明，杂醇掺烧既进行了有害物质的无害化处理，解决了环保问题，又节约了锅炉燃煤，仅煤耗这一项每年就可节约费用118万元。

杂醇；煤粉炉掺烧；空气雾化甲醇枪；杂醇燃烧

煤制合成气再合成甲醇，在甲醇的合成过程中存在着其他副反应，作为化工产品销售的甲醇需要进行精馏提纯，这样就会产生一定量的杂醇废液。杂醇组分为20%～30%甲醇、10%～20%乙醇，其他为水和微量的硫化氢、丙醇、戊醇等。杂醇为危险化学品，运输、销售困难。为解决杂醇废液的处置问题，可将杂醇以液态通过气泡雾化的形式引入动力厂燃煤锅炉与煤粉进行掺烧。杂醇液体燃料的汽化(蒸发)温度通常低于其燃料的自燃温度，所以燃烧实际上是在汽相中发生的，液体燃料蒸发得越快，燃烧就越好。而单位质量杂醇燃料表面积越大，其蒸发速度就越快。杂醇液体燃料雾化的目的，就是通过雾化形成颗粒直径非常小、尺寸均匀的液雾，以增加液体燃料与空气的接触面积，提高蒸发速度，既可减少环境污染，同时也能改善锅炉燃烧状况，降低NOx和碳烟的排放，缓解我国能源紧张局势，提高资源综合利用，是保护生态环境的一条有效途径。2015年8月，鹤煤化工分公司与西安圣光控制设备有限责任公司合作，对鹤煤化工分公司动力厂2台燃煤锅炉进行了改造。

1 锅炉设备概况

动力厂锅炉为高压粉煤锅炉，生产厂家是华西能源工业股份有限公司，型号为DGJ220/9.81-Ⅱ7，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、水平浓淡直流燃烧器，采用大风箱布置方式。

2 采用新能源节能燃烧器

为实现锅炉掺烧杂醇液的要求，采用一种新能源节能燃烧器，该燃烧器包括枪头盖、枪芯。枪头盖通过枪芯与空气管道、杂醇管道连通，在枪头盖与枪芯之间形成混合室，在枪头盖上设有喷口，空气管道和杂醇管道的出口均与混合室连通，空气管道与空气入口连接，杂醇管道与杂醇入口连接示意见图1。

图1 空气管道与空气入口连接，杂醇管道与杂醇入口连接示意1—枪头盖；2—枪芯；3—空气管道；4—杂醇管道；5—垫片；6—混合室；7—空气入口；8—杂醇入口

新能源节能燃烧器包括枪头盖、枪芯、空气管道和杂醇管道；枪芯设置在空气管道和杂醇管道的前端，枪头盖设置在枪芯前端，在枪头盖与枪芯之间形成混合室，通过枪芯将混合室与空气管道、杂醇管道连接，在枪头盖上设有一组喷口。为防止混合室内的混合物泄漏，燃烧器在枪头盖与枪芯的连接处设有垫片。

空气管道和杂醇管道的出口均与混合室连通，空气管道与空气入口连接，杂醇管道与甲醇入口连接。空气管道套装在杂醇管道的外围，通过空气入口和杂醇入口，空气、杂醇分别进入空气管道、杂醇管道内，并经枪芯进入混合室。

新能源节能燃烧器的燃烧系统包括通过空气入口与空气管道相连的空气支管，空气支管上依次设有气表、空气逆止阀、空气气动球阀和空气截止阀；空气截止阀的另一端通过雾化空气支管与空气气源连接；还包括通过杂醇入口与杂醇管道相连的杂醇支管，杂醇支管上依次设有油表、燃油调节阀、燃油气动球阀和燃油截止阀；燃油截止阀的另一端通过枪前燃油支管与燃料系统连接；在雾化空气支管上连接有吹扫管路，在吹扫管路上依次连接有截止阀、吹扫气动球阀、流量开关、逆止阀，逆止阀的另一端连接在杂醇支管上，如果可以连接在油表和燃油调节阀之间则更佳。燃烧器空气入口通过金属软管与气表连接，杂醇入口通过金属软管与油表连接。

本新能源节能燃烧器专用于以燃烧醇为燃料的燃烧设备，燃烧稳定，使用寿命长。使用该新能源节能燃烧器时，燃料系统采用低压供料方式，杂醇压力为0.5～1 MPa，空气压力为0.5 MPa(g)左右，大大降低电能和设备成本。宽调节比为1∶6，适应各种环境要求，管路要求低，自力式调节阀使输出压力稳定可靠，多节过滤系统可有效地防止喷嘴堵塞。

3 杂醇雾化枪的雾化原理

气泡雾化枪是一种全新的雾化技术，其雾化机理是利用流体力学的两相流原理，将蒸汽或压缩空气注入到低压杂醇里，形成杂醇气泡流，利用气泡的产生、运动及变形，在枪出口处形成气泡内外压力差，通过其压差使气泡爆破来雾化的。由于气泡雾化克服的是杂醇的表面张力，所以其能耗小，雾化颗料细(SMD≤50 μm)，而且尺寸分布均匀，分布指数N>2。由于雾化效果好，燃烧充分，火焰明亮，不冒黑烟；再加上其结构特性，杂醇喷孔、气孔均较大，而且孔数多，所以不易出现结焦、堵塞等问题，维护量小。油枪头雾化装置见图2，杂醇枪雾化效果见图 3，杂醇枪燃烧效果见图4。

图2 油枪头雾化装置

图3 杂醇枪雾化效果

图4 杂醇枪燃烧效果

气泡雾化枪量调节比为1∶6，调节范围很宽，可适用于杂醇掺烧、甲醇和轻柴油助燃等。

实践证明，使用杂醇气泡雾枪后，只要对进入燃料的量值和过程适当控制，就能使升温速率有效控制在规定值以内，更能保证锅炉安全。图5、6是停炉7 h和30 h后重新启动锅炉时的升温曲线，对比使用杂醇掺烧和未使用杂醇掺烧的锅炉升温曲线后会发现，使用杂醇掺烧更有利于锅炉升温，能够节省燃料(如煤粉)。

图5 停炉7 h后启动的升温曲线

图6 停炉30 h后启动的升温曲线

4 方案设计

杂醇作为辅助燃料，以液态气泡雾化的形式引入动力厂燃煤锅炉，布置下层二次风箱以保证杂醇能正常燃烧。 针对鹤煤化工分公司日产约15 t杂醇的需要，甲醇枪设计参数如下。

4.1 空气雾化杂醇枪

甲醇出力0.8～1.2 t/h，可通过自力式调节阀调节，阀后配套压力表，雾化空气压力0.3～0.6 MPa(g)。法兰固定，304材质，配套高压连接软管2 m。

4.2 杂醇枪燃烧器

(1)稳燃罩大小与二次风道口对应，材质为316 L。

(2)甲醇枪护罩管，材质为316 L。

(3)法兰用于固定空气雾化甲醇枪。

4.3 配一台防爆屏蔽泵

工作压力为2 MPa(g)，流量为3 m3/h；防爆屏蔽泵安装在现有管道上，以提高管道压力。

5 改造配置清单及改造效果

鹤煤化工分公司动力厂对2台燃煤锅炉进行改造，改造配置清单见表1。

表1 改造配置清单

鹤壁煤电股份有限公司化工分公司与西安圣光控制设备有限责任公司合作，将2台燃煤锅炉进行了改造掺烧杂醇，于2016年10月成功投入使用，运行效果良好，解决了杂醇废液的处置问题，达到了预期的效果。

6 结语

杂醇以液态气泡雾化的形式引入动力厂燃煤锅炉与煤粉进行掺烧改造，改动量小，周期短，使用效果明显，既进行了有害物质的无害化处理，解决了环保问题，又增加了经济性效益，变废为宝。改造项目通过掺烧杂醇，能有效利用甲醇精馏产生的废液，节约了锅炉的燃煤。如果以日产杂醇15 t，杂醇中可燃物含量40%，杂醇热值以甲醇热值22.7 MJ/kg计，褐煤热值20.9～31.9 MJ/kg，仅此每天就可节约燃煤15×0.4×22.7/20.9=6.5 t，按动力煤550元/t计算，燃料煤所产生的经济效益达到 6.5×550=3 575元/d。因此，仅从煤耗方面每年就可节约费用118万元。

[1]邹轲，项旭昇，李海立，等.柴油掺烧甲醇预混合燃烧和排放特性[J].汽车安全与节能学报，2015(03)：272-279.

[2] 王忠，李仁春，张登攀，等.甲醇/柴油双燃料发动机燃烧过程分析[J].农业工程学报，2013，29(8)：78-83.

[3] 张旭东.压缩比和甲醇掺烧比对进气预混甲醇柴油机燃烧过程的影响[D].江苏大学，2015.

修改稿日期：2017-07-28

TheTechnologicalApplicationofFuselCombustion

LI Sheng-li，WU Zhan-qiang，BAI Tao，CAO hui-ming

(HebiCoal-ElectricityCo.，Ltd.，thebranchcompanyofchemicalindustry，HebiHenan458000，China)

This paper analyzes the component and feature of fusel，a kind of waste fluid from coal made methanol，and takes targeted measures to introduce fusel by means of atomization into the powerhouse of pulverized coal boiler treated with combustion. Thus，the problem of waste fluid，produced from the coal-made methanol，can be easily solved with the above methods. As the practice shows，the combustion of fusel has not only handled the hazardous materials through non-hazardous methods，with the environmental problems being solved，but saved the costs of coal-burning in the boiler，which means that the costs of 1.18 million yuan can be saved.

fusel，the combustion of pulverized coal，the atomized methanol gun，the combustion of fusel

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.017

T223.121

B

1004-8901(2017)05-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.017

李胜利(1967年—)，男，河南鹤壁人，1989年毕业于河南工学院机械制造工艺专业，工程师，现主要从事设备管理和备件管理工作。