CN100516648C - 一种型煤结合煤气的混合燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种型煤结合煤气的混合燃烧方法，它是将洁净煤技术和清洁燃烧技术相结合的一种新型煤炭混合燃烧方法，在现有燃煤的层燃炉和流化沸腾炉中进行燃烧，采用在燃煤中加入助燃粘结剂和辅助剂制成消烟、固硫、除尘的型煤，在燃烧炉内进行氧化焰燃烧，同时向炉膛内喷入煤气，与高温烟气进行混合燃烧，提高了温度和蒸气压力，不仅可提高燃煤，特别是低劣质煤等的燃烧热效率，而且可大大降低烟尘和有害气体的排放，减少环境污染，确保人身健康，因而这种燃烧方法具有节能、环保和燃烧效率高的特点。

Description

一种型煤结合煤气的混合燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种煤炭燃烧方法，尤其是一种型煤结合煤气的混合燃烧方法。

背景技术

随着世界经济的快速发展，已探明的石化能源日益愈少，如何就有限的能源充分发挥其作用并同时得到环境保护，是当今世界能源技术研究发展的新课题。我国是以煤炭为主要能源的国家，全国大多数工业锅炉和窑炉都是以廉价的煤炭作为燃料来进行生产，但由于煤炭燃烧时会产生大量的烟尘和二氧化硫等有害气体，对环境造成污染，损害人体健康，因而制约了煤炭燃料的发展和应用，特别是我国的煤炭品种较多，煤质发热量和挥发份相差大，如石煤、油页岩、无烟煤等低劣质煤，其储藏总量比例较大，但其发热量较低、挥发份较低，因此，这些发热量低，挥发份低的煤炭燃料在大型工厂和城镇由于其燃烧排放达不到国家环保要求，严重污染环境，损害人体健康。为了提高燃煤特别是低劣质燃煤的燃烧热效率，大大降低烟尘和有害气体的排放量，近年来，研究发展了各种新型燃煤炉和燃煤燃烧新方法。

在我国中、小型燃煤工业锅炉和工业窑炉中，大多数是手烧炉、链条炉和往复炉，这些炉窑均为层燃式燃烧炉，层燃式燃烧炉的煤层在燃烧时，一般都处于扩散燃烧区，但因层燃煤飞灰较细，容易形成过渡燃烧区或动力燃烧区，造成煤层不完全燃烧，燃烧损失较大，热效率较低，特别是链条式层燃炉中还存在接火难的问题，还需采用挥发份好的散煤，为了提高层燃炉的燃煤热效率和降低烟尘及有害气体的排放量，层燃炉都需要进行强制通风和脱硫除尘处理，因而需要消耗大量水资源，增加了生产成本。

为了提高煤燃烧效率和降低燃烧时烟尘和有害气体的排放污染，出现了用型煤代替原煤进行燃烧的方法，这种方法只适用一般民用炉灶和手烧炉，当在链条炉中使用该方法时，容易出现不容易接火，火苗短，固态幅射能力低，炉渣残炭量高，燃烧效率低等问题。近来出现了在原煤中加入助燃剂、固硫剂，以及在原煤中加入本申请人发明的两项专利产品：其一是合成氨气化助燃粘结剂(专利号为ZL93107352.9)，其二是催燃剂(专利号为ZL93107353.7)的燃烧方法，但这些方法都只能提高燃煤的燃烧效率和降低减少SO₂气体以及烟尘的排放，只适用于氧化焰的燃烧方式和化肥厂造气，不适用还原焰的燃烧方式，其适用性不强。

为了增加和扩大对燃煤品种的适用性，解决着火难和质量较差的煤炭燃烧问题，出现了将层燃炉改为悬浮式燃烧煤粉炉，用压缩空气将煤粉输送并高速喷入到燃烧炉内，强化煤粉的燃烧，但在制煤粉和输送煤粉过程中，增加了电力消耗和粉尘污染，并对水冷壁管产生喷射磨损，因此必须有一整套高排放除尘脱硫净化装置，才能使悬浮燃烧煤粉炉达到环保排放标准，且其净化除尘装置设备庞大，价格高。

为了解决上述悬浮燃烧煤粉炉存在的问题，又提出了采用水煤浆代替煤粉的方法，虽然这种水煤浆可减少煤中的粉尘，但水煤浆只能通过雾化才能达到着火燃烧状态，因而需要有使水煤浆能高速喷射产生雾化的动力设备，燃烧温度比粉煤炉降低100-200℃，其安全性降低，投资较大，生产成本增加，并需要采用灰小于12％的优质短缺的炼焦煤，而将优质短缺的炼焦煤用于锅炉燃烧不符合国家资源综合利用要求。

为了充分利用低劣质煤和煤矸石，提高其低劣质煤和煤矸石的燃烧效率，又出现了一种流化床沸腾燃煤的燃烧方法，这种方法采用向炉内加入颗粒大小为0-8毫米的原煤，与气流混合形成很大的流动性，使其呈沸腾状态燃烧，提高了低劣质煤和煤矸石的燃烧效率，但被气流带出炉外的细小粉煤多，燃煤利用率低，同时增加了水膜除水器负担和对管壁的磨损，导致生产成本增加，为此，欧美等国和中国最新又研制了各种循环式的流化床沸腾燃煤的燃烧方法，它主要是在烟气出口处增加一套回收气流中未燃尽的煤粒的旋风除尘器，将含碳量较高的煤粒多次循环送回到沸腾炉内进行燃烧，使燃煤充分燃烧，虽然大大提高了低劣质燃煤和煤矸石的燃烧效率，但其粉尘排放量增多，不仅对管壁的磨损和治理灰尘污染的成本增加，而且沸腾炉内温度只能达到850-950℃，减小了蒸气出口压力，否则，提高温度就会使炉内燃料结块。

本申请人在2001年12月20日申请的一种型煤结合还原剂陶瓷煅烧方法(申请号为01131875.9)，是在当燃烧炉内温度达到900℃时，向窑内喷入以CO和H₂为主的混合煤气或半水煤气，来调整炉内压力、气氛和补充热量来进行燃烧的一种方法，而不是单纯的作为燃料与型煤混合燃烧主法。

技术内容

针对上述现有技术中单纯使用燃煤直接燃烧所带来的不利环保和节能、燃烧效率低的问题，特别是使用低劣质煤和煤矸石燃烧存在的上述问题，本发明提供了一种既适用层燃炉，又适用流化床沸腾炉的，具有节能、环保、固硫、降尘、燃烧效率高的型煤结合煤气混合燃烧方法。本发明的目的是这样实现的，所述型煤与煤气混合燃烧方法可在层燃炉和流化沸腾炉中进行，其混合燃烧方法是：

在层燃炉中，根据煤质本身的含硫量、易燃性、结焦性和挥发份等不同情况，在燃煤中加入1-4％的助燃粘结剂及1％的辅助剂，将燃煤制成具有消烟、固硫的燃烧型煤，在炉排上进行氧化焰或强氧化焰燃烧，用煤气与空气经过有焰喷嘴混合调整为弱氧化焰或中性焰向炉膛中内喷入，与炉排上的型煤燃烧火焰，在炉膛中混合燃烧，形成固态幅射结合气态幅射的传热燃烧方式；

在流化床沸腾炉中，根据煤质本身粘结性能和含硫量在燃煤中加入1-4％的助燃粘结剂和0.1-1％的辅助剂，破碎制成φ8-φ12毫米的具有消烟、固硫的颗粒燃烧型煤，投入到炉床中沸腾燃烧，当沸腾炉内温度达到850-950℃时，适当调整溢流渣口的高度，使型煤充分燃烧，煤气与空气经过有焰喷嘴混合调整为中性焰或弱还原焰，从浮悬段喷入炉中与从沸腾炉床中向上的型煤火苗混合燃烧，使悬浮段温度达到1050-1200℃。

在层燃烧炉中，所述助燃粘结剂为本申请人发明的催燃剂(ZL93107353.7)和合成氨气化助燃粘结剂(ZL93107352.9)，所述辅助剂为木屑或谷壳；在流化沸腾炉中，所述助燃粘结剂为本申请人发明的合成氨气化助燃粘结剂(ZL93107352.9)，所述辅助剂为石灰。

本发明中所述的消烟、固硫燃烧型煤，根据各种不同的层燃式锅炉和窑炉，来确定型煤的尺寸，链条炉中≤φ20毫米，一般手烧炉为≤φ40毫米，掺入1％的谷壳或木屑主要起改善着火性能和燃烧造孔，以及碱性固硫及破焦作用。由于型煤具有一定的冷热强度，燃烧时不容被风带走，起到了降尘作用。由于助燃粘结剂、催燃剂和辅助剂的作用，提高了燃烧活性和具有较强的固硫作用，使SO₂固定在炉渣中排出，型煤还适当控制了挥发份的泄放速度，让其在炉膛中充分燃烧，降低了黑烟排放浓度。向炉膛中喷入的中性焰和弱氧化焰煤气火苗，解决了由于型煤火苗缩短的造成炉膛温度低的问题，并在炉膛中起捣动的作用，提高了炉膛温度，改善了着火条件和充分燃烧，提高了热效率。

本发明的煤气是指：矿井瓦斯、高炉煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气、天然气、焦炉煤气等可燃气体，在没有矿井瓦斯、高炉煤气、天然气和焦炉煤气的地区，可采用合成氨气化助燃粘结剂制成型煤，生产混合煤气或半水煤气，采用锅炉蒸气尾气造气。

流化沸腾炉燃烧的突出优点是能够燃烧，包括：石煤、煤矸石、油页岩、褐煤、劣质无烟煤等，料床温度一般烧无烟煤时约为950℃-1050℃，褐煤和烟煤约为850℃-950℃，这种低温煅烧有利于固硫和减轻NO_X等有害气体的污染。而且是由于采用高灰分的劣质煤和宽筛分的配料，吹风中的飞灰损失达到40％左右，烟气中粉尘量对环境影响大，采用型煤后，使飞灰降为5％以下，取得降尘节能的效果。但是由于可燃飞灰的减少，使浮悬段上部的温度降低，蒸气不能取得增压作用。本发明将浮悬段温度提高到1050℃-1200℃，沸腾床温度仍然保持在850℃-950℃，它不仅可以使飞灰得再次充分燃烧的机会，降低飞灰的残炭量，而且对悬浮段的水冷壁管产生高温幅射，使蒸气增压，将原流化床沸腾炉的发电效益从40-42％提高到80％以上。达到环保、节能，提高燃烧效益和提高锅炉出气压力。解决了对流化沸腾炉的增压问题。型煤中添加0.1-1％的石灰，它与煤中的硫在燃烧时属于接触反应，比目前在沸腾炉床加入石灰石和白云石在烟气中的隔离反应的固硫效果明显提高，并且更有利提高低温煅烧的灰渣活性，是良好的建材。

本发明用于层燃炉链条式中的粘结剂，还可采用造纸黑液或苧麻退浆黑液等含有木质素的工业废水，掺入本合成氨气化助燃粘结剂中，调制成4∶1的浆状粘结剂液体，它可在灰熔点较高的原煤中使用。

本发明所述的型煤结合煤气的混合燃烧方法，充分利用丰富的煤炭资源，是一项采用洁净煤技术结合清洁燃烧的新的混合燃烧方法，它具有节能、环保、燃烧效率高的特点。

具体实施方式

实施例1

在35吨煤矸石流化沸腾发电锅炉中进行：

1、将1％合成氨气化助燃粘结剂和0.5％石灰均匀掺入到发热量为1629大卡/公斤的煤矸石中，粉碎制成φ8MM，长15-20毫米的圆柱型煤，

2、将2％的合成氨气化助燃粘结剂掺入无烟煤中制成φ20mm的煤棒，在φ1.2m混合煤气炉中，生产出发热量为1200大卡/Nm³的混合煤气，

3、当沸腾炉内沸腾床温度达到850-950℃时，用上述混合煤气和空气经过有焰喷嘴调整为中性焰或弱还原焰，从悬浮段喷入炉内，与向上的型煤火焰混合燃烧，使悬浮段温度达到1050-1200℃。

4、实施效果如下：

说明：1、本发明用煤量包括制作混合煤气的煤量，

2、-30.8表示每度电降低标煤30.8％，

3、75.57表示二氧化硫降低75.57％。

实施例2

在4吨层燃复式链条炉中进行：

1、用1.5％合成氨气化助燃粘结剂和催燃剂，1％谷壳均匀掺入到发热量为2800大卡，挥发份为16％的劣质煤中，经用辊机压制成直径为20mm的小球，

2、煤气采用2400大卡的半水煤气，由化肥厂直接造气供给，

3、将上述半水煤气与空气经过有焰喷嘴混合调整为弱氧化焰或中性焰向炉膛中内喷入，与炉排上的型煤燃烧火焰，在炉膛中混合燃烧，

4、实施效果如下：

方案名称	原煤	蒸气压力	节煤率	环保SO<sub>2</sub>mg/Nm<sup>3</sup>	烟尘mg/Nm<sup>3</sup>	备注
							原煤方案	V<sup>f</sup>＝18％3500大卡	5kg		687	182水浴除尘	原使用2800大卡的煤不能烧，需喷入重油
本发明方案	V<sup>f</sup>＝16％2800大卡	8kg	节标煤28.7％	未检出	75改螺旋除尘	煤量中包括生产半水煤气的用煤量
							比较	-700大卡	提高3kg

Claims (2)

1、一种型煤结合煤气的混合燃烧方法，在各种层燃炉和流化沸腾炉中使用，其特征是：在燃煤中掺入助燃粘结剂和辅助剂，制成固硫型煤，在层燃炉炉排上采用氧化焰燃烧，将煤气与空气混合调整为中性焰或弱氧化焰向炉中喷入，与炉内高温烟气混合燃烧；或将固硫型煤在流化沸腾炉床上沸腾燃烧温度达850-950℃，将煤气与空气混合调整为中性焰或弱还原焰向沸腾炉床内的悬浮段喷入，与炉内高温烟气混合燃烧，使沸腾炉内的悬浮段温度达到1050-1200℃。

2、根据权利要求1所述的一种型煤结合煤气的混合燃烧方法，其特征是：所述煤气为混合煤气、半水煤气、水煤气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气或矿井瓦斯。