高峰，邢同春

青島泰能泰能熱電有限公司

固硫型燃煤助燃劑的研究與應(yīng)用

Research and application for sulfur fixation coal combustion improver

高峰，邢同春

青島泰能泰能熱電有限公司

在工業(yè)鍋爐燃煤中添加助燃劑是促進煤炭高效燃燒，發(fā)展煤炭清潔利用、實施節(jié)約煤炭資源、建設(shè)節(jié)約型社會和保護環(huán)境兼得的好事。本文從鍋爐燃煤燃燒機理以及燃煤助燃劑（或稱添加劑）作用機理進行簡明的闡述，并對青島海爾能源動力有限公司和臨沂開發(fā)區(qū)供熱公司兩種不同型號鍋爐進行燃煤助燃劑實驗相關(guān)數(shù)據(jù)進行了分析。實施工業(yè)鍋爐節(jié)煤、推廣使用燃煤助燃劑，對加快建設(shè)節(jié)約型社會、更加合理的利用煤炭資源，保護環(huán)境有著重要的戰(zhàn)略意義。

燃煤助燃劑；節(jié)煤；環(huán)保

1.前言

煤炭資源是我國經(jīng)濟建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，特別是改革開放以來，我國的經(jīng)濟社會發(fā)展取得了舉世矚目的巨大成就，煤炭生產(chǎn)的開采總量雄踞世界第一，但是煤炭資源的開發(fā)利用上還比較落后。發(fā)展煤炭高效清潔利用技術(shù)是節(jié)約煤炭資源、建設(shè)節(jié)約型社會和保護環(huán)境的好事。

從我國的能源結(jié)構(gòu)來看，以煤為主、低效、不當(dāng)使用煤炭資源不但會加劇我國能源緊張的現(xiàn)狀，還會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題（霧霾現(xiàn)象的頻頻出現(xiàn)等）。另一方面，煤炭作為不可再生資源，清潔高效利用煤炭資源即能節(jié)約能源，又能取得較好的經(jīng)濟效益，特別是對于工業(yè)用煤大戶，提高煤炭使用效率的經(jīng)濟效益更是非?？捎^。

2.工業(yè)燃煤鍋爐的燃燒機理簡述

煤的燃燒過程一般分為三個階段：煤著火前的階段（包括燃干燥、析出揮發(fā)分和形成焦炭）；揮發(fā)分和焦炭的燃燒；爐渣爐灰中殘余焦炭燃燼。煤在爐中加熱、干燥、水分蒸發(fā)，隨著溫度的升高，煤中的有機物質(zhì)開始熱分解，首先是從煤的大分子上斷裂下來的側(cè)鏈和官能團所形成的揮發(fā)分，其主要成分為CO、CO2、H2、O2、CH4以及各類烴類化合物、含硫含氧化合物等，熱解剩余產(chǎn)物是稠環(huán)芳烴縮聚成焦炭（固定炭），這一過程煤要吸收熱量。當(dāng)溫度達到煤的燃點時，開始著火，可燃基揮發(fā)分和焦炭（半焦）開始燃燒，這一階段要放出熱量，揮發(fā)份的燃燒主要反應(yīng)如下：（熱量以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為基準(zhǔn)）

通常，煤的揮發(fā)分越高，燃燒速度就越快。

通過煤的燃燒機理可知，煤的燃燒熱容大，不易著火和預(yù)熱，煤的活化需要較多的熱量，造成了煤的熱效率降低，傳熱性能又造成燃燒過程中煤內(nèi)部溫度驟增，使得燃燒產(chǎn)物CO很容易與碳發(fā)生副反應(yīng)。

副反應(yīng)消耗煤的熱值，由此可見，增加煤的熱值的關(guān)鍵在于降低煤的著火溫度，增加煤的傳熱能力。

3.燃煤助燃劑（或稱添加劑）的作用機理

研究煤炭資源和煤化工的人都知道，煤炭中含有腐殖酸鹽（一般是不溶性的腐殖酸鈣），當(dāng)在煤炭中加入一些含有鉀、鈉、鈣、鎂等金屬離子的金屬鹽后，他們之間進行鹽基交換而生成著火點較低的腐殖酸鹽，從而改變了煤炭的著火性能。同時，某些金屬鹽分解的氧化物或直接添加進去的金屬氧化物能催化煤炭中長鏈脂肪族烷烴的C-C鍵的斷裂分解，增加了易燃的揮發(fā)分含量，從而加快了煤炭的著火速度。

添加劑是由氧化劑和催化劑為主要成分的一種助燃劑，能使煤炭降低著火溫度，促進燃燒，提高燃燒率，氧化劑有助于提供燃燒在預(yù)熱段、燃燒段和燃盡段所必需的活性氧，促進煤炭在燃燒過程中釋放的可燃揮發(fā)分和碳粒的燃燒。若采用多種氧化劑，氧化劑的起始分解溫度不同（約為180-900℃），保證燃燒過程中的活性氧補充，使煤炭燃燒充分，減少煙塵的產(chǎn)生。催化劑中的銅、鐵、錳等金屬化合物受熱分解出金屬離子，促進C=O鍵的形成和加強，削弱了煤炭中C-C鍵，使之易斷裂，且C=O鍵作為電子給予體與具有未滿能帶的過濾金屬形成絡(luò)合物CO-M+（M+為添加劑的金屬離子），該絡(luò)合物擔(dān)負著反應(yīng)活性中心的作用，其反應(yīng)為：

首先，中間絡(luò)合物氧化分解成金屬氧化物MO，MO被碳還原成金屬或低價金屬氧化物M2O，然后依靠金屬或低價金屬氧化物吸附氧氣，便又達到金屬氧化物，就這樣金屬一直處于氧化—還原的循環(huán)中。由于氧氣不斷從金屬向碳原子傳遞，加快了氧氣的擴散速度，有利于增加碳的燃燒，增加煤的燃燒，增加煤的燃盡率，金屬鹽類或金屬氧化物等添加劑本身熱容小，且能催化煤炭中長鏈脂肪族烷烴的C-C鍵的斷裂，變成相對較小的分子，增加分子的熱運動，降低煤的熱容，提高了煤的熱傳遞。由于加入添加劑，煤的燃點降低，熱傳導(dǎo)加快，煤炭內(nèi)部溫度相對降低，不利于反應(yīng)C+ CO=2CO-172.45KJ.mol的發(fā)生，減少了環(huán)境污染。

4.助燃劑在燃煤工業(yè)鍋爐生產(chǎn)應(yīng)用

4.1 燃煤鍋爐用煤的基本性能

工業(yè)鍋爐燃煤指標(biāo)一般都是依據(jù)鍋爐性能、結(jié)構(gòu)、所需蒸汽壓力等級以及用途來確定的，但是隨著煤炭資源供應(yīng)緊張，市場價格上漲，鍋爐生產(chǎn)蒸汽價格倒掛；另一方面，由于鍋爐用煤價格上漲幅度過大，許多運行單位為降低生產(chǎn)成本，大量采購遠低于鍋爐用煤標(biāo)準(zhǔn)的劣質(zhì)煤，主要表現(xiàn)在煤含碳量低、發(fā)熱量低、灰分高、含硫量高，加上一些不法商販將煤矸石粉碎后摻入煤炭中低價銷售，使用劣質(zhì)煤大大影響了鍋爐的正常出力。

4.2 關(guān)于在鍋爐煤料中添加助燃劑節(jié)能效果試驗

為了驗證燃煤助燃劑的節(jié)能效果，我們先后在青島海爾能源動力有限公司、臨沂市開發(fā)區(qū)供熱公司對哈爾濱環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的陽光牌YG-JM5B固硫型燃煤助燃劑進行了工業(yè)鍋爐標(biāo)定試驗，并委托青島市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心和臨沂市節(jié)能監(jiān)測中心進行了節(jié)煤試驗檢測標(biāo)定。

4.2.1 試驗項目

燃料計量、蒸汽流量、蒸汽壓力、爐膛溫度、鼓引風(fēng)機電流。

4.2.2 試驗要求

試驗工況選擇鍋爐在正常生產(chǎn)實際運行工況下，鍋爐穩(wěn)定運行一小時后開始試驗2個工況，每個工況試驗24小時。在正常情況下，鍋爐使用助燃劑前、后運行工況要求達到基本一致，負荷基本穩(wěn)定，試驗前后鍋筒水位保持一致，試驗期內(nèi)應(yīng)使用同批次燃料，煤與爐渣分別取樣，爐渣取樣根據(jù)每個工況在鍋爐運行負荷達到高、低時各取一個渣樣，經(jīng)分縮后帶回節(jié)能服務(wù)中心化驗。測試記錄要及時、準(zhǔn)確、清晰、完整，并覆蓋其他相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。

4.2.3 試驗工況說明

該爐試驗前已運行多日，試驗期間白天熱工況穩(wěn)定，夜間處于低負荷運行狀態(tài)，該爐使用助燃劑前后對比試驗均在實際運行工況下進行。

5.試驗結(jié)果分析

2013年8月11日-12日，12月20日-21日，對哈爾濱陽光環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的燃煤助燃劑分別在海爾能源動力有限公司20t/h鍋爐和臨沂開發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐使用前后的實際運行工況進行了對比試驗，試驗結(jié)果如下：

5.1 海爾能源動力有限公司20t/h鍋爐對比試驗結(jié)果

項目正平衡效率煤汽比蒸汽壓力（MPa）使用助燃劑前使用助燃劑后78.01 1∶6.95 0.65鼓風(fēng)機電流（A）45爐渣含碳量（CII%）12.3 82.48 1∶7.35 0.66 40 4.5

通過對哈爾濱陽光環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的燃煤助燃劑在海爾能源動力有限公司20t/h鍋爐上使用前后的實際運行工況下的對比試驗，其試驗結(jié)果表明：

（1）使用燃煤助燃劑后鍋爐熱效率提高4.47%；

（2）使用燃煤助燃劑后鍋爐煤汽比提高5.7%；

（3）使用燃煤助燃劑后爐渣含碳量降低了7.8%；

（4）使用燃煤助燃劑后鍋爐鼓風(fēng)機電流降低5A；

（5）使用燃煤助燃劑后節(jié)煤5.8%。

5.2 臨沂開發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐對比測試結(jié)果

14.8項目原煤發(fā)熱值（KJ）燃煤消耗量（Kg/h）正平衡熱效率（%）鍋爐出力（t/h）煤灰可燃物含量（%）使用助燃劑前使用助燃劑后15165 2670 55.16 7.70 38.1爐渣含碳量（%）24.6 14233 2530 63.42 7.77 30.2

通過對哈爾濱陽光環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的燃煤助燃劑在臨沂開發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐上試驗表明使用燃煤助燃劑后煤料燃燒充分，燃燒時不易結(jié)焦，著火快，爐膛呈白熱化，有效地減輕了操作人員勞動強度，保證了生產(chǎn)壓力穩(wěn)定。

（1）使用燃煤助燃劑后鍋爐熱效率提高了8.26%；

（2）使用燃煤助燃劑后鍋爐出力提高了0.07t/h；

（3）使用燃煤助燃劑后爐渣含碳量降低了9.8%；

（4）使用燃煤助燃劑后煤灰可燃物含量降低了7.9%；

（5）使用燃煤助燃劑后節(jié)煤11.25%。

5.3 推廣意義

通過在工業(yè)鍋爐上的試驗證明，使用燃煤助燃劑可促進煤的完全燃燒，即減少了不完全燃燒的熱損失，又可減少煙塵的排放，從節(jié)能和環(huán)保方面都有十分重要的現(xiàn)實意義。推廣使用鍋爐燃煤助燃劑是充分高效利用煤炭資源、貫徹落實中央關(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會號召、實施節(jié)能減排方針政策的重要舉措。

圖DJ-180架橋機不解體調(diào)頭完成示意圖

6 結(jié)束語

采用不解體調(diào)頭施工方法免去了設(shè)備拆卸及重新組裝程序，利用自帶運梁車在鐵路岔線上完成調(diào)頭，整個施工過程包含準(zhǔn)備工作相對簡單，可在6至8個小時內(nèi)完成。架橋機不再因拆卸、吊運造成損壞，免去架橋機各項設(shè)備參數(shù)重新調(diào)試。與傳統(tǒng)DJ-180架橋機調(diào)頭解體拼裝方法相比，其人員、設(shè)備投入少，施工過程中用時短，設(shè)計合理簡單，操作過程簡單，降低了工程的經(jīng)濟成本，為同類架橋機調(diào)頭轉(zhuǎn)場提供了指導(dǎo)。

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