洁净煤与相关技术及其应用现状

洁净煤与相关技术及其应用现状

刘建光

二〇一四年六月二十四日

洁净煤技术

洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净煤技术（clean coal technology）一词源于美国,旨在减少污染和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。

传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料电池。

洁净煤技术包括两个方面，一是直接烧煤洁净技术，二是煤转化为洁净燃料技术。

直接烧煤洁净技术

这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：

①燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸石、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。

②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。

③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达99%以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，

1

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达90%。

煤转化为洁净燃料技术

主要有以下四种：

①煤的气化技术，有常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了。

②煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。

③煤气化联合循环发电技术，先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达45%。我国正在开发研究中。

④燃煤磁流体发电技术，当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直流电，然后把直流电转换成交流电。发电效率可过50%～60%。我国正在开发研究这种技术。

2

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

洁净煤技术应用与发展方向

一、煤粉型工业锅炉清洁高效利用

2014年3月28日，煤粉型工业锅炉清洁高效利用现场会在内蒙古鄂尔多斯市神华集团神东矿区召开。本次会议由中国煤炭工业协会主办，煤科总院和神华神东煤炭集团承办。

我国在用燃煤工业锅炉约47万余台，占在用工业锅炉80%以上；每年消耗标准煤约4亿吨，约占全国煤炭消耗总量的1/4左右。目前在用燃煤工业锅炉主要以链条炉为主，在实际运行中存在燃烧效率、热效率低，污染物排放量大等问题。煤炭科学研究总院自1999年起进行煤粉工业锅炉系统研发工作，经过十多年的创新和积累，成功开发出具有全部自主知识产权的煤粉工业锅炉系统。该成果作为传统燃煤工业锅炉的升级换代产品，具有燃烧率高，热效率高，安全运行可靠性高，燃料适应性强，污染物排放低和运行成本低的“三高一强两低”的特点。目前已在辽宁、天津、山东、安徽、江苏、浙江、福建、广东、广西等东部沿海地区和内蒙古、陕西、甘肃等西部高寒矿区建成煤粉工业锅炉系统500余套，等效容量近万蒸吨/小时。按年运行5000小时计算，与传统链条锅炉相比，每年可减排烟尘0.72万t、SO23.2万t、NOx0.8万吨。同时每年可节约196万吨标准煤，每年为用户节约运行成本数亿元。实践证明，煤粉型工业锅炉系统不仅可以显著提高煤炭利用效率，大幅提升煤炭清洁利用水平，而且具有良好的经济推广价值。

会议安排参会代表对总院高效煤粉锅炉在神东矿区的应用情况进行了实地考察，分别参观了神东煤炭公司哈拉沟矿煤粉锅炉系统、补连塔矿煤粉锅炉系统和制粉站。代表们一致认为，煤科总院的高效煤粉工业锅炉系统，通过多年的技术创新和工程示范，取得了显著成绩，经济效益和社会效益明显，具备很好的推广价值和应用前景。

王显政在总结讲话中指出，“推广清洁高效煤粉型工业锅炉系统，是实施洁净煤战略的有机组成部分之一，是提高煤炭洁净高效利用的有效手段之一。”煤炭行业必须全面实施“洁净煤”战略，不断提升煤炭利用效率，才能真正满足国家能耗排放做“减法”、经济发展做“加法”的新型发展道路的要求。煤炭行业应该从煤炭燃烧和转化两个方面出发，全面实施“洁净煤”战略，真正实现煤炭生产和消费方式变革，拓宽煤炭产业生存空间，打造中国煤炭工业升级版。

3

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

二、城市新型高效洁净煤供热技术

2014年4月12日，“城市新型高效洁净煤供热技术应用现场会”在辽宁大厦召开，环保人士这样开门见山地说。现场会提出今年要继续严控工业锅炉排放，加大烟尘污染整治力度，大力推广洁净煤技术，力争降低PM2.5危害，根治雾霾元凶。这套新技术系统是啥样的？当日，与会者赶到沈阳公用集团沙河热源厂进行了参观：由于锅炉是全密闭运行，一改传统燃煤锅炉场地黑、脏、差的状态，干净而整齐的锅炉车间光亮清洁，周围没有煤堆和渣堆的痕迹，烟囱里也只冒出一丝淡淡的白烟。“与传统燃煤锅炉相比，这种新型锅炉节能率达到30%以上，排放出来的只是水蒸气，基本没有污染气体。”专家说，噪声没有了，煤堆也不见了，可随时开窗呼吸新鲜空气了。

煤粉燃烧高效环保，“没有不干净的煤炭，只有不到位的科学技术。”公用集团专家介绍说，煤粉燃烧是先进的燃煤技术，具有燃烧速度快、燃尽率高、烟气热损失低等优点，可广泛应用于大型电站锅炉。

三、煤气化技术

在煤化工产业链条中，煤气化技术是新型煤化工行业的基础。煤气化是通过煤直接液化制取油品或者在高温下气化制成合成气，再以合成气为原料制取甲醇、天然气、合成油等下游产品。据煤科总院煤化工分院副院长陈亚飞介绍，煤炭具有非均质化特点，同时在煤气化过程中产品以固、气、液三种形态共存，相较于石油化工过程也更为复杂。

对于煤气化技术分类方法较多，其中较为主流的分法是按照床型可分为固定床、流化床和气流床，而在现代煤化工中运用的最多即是固定床和气流床。固定床原料主要是以块(碎)煤为主，气流床原料主要是粉煤、水煤浆。

纵观煤气化发展历程，固定床工业化生产已经有近200年的历史，最早的常压固定床已经在19世纪30年代的苏联进行应用，最终产品是煤气。20世纪初期，流化床技术出现。30年后，气流床技术在德国出现。也就是在气流床出现的同期，南非沙索公司煤制油项目开始建设，由于当时流化床和气流床技术都不够先进，最终选择了固定床，主要是由德国鲁奇公司提供碎煤加压固定床技术。

事实上，鲁奇炉进驻中国市场的时间也非常之早。据资料显示，第一代鲁奇炉出现于20世纪30年代，主要用于褐煤气化，50年代我国原云南化肥厂曾从苏联引进此种炉

4

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

型。此后的很长一段时间，鲁奇在中国市场占据了绝对优势。第三代鲁奇炉(MK4)是世界上使用最广泛的炉型，在中国最早的一批传统煤化工项目都选择他们的产品，如原山西化肥厂、义马气化厂等均采用该炉型。

1978年，美国“大平原煤气化协会”联合几家公司成立达科他气化公司，在北达科他州建造世界第一个天然气合成厂，并于1984年投产，采用德国鲁奇公司开发MK4气化炉。经过30多年运转，大平原项目为中国煤制气发展提供了难得的借鉴。

除了固定床，水煤浆技术进入中国时间也较早。19年，鲁南化肥厂引进了GE水煤浆技术，在经过多方调试近10年时间后，成功投产。随着水煤浆在中国推广，GE公司水煤浆气化技术成为了在中国工业化应用最早且使用业绩最多的气化技术，据统计，国内使用GE水煤浆气化技术的气化炉高达178台。

在中国传统煤化工领域，水煤浆和固定床有着很长一段的应用史。常压固定床使用量已经达到5000多，水煤浆气化技术经过我国科研、设计、生产、制造部门的多年研究，已基本掌握水煤浆气化技术，并能设计大型工业化装置，国产化率可达90%以上。

据山东兖矿国拓科技公司总工程师许广宇回忆，上世纪90年代水煤浆快速发展。但是水煤浆对煤种要求苛刻，要求成浆性好，不利于气化较高灰熔点的煤种。而我国、内蒙、山西、贵州等富煤炭地区多数劣质煤种不适合该气化技术。随着国家对洁净煤技术发展的重视，2000年开始解决不适合水煤浆技术的地区发展问题。

http://finance.sina.com.cn/leadership/mroll/20140610/202319370328.shtml

四、煤化工产业

近10年，中国的煤化工产业始终矛盾地发展着——国家先鼓励，后;国家时，地方强力推动;当争论各方好不容易达成共识时，环保压力、美国页岩气以及中东石油化工崛起带来的冲击与担忧，又使煤化工的前景变得扑朔迷离。

5

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

煤炭加工技术

煤炭加工技术主要包括洗选煤技术、型煤技术以及水煤浆技术等。

一、洗选煤技术

选煤是应用物理、物理化学、化学或微生物等方法将原煤脱灰、降硫并加工成质量均匀、用途不同的各品种煤的煤炭加工过程，其中选用的各种方法即为洗选煤技术，这是提高煤炭利用效率、减少污染物排放的最经济、有效的途径。目前，国内采用的选煤方法主要为重介、跳汰、浮选以及干法选煤。

二、型煤技术

型煤是用一种或一定比例的黏合剂或固硫剂在一定的压力下加工形成的、具有一定的形状和物理化学性能的煤炭产品。工业层燃锅炉和工业窑炉燃用型煤与燃用原煤相比，能显著提高热效率，减少燃煤污染物的排放。型煤技术又包括三项子技术，分别是：粘结剂技术，添加技术和成型技术。型煤过程中，我们需采用廉价高效型煤粘结剂、能加快燃烧反应速度，提高热能利用并减少有害气体排放的添加剂以及在20～35 MPa之间的成型压力。

三、水煤浆技术

水煤浆是70年代石油危机中发展起来的一种煤基流体燃料。它是用一系列技术将煤粉和水按照重量比7：3的比例混合再加入少量化学添加剂配合成的混合体， 约2 t或2.5 t普通水煤浆可代替1 t重油。因水煤浆具有良好的流动性和稳定性, 所以其可以象油一样实现全密封储运和高效率的雾化燃烧。总体上水浆煤属于一种见效快、节能和环保型的理想代油燃料。水煤浆技术应用具有燃烧效率高，大气污染控制效果明显，具有较强的工艺优越性等优点。

四、发展现状

中国的选煤技术自主设计能力近些年有大幅提高，年选煤量由上世纪90年代的4.42 亿t提高至2006年的7.86 亿t（2006年全国原煤产量为23.25亿t，入选率33.8%，其中，入选冶炼用炼焦煤 3.88 亿t，入选动力煤3.98 亿t）。其中干法洗选、重介质旋流器、细粒煤分选等技术发展迅猛；水煤浆制浆生产能力先已近300 万吨/ 年，而且在工业燃烧水煤浆取得实质性进展；我国已建成较大规模的动力配煤生产线，配煤能力5000多万吨每年；型煤技术得到大力推广，建立起了自己的锅炉型煤、气化型煤、型焦及配型煤炼焦和生物质型煤生产线。

6

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

煤粉制备技术

一、煤粉制备系统及设备

煤粉制备系统（以下简称制粉系统）在现代煤粉锅炉中已成为与锅炉燃烧设备共同组成的不可分割的燃烧系统整体的重要部分。制粉系统是将煤磨制成一定粒度的煤粉，并输入锅炉燃烧的所有设备组成的系统。

制粉系统中的主要设备为磨煤机，火力发电厂中常用的磨煤机有：低速磨，其转速为15～25r/min(0.25～0.42r/s)，即钢球磨煤机、双进双出钢球磨煤机；中速磨，其转速为50～300r/min(0.83～5r/s)，碗式磨煤机（RP、HP型）、轮式磨煤机（MPS、MP型）、球式磨煤机（E型）等；高速磨转速为750～1500r/min(12.5～25r/s)，即风扇磨煤机。

制粉系统的主要辅属设备有：原煤仓、煤粉仓、给煤机、给粉机、输粉机、锁气器、粗粉分离器、细粉分离器等。火力发电厂常见的制粉系统类型有：钢球磨煤机储仓式乏气送粉制粉系统、钢球磨煤机储仓式热风送粉制粉系统、双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统；中速磨煤机正压直吹式热一次风机制粉系统、中速磨煤机正压直吹式冷一次风机制粉系统；风扇磨煤机直吹式三介质干燥制粉系统、风扇磨煤机直吹式二介质干燥剂制粉系统；带煤粉浓缩的直吹制粉系统等。

二、煤粉用途

1、工业煤粉

工业煤粉在受热时产生的碳氢化物（主要为芳烃类）的挥发分在650℃―1000℃高温下，于还原性气氛中发生气相热解而在金属液和铸型的界面上析出一层带有光泽的微细结晶碳，称为光亮碳。这层光亮碳使砂型不受铁水润湿和难以向砂粒孔隙中渗透，从而得到表面光洁的铸件。

无烟煤 无烟煤粉 灰份30 灰份30 挥发8.5 挥发8.5 硫2.35 硫2.35 水份5.5 水份5.5 热值5000 热值5000 2、喷吹煤粉 喷吹煤粉按煤化程度的不同可分为褐煤、烟煤、无烟煤。众所周知，铸造用煤粉首先应属烟煤类。烟煤按煤化程度又可细分为长焰煤 、气煤 、肥煤 、焦煤 、瘦煤 和贫煤。煤在隔绝空气干馏时，在300―500℃之间，大量析出焦油和气体，几乎全部的焦油均在此温度范围内析出，在这个阶段放出的气体主要为CH4及其同系物。此外，还有不饱和烃CnHm、H2及CO、CO2等。烟煤约在350℃―480℃之间煤粒发生软化、熔融现象，出现含有气泡的液相，许多煤粒汇合形成气、液、固三相混合物，称为胶质体。液相组成中碳质沥青占主要成份，在不同变质程度煤中，焦煤、肥煤的液相产率最多。由于含有气相，胶质体呈现不同程度的膨胀现象。

挥发分产率较高的煤（如长焰煤、气煤）受热分解后形成很多对热不稳定的低沸点液体产物，很快受热分解成气态产物逸出，而剩下的液体不足以使分散的\"变形煤粒\"粘结起来，粘结性较差。挥发分产率较低的煤（如瘦煤、贫煤）受热分解时虽能形成较高沸点的液体产物，但是它的数量较少，不足以将分散的\"变形煤粒\"粘结起来。挥发分中等的煤（如肥煤、焦煤）受热分解后能形成较多的液体产物，易于将\"变形煤粒\"粘结起来。

7

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

品名 煤粉I 煤粉II 煤粉III 煤粉IV 热值（卡值） >5500 >5200 >6500 >4000 灰份(%) 17左右 <8 <10 50左右 挥发份(%) >40 >38 >38 17左右 水份(%) 5 12 6 4 硫(%) 0.45 0.65 0.77 2.0 3、铸造煤粉

铸造煤粉用发气量控制型砂和旧砂中有效煤粉量的方法最适合用于挥发分28～35%和灰分≤10%范围内的煤粉。型砂在浇注后型腔表面部位的煤粉被烧掉，砂型其它部分的煤粉仍然保留在回用的旧砂中，每次混砂时只需加入少量煤粉即可。应当首先知道旧砂中有效煤粉残留量，才能计算出配制型砂中煤粉的补加量。但煤粉的补加量不能靠简单的计算得出。型砂和旧砂中的有效煤粉量的测定一直是个难题。国外至今仍靠测定型砂或旧砂的灼减量和挥发分、含碳量等参数作为推论有效煤粉量的参考。近年来有人开始测定膨润土的吸兰量和灼减量，用型砂或旧砂的灼减量减去膨润土的灼减量，再除以煤粉的灼烧量计算有效煤粉含量。但由文献中看到的铸造工厂数据仍以灼减量和挥发分为主。在我国，天津某厂挤压造型线型砂的灼减量分别为3.7%和2.0-2.2%，挥发分为3.06%和1.4%；昆山某厂的面砂除要求灼减量4.10±0.30%以外，还要求总碳量3.00±0.50%；常州某厂静压造型用砂的灼减量实测为4.4-4.6%。 品名 普通型 优质型I 优质型II 高效型 挥发份(%) 32左右 ≥37 ≥37 35-38 灰份(%) 15左右 ≤10 ≤8 ≤10 水份(%) ≤6 ≤5 ≤5 ≤4 硫(%) ≤1 ≤0.8 ≤0.6 ≤0.6 焦渣特征 2-3 2 4 5-6 4、锅炉煤粉

锅炉煤粉按煤化程度的不同可分为褐煤、烟煤、无烟煤。众所周知，铸造用煤粉首先应属烟煤类。烟煤按煤化程度又可细分为长焰煤 、气煤 、肥煤 、焦煤 、瘦煤 和贫煤。煤在隔绝空气干馏时，在300―500℃之间，大量析出焦油和气体，几乎全部的焦油均在此温度范围内析出，在这个阶段放出的气体主要为CH4及其同系物。此外，还有不饱和烃CnHm、H2及CO、CO2等。烟煤约在350℃―480℃之间煤粒发生软化、熔融现象，出现含有气泡的液相，许多煤粒汇合形成气、液、固三相混合物，称为胶质体。液相组成中碳质沥青占主要成份，在不同变质程度煤中，焦煤、肥煤的液相产率最多。由于含有气相，胶质体呈现不同程度的膨胀现象。

挥发分产率较高的煤（如长焰煤、气煤）受热分解后形成很多对热不稳定的低沸点液体产物，很快受热分解成气态产物逸出，而剩下的液体不足以使分散的\"变形煤粒\"粘结起来，粘结性较差。挥发分产率较低的煤（如瘦煤、贫煤）受热分解时虽能形成较高沸点的液体产物，但是它的数量较少，不足以将分散的\"变形煤粒\"粘结起来。挥发分中等的煤（如肥煤、焦煤）受热分解后能形成较多的液体产物，易于将\"变形煤粒\"粘结起来。 品名 煤粉I 煤粉II 热值（卡值） >5500 >5200 灰份(%) 17左右 <8 8

挥发份(%) >40 >38 水份(%) 5 12 硫(%) 0.45 0.65 3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

煤粉III 煤粉IV >6500 >4000 <10 50左右 >38 17左右 6 4 0.77 2.0 三、煤粉炉

煤粉炉是以煤粉为燃料的锅炉设备。它具有燃烧迅速、完全、容量大、效率高、适应煤种广，便于控制调节等优点。 煤粉炉的燃烧特点是燃料随空气一起进入燃烧室，并在悬浮状态下燃烧。

煤预先磨成很细的煤粉，与空气的接触表面积大大增加，使燃烧强化。煤粉炉炉内温度也较高，因此，除了煤质很差的煤以外，各种煤都能在煤粉炉中有效地燃烧，并且燃烧比较完全，燃烧效率也比较高，约88%－93%。它可以完全实现机械化和自动化。煤粉燃烧几乎是所有大型燃煤锅炉的燃烧方式。

煤粉炉的燃烧设备主要有炉膛、燃烧器、点火装置等部分组成。煤粉由一次风输送经燃烧器进入炉膛，二次风通过燃烧器的二次风环形风道或二次风口引入炉膛。

煤粉与空气的混合物进入炉膛后，经过预热、干燥、挥发分析出等过程，在距燃烧器出口一定距离处开始着火、燃烧。煤粉燃尽后形成的灰，其中一小部分颗粒较粗的灰形成灰渣，落入冷灰斗内，冷却成固体灰渣，定期或连续地加以排除；绝大部分颗粒较细的灰则被烟气带走，通常把这部分灰称为飞灰。

煤粉在炉膛内停留的时间很短，仅有1－2s。在这样短的时间内要保证煤粉在炉内燃尽，必须强化燃烧，供给适量的一、二次风，以缩短燃烧的准备阶段和创造良好的燃烧条件。煤粉炉一次风的主要作用，是输送煤粉到炉膛并保证挥发分的着火燃烧。二次风的作用，一是补充空气量；二是使煤粉和空气混合均匀，保证燃料燃烧完全。因此，在运行操作上，要合理调整好一、二次风的配比和混合时间，才能可靠地保证锅炉安全经济运行

它的炉膛是用水冷壁炉墙围成的大空间，磨碎的煤粉（颗粒直径约为0.05－0.1mm）和空气经喷燃器混合后，喷入炉膛燃烧。煤粉的燃烧分着火前的准备阶段、燃烧阶段和燃尽阶段。与此相对应，炉膛也可以分为三个区域：喷燃器出口附近为着火区，出口的上方为燃烧区，燃烧区之上部一直到炉膛出口为燃尽区。适用的煤种多，既可烧中、次煤或低热值低煤，也可烧粘结性较强的煤，是现代燃煤锅炉的主要形式，特别适合于发电厂的大型锅炉，容量较大（D≥35t/h）的工业锅炉也常常采用。煤粉炉需要配备磨煤设备和相应的除尘装置，燃烧工况的组织比较复杂，影响燃烧稳定性的因素较多。煤粉炉的飞灰量高达80－90%，需配备高效除尘装置。

四、煤粉相关技术知识

煤粉工业锅炉如何实现高效,节能,环保

煤粉工业锅炉的煤粉燃烧技术在应用到工业锅炉中的过程中曾经存在一些技术难题,如煤种的选择,煤粉制备,小空间燃烧,高效除尘,自动化控制等.近年来,随着高效除尘技术,工业自动化技术的成熟,国内煤粉工业锅炉行业的发展瓶颈不断得到解决,这种技术进步有力的推动着煤粉工业锅炉行业的发展.

煤粉工业锅炉中的新兴环保高效煤粉锅炉是新型节能环保设备,采用煤粉集中制备,精密供粉,空气分级燃烧,炉内脱硫,水管(或锅壳)式锅炉换热,高效布袋除尘,烟气脱硫和全过程自动控制等先进技术,实现了燃煤工业锅炉的高效运行和洁净排放.

煤粉炉主体和辅助设备

9

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

煤粉炉的结构相对简单,主要用于大吨位电站锅炉.大致是上下为锥型的容器,侧立面(称水冷壁)埋有水管路,从上锥排出的热烟气后接过热器,省煤器,空气预热器.

锅炉汽水系统由省煤器,汽包,下降管,联箱,水冷壁,过热器,再热器等组成,其主要任务是有效吸收燃料放出的热量,使锅水蒸发并形成具有一定温度和压力的过热蒸汽. 锅炉燃烧系统由炉膛,烟道,燃烧器,空气预热器等组成,其主要作用是使燃料在炉内良好燃烧,放出热量.

锅炉辅助设备主要包括通风设备,制粉设备,给水设备,除尘除灰设备等.通风设备主要包括送风机,引风机,烟道,风道烟囱等,其主要作用是提供燃料燃烧和煤粉干燥所需的空气,并将燃烧生成的烟气排出炉外.制粉设备主要包括原煤仓,给煤机,磨煤机,粗粉分离器,细粉分离器,排粉风机等,其主要作用是将原煤干燥并磨制成合格的煤粉.给水设备由给水泵和给水管路组成,其主要作用是可靠地向炉内供水.除法,除灰设备的主要任务是清除烟气中的飞灰和燃料燃烧后的除渣.

煤粉炉的结构相对简单,主要用于大吨位电站锅炉.大致是上下为锥型的容器,侧立面(称水冷壁)埋有水管路,从上锥排出的热烟气后接过热器,省煤器,空气预热器.侧立面近下锥处开有喷煤粉嘴与鼓风孔.燃烧时用油点燃喷入煤粉及鼓风后,控制在不结焦温度使煤粉稳定持续悬浮燃烧,灰烬从下部排出.由于煤粉细,燃烧充分,效率高,炉体结构简单,但需先制煤粉.

煤粉的流动性

煤粉是由不规则形状的微细颗粒所组成的,通常所说的煤粉尺寸是用它的直径表示的, 其中以20~50um的颗粒居多.与其他的颗粒群体不同的是,煤粉由于在制粉系统中被干燥,其水分一般为(0.5~1.0)Mad,因此干燥的煤粉具有很强的吸附空气的能力,从而具有很好的流动性(又称松散性).像流体一样,很容易同气体混合成为气粉混合物,便于在管内输送.刚刚磨出来的煤粉是松散的,轻轻堆放时,自然堆积角仅为2500-3000,自然堆积密度约为700kg/m3,在煤粉仓内堆放久了的煤粉会被压紧成块,流动性减少,其堆积密度可增加到800~900 kg/m3.由于干燥的煤粉流动性好,可以通过很小的空隙发生煤粉自流现象,会给锅炉运行调整操作造成一定困难,因此在制粉系统的严密性方面应予以足够重视.

煤粉的粗细程度用煤粉细度Rx表示,用一组由细金属丝编织的,具有小孔的筛子进行筛分测定.X表示筛孔的内边宽度,Rx是将煤粉试样在孔径为x的筛子上筛分后,筛子上面的剩余量占筛分煤粉试样总量的百分数.计算结果实质上是粗度,我国习惯用它表示细度.

煤粉在生产中的应用

高效煤粉是钢铁冶炼及铸件制造中不可缺少的添加剂，煤粉的加入量以型砂性能和铸件表面质量来决定

根据不同要求对高效煤粉的加入量进行调整，初期试用时，由于型砂中存在煤粉，高效煤粉的添加量为原煤粉的1/3。当型砂水份上升，而发气量、透气性下降时，只有增加高效煤粉的加入量，表面型砂中高效煤粉的累计量才会增多。

把煤粉的使用时间延长，型砂中的湿压与强度也会逐渐上升，从配砂工艺上要减少膨润土的加入量，不然因为湿压强度过高而造成不良影响。实际运用中如果把膨润土的量减少1/3，而型砂湿压强度仍在工艺范围内，且型砂性能和铸件表面质量都保持在比较理想的状态，就会降低材料成本同时防止铸造缺陷。高效煤粉全部取代普通煤粉后，全适的加入量为砂重的0.1-0.2%，同时膨润土的使用量也可减少1/3。

影响煤粉燃烧的因素

影响煤粉燃烧的因素很多,除外界因素外,则煤粉质量是决定性因素.所以回转窑用煤要求发热量愈高愈好;灰分越低越好;挥发分一般不要大于30%,避免烘干煤时,部分挥发分逸出,

10

3L书库 洁净煤与相关技术及其应用现状

造成不必要的浪费,但也不要小于18%;水分保持在1% ~ 1.5%为好,这样不但无害,反而可以促进碳氧化合,提高火焰的辐射能力,但水分含量过高时,则会降低火焰温度,延长火焰长度.水分对温度的影响要比灰分约大1倍,多含1%的水,约降低火焰温度10 ~ 20 度,废气热损失可增加2% ~ 4%.所以控制水分在一定的范围内,对燃烧非常重要.灰分不能燃烧,放不出热量.固定碳是主要热源,它的含量愈高,发热量愈高,但燃点也高,燃烧慢,燃烧时间长,容易形成长焰.同样的发热量,火焰拉长后,火焰温度必然相对降低,所以固定碳含量过高时,易形成长焰低温,对煅烧也不利.固定碳含量低(灰分,水分含量不变),燃烧快,但发热量低.

煤粉的物理性质

煤粉颗粒能吸附空气,吸附空气的煤粉具有流动性.煤粉和空气的混合物,和流体一样易于运输,因此煤粉可以用风力沿管道输送.还可以流过系统中不严密的间隙,造成漏粉.

从气流中分离出来而沉积在制粉管道内的煤粉,随着温度的升高容易引起自燃,条件适合时还可能引起爆炸.所以煤粉的性质对燃烧的经济性,制粉系统运行的安全性有很大的影响.

煤粉是由尺寸不一,形状各异的各种颗粒组成的.煤粉炉中应用的无烟煤煤粉颗粒最大直径为250～300μm,其中以20～50μm的颗粒居多;褐煤煤粉的粒径可达1000～1500μm.粉粒的形状主要决定于煤的种类,其次与磨煤的方法有关。

1、煤粉的主要物理特性

有以下几方面：

（1）颗粒特性煤粉是由尺寸不同、形状不规则的颗粉所组成，一般煤粉颗粒直径范围为0—1000um，大多20—50um的颗粒；

（2）煤粉的密度煤粉密度较小，新磨制的煤粉堆积密度过约为（0.45—0.5）t/m3，贮存一定时间后堆积密度为（0.8—0.9）t/m3；

（3） 煤粉具有流动性煤粉颗粒很细，单位质量的煤粉具有较大的表面积，表面可吸附大量空气，从而使其具有流动性。这一特性，使煤粉便于气力输送，缺点是易形成煤粉自流，设备不严密时容易漏粉。

2、煤粉的均匀性指数

细度值:煤粉细度值的大小，只说明煤粉中大小于及小于x值的颗粒各多少，但并不能知道煤粉颗粒组成情况，即不知道其尺寸的均匀性如何。

均匀性指数:表征煤粉颗粒均匀程度的指标，称均匀性指数，也称煤粉颗粒特性系数，用n表示。将煤粉分别用两个不同筛号筛子筛分后。

N值一般在0.8—1.3之间，n值越大，表明煤粉的均匀性越好。N值大小与磨煤机型式，粗粉离器型式等的关，比如，中速磨煤机比钢球筒式磨煤机磨的煤粉均匀性要好，即其n值比较大。

3、煤粉的理化特性：

颗粒特性煤粉是由尺寸不同、形状不规则的颗粉所组成，一般煤粉颗粒直径范围为0—1000um，大多20—50um的颗粒；

煤粉为可燃物质，乙类火灾危险品，粉尘具爆燃性，着火点在300℃～500℃之间，爆炸下限浓度34 g/m～47g/m(粉尘平均粒径:5μm～10μm)。高温表面堆积粉尘（5mm厚）的引燃温度：225℃～285℃，云状粉尘的引燃温度580℃～610℃

11