针对煤炭企业、化工企行业以及冶金企业生产中排放大量可燃气体，提出了利用“气煤混烧”技术对其工业锅炉进行改造，从而达到废气利用，保护环境，节能降耗，提高锅炉燃烧效率及企业经济效益的目的，并进行了定性和定量分析。

1“气煤混烧”技术的提出

气煤混烧技术由上世纪中叶起源于美国，它最早应用于层燃炉排锅炉和抛煤机锅炉，由于这类锅炉燃烧性能差，燃烧效率低，负荷调节能力差，煤种适应性差，使其难以适应经济发展和环境保护的要求，因而面临淘汰的命运。为了改善其运行特性，适应环保的需要，气煤混烧技术应运而生。实践证明，气煤混烧技术是一项降低污染、节约能源的有效技术措施，对于工业锅炉而言，这种技术比改造锅炉或增加环保设施的经济性要优越的多，其优点如下：

①暖炉和点火干净、快捷；

②负荷调节能力强，能在较低负荷下运行，负荷升降反应速度快；

③由于燃烧效率提高和过量空气系数降低，使锅炉热效率提高；

④避免锅炉在负荷变化或燃烧质量变差时冒黑烟，减少锅炉烟尘排放量；

⑤延长锅炉使用寿命；

⑥锅炉改造工程量小，投资省。

2气煤混烧技术应用的可行性

在煤焦、煤化工、钢铁等企业，它们一边利用煤炭生产热能满足生产需求，一边在生产过程中又排放大量的可燃气体，如煤层气、焦炉煤气、高炉煤气等，这些气体以废气的形式排向大气，造成大量能源浪费和大气环境污染。“气煤混烧”技术是一种工业废气回收利用的先进技术，仅对工业锅炉做很少的改造，即可实现工业废气回收利用，使锅炉燃烧效率大大提高。

3技术改造方案及效益分析

供热信息网显示，我国工业锅炉主要有链条炉排锅炉和循环流化床锅炉。本文研究的气煤混烧技术是通过对锅炉的技术改造，达到掺烧工业废气，提高锅炉燃烧效率，从而实现节能减排。

3.1链条炉排锅炉改造方案

对于链条炉排锅炉，燃料进入炉膛后以固态形式随炉排的移动边燃烧边前进，直至形成灰渣落入灰渣斗内，这个燃烧过程由于各种客观因素的影响（如煤层厚度、燃料质量、配风量及配风方式、着火条件等），燃烧状况存在着很大的差异，其中燃料质量为外来因素，煤层厚度、配风量可以自由调节，而着火条件属于受锅炉结构及燃料质量双重因素影响。“气煤混烧”技术可改善锅炉的燃烧着火条件，促使燃料及时着火，延长燃料在炉内燃烧时间，改善燃烧状况，达到提高锅炉燃烧效率的目的。

“气煤混烧”技术改造方案为在锅炉前、后拱部位的适当位置安装燃气喷咀，向炉内喷入燃气，借助其燃烧热量尽可能提高前拱区的温度水平，使燃料进入炉膛后尽快得到预热，干燥和引燃，同时借助燃气喷入引起的气流扰动加强烟气湍流，提高火焰中心温度，使整个炉排上的燃料层均处于一个高温区域，以促使其增强氧化还原反应，在炉膛中部左右墙各安装一组燃气喷咀，以便提高炉膛上部烟气温度并加强气流扰动，改善辐射传热效果，使入炉燃料尽可能释放全部热量，提高燃烬率。

3.2循环流化床锅炉改造方案

对于循环流化床锅炉而言，循环流化床所特有的燃烧方式使其燃烧效率大大提高，但在实际运行过程中，往往会出现偏离设计运行工况的现象，尤其是较小型的循环流化床锅炉，达不到设计出力。这种现象的发生一方面是由于早期我国对循环流化床技术的研究还不够全面，使炉膛结构、分离及返料装置存在缺陷，影响到锅炉的整体运行水平，出现效率低、飞灰含炭量高、锅炉燃烧稳定性差等现象。其次，循环流化床锅炉在运行过程中，气流速度在炉膛截面的分布上存在不均匀性，其中心流动速度高于壁面气流速度，同时进入炉内的燃料粒度发生变化时，炉膛上部的物料浓度相应发生变化，当炉膛上部物料浓度降低时，上部（稀相区）传热效果变差，炉膛出口温度相应降低，当上部物料浓度升高时，所对应的气流速度相应增高。其传热效果增强，炉膛出口温度会有所提高，但由于物料浓度及气流速度的增加，也使得部分燃料颗粒未来得及燃烬即被烟气携带飞出炉膛，这些逃逸的颗粒一部分被旋风分离器捕集经返料装置返回炉内参与下一循环，而部分细小颗粒继续被烟气携带，最后经除尘器捕集而排出炉外，这部分未燃烬又未被旋风分离器捕集的颗粒即构成了锅炉的机械不完全燃烧热损失。由于气流在炉膛截面上分布的不均匀性揭示了在炉膛空间气固混和的不均匀性，气流混和的差异必然导致在氧化反应强烈的中心区出现氧量供应不足，在边壁区域则氧量富余。缺氧区域往往由于氧化不充分形成化学不完全燃烧热损失，使锅炉燃烧效率下降。

为了改善这种状况，可以采用“气煤混烧”技术对锅炉进行适当改造，其补燃的目的主要是提高炉膛上部温度，加强气流扰动，增强气固混合，一方面强化气流与固体颗粒的接触，同时通过扰动，延长固体颗粒在炉膛内的停留时间，使其能够充分氧化，释放全部热量。另一方面由于气流的扰动，使炉膛上部的气流形成湍流状态，从而加强上部受热面的吸热，加强热交换过程，提高锅炉燃烧效率。

下面对某化工厂75t/h循环流化床锅炉的改造实例进行分析。

①循环流化床锅炉设备及运行简介

该企业安装3×75t/h循环流化床锅炉，锅炉主要参数如下：

额定蒸发量75t/h

额定蒸汽压力5.4MPa

额定蒸汽温度℃

给水温度℃

设计锅炉热效率86.77%

设计燃料消耗量.5kg/h

燃料特性如下：

收到基炭　69.31%

收到基水分6.38%

收到基灰分27.34%

收到基挥发分7.11%

收到基低位发热量.6kJ/kg

该锅炉为单锅筒，炉膛高19.5m，炉膛出口设置两个高温旋风分离器，返料器设U型返料阀，分离器分离下来的物料经U型返料阀回送炉膛，U型返料阀底部设有返料风。

锅炉运行最大出力仅达到70t/h左右，低于额定值5t/h，炉膛温度水平偏低，当料层温度为℃时，炉膛上部稀相区温度为℃，炉膛出口温度为℃，低于设计温度℃左右，灰渣含炭量高达18%以上，远远高于锅炉设计值。锅炉运行工况见图1。

②补燃气体的特性

该厂属化肥生产企业，该厂洗氨塔出口和氢回收系统每年有大量可燃性气体排放，可燃气体的分析资料见下表1。

由上表可知该可燃气体的主要成分为CH4和H2，占到气体总份额的近60%，其低位发热量高达kJ/Nm3。该化工厂可利用排气量为Nm3/h，折合原煤kg/h，约为一台锅炉设计耗煤量的15%。

③锅炉改造方案

根据该锅炉运行现状分析，由于炉膛稀相区温度偏低造成蒸发受热面吸热量不足而影响了锅炉出力，若能使吸热升高至设计值，锅炉有望恢复额定蒸发量。为此，方案针对炉膛上部温度偏低的情况，在适当的位置开孔装置4～8组燃气喷嘴，向炉膛送入具有一定压力的燃气，该燃气一方面起到助燃提升炉温的作用，另一方面加强扰动，促使气固混合，同时有效扼制未燃烬颗粒逃逸速度，延长在炉内停留时间，有利于燃烬放热，提高锅炉热效率。

3.3效益测算及分析

根据锅炉运行资料，锅炉飞灰含炭量为18%，由于锅炉实际耗煤量及实际热效率未经测试，故本方案仅由飞灰含炭量采用物料平衡法进行测算。假设该炉出力不足是由炉膛上部温度偏低引起，而锅炉耗煤量已达到设计煤耗水平。

设：锅炉实际排出的灰渣量为V，排出的未燃烬炭为0.18x。

则锅炉实排灰渣量，未燃烬炭及入炉燃料灰份间有如下平衡式：

x－0.18x=0.

x=0.（kJ/kg）

锅炉排灰渣量：

V=B·x=.5×0.=.85（kg/h）

锅炉排放的未燃尽的炭：

C=.85×18%=.7（kg/h）

机械不完全燃烧损失：

Q=.7÷.5=6%

折合排放设计燃料（原煤）：

△B=.7/0.=.8（kg/h）

即相当于每小时有.85kg原煤未经燃烧被排放浪费。

假使气体补燃改造可使灰渣含炭量下降到５％，则经计算可得：锅炉不完全燃烧损失可由6％下降为1.44%。

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