煤制气锅炉的设计及应用

煤制气锅炉的设计及应用

　电站系统工程煤制气锅炉的设计及应用哈尔滨哈锅燃烧工程设备厂徐立新李洪路中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国。在一次能源消费结构中，煤炭占据主导地位，比例高达75% ~80%，但能源有效利用率仅为32%左右，今后相当长的时间内，这种格局不会有很大变化。

　　近年来，根据我国环保政策的要求，全国各大中城市对加强治理、整顿环境，控制大气污染提出了更高的要求，特是冬季采用燃煤锅炉取暖的地区，每到采暖期，空气质量显著下降，其中最主要原因是燃煤锅炉的烟气排放始终不过关，解决这一问题已耗时耗力多年，未见显著效果，我国大气污染主要属于“煤烟型”污染。有数据表明：CO2总排放量为6~7亿t，其中85%是由燃烧排放的；SO2总排敞量为2其中90%是由燃烧排敞的烟尘总排放量为1873万t，其中73%是由能源开发利用排放的。采用清洁型能源，如柴油、天然气或电能将直接面临地区经济环境差异和能源价格过高的现实。大幅提高的运行费用显然使绝大多数用户难以承受。因此市场呼唤一种既能满足用户需要，又不增加运行费用；既能满足环保要求，燃料又方便易得的锅炉设备。根据市场需求，我们设计了一种利用煤制气来燃烧，实现能量转换的锅炉，即煤制气锅炉。

　　1煤制气锅炉的基本要求煤制气锅炉实质上是一种利用劣质煤所造低热值气体燃料来燃烧、换热的燃气锅炉。对锅炉运行的要求、锅炉房综合管理的要求都比照燃气锅炉而设计。

　　以下几点是设计过程中应遵循的基本原则：锅炉设计必须遵照《蒸汽锅炉安全技术监察规范》及国家有关技术法规。

　　针对不同煤种，制造出的煤气要充分分析、化验，掌握气体燃料的成分及热值。

　　严格的理论计算是结构设计的依据，并且在计算中经验数据的选择也要根据燃料特性有所不同，这样才能更加符合实际运行情况。

　　锅炉的技术参数比照同挡次燃煤锅炉的效率要高，接近燃用清洁燃料的锅炉热效率。

　　符合国家环保各项技术指标要求，彻底解决消烟除尘问题。

　　应有芫整的保护措施，如煤气检测报警器、煤气切断装置、煤气放散装置、火焰监测器、防爆装置。

　　节约能源，降低运行费用。

　　开发综合经济效益，以劣代优，变废为宝。

　　2煤制气锅炉设计原则合理布置炉腊尺寸，既满足炉膛辐射受热面的需要，又要考虑炉膛容积热负荷指标。主要根据经验选取，可参照燃用煤气锅炉的容积热负荷选取。

　　炉膛内部合适位置布置稳焰墙（由耐火砖砌成），它的作用既有增加炉膛内部温度水平起蓄热作用，又可起到整定火焰形状的功能。

　　合理布置对流受热面管束间距，尽量选择较小值，用以提高烟速，增强换热效果。但同时应注意到燃料特性，由于煤制气中含有相当一部分焦油类物质，管束间距过近会造成由管壁污染而形成烟气流通截面变窄甚至堵塞的问题。因此要根据提供的燃料特性充分考虑这一问题。

　　为了点火、观察方便，我们在侧水冷壁靠近燃烧器头部位置加装了点火门。点火门位置确定的合理与否，对将来操作是否方便起很大作用。为了考虑点火炬伸入方便，侧水冷壁要将点火门的位置让开，可将侧水冷壁管弯制成让门管。

　　锅炉应根据《规程》中的要求加装防爆装置。

　　防爆门的面积要经过计算确定。

　　锅炉可适当布置尾部受热面，采用铸铁式省煤器或钢管式省煤器均可，要根据实际情况确定。同时要做到尾部烟气温度不低于150~160C，保证受热面管壁温度不低于S3露点温度，以避免低温腐蚀发生。

　　燃烧器的设计要充分考虑到燃料特点。目前我厂应用的就是自行设计的国产燃烧器，可单独调节一次风、二次风的送风比例，也可比例调节。喷口处加装稳燃器，使火焰在喷入炉膛的瞬间在旋转，改变炉内空气动力场，以保证燃烧充分，火焰稳定。

　　3煤制气锅炉的应用我们在1996年首次开发设计了燃用煤制气锅炉，并在当年安装芫毕，投入使用，经历5个采暖期的实际运行检验。综合近几年多台煤制气锅炉的运行数据，证明锅炉出力及环保指标芫全符合国家标准的要求。

　　煤制气锅炉与燃用固体燃料的锅炉两种燃烧方式经过实践对比后，有很多优点。

　　煤制气锅炉所利用的燃料是一些长焰煤、不粘结或弱粘结性揭煤、贫煤等劣质煤，这些性质的煤种在固定炉排上燃烧，热值低，着火状态不稳定，其有效利用率很低。没有好的燃烧方式，一般是不被采用的。有数据表明，全国现有锅炉总数60多万台，其中工业锅炉占总台数的98%~99%，煤炭仍旧为主要燃料。这些工业锅炉绝大多数在吃“细粮”，平均热效率仅为60%左右，比发达国家低15%~20%，造成优质煤炭的巨大浪费。设想将多数工业锅炉换成煤制气锅炉，充分利用劣质煤造气、燃烧、换热，将为国家节约大量能源。将这些节约的能源利用到电力、冶炼化工等能源消耗大户行业，其价值不可估量。

　　煤造气锅炉去掉了传统方式燃煤锅炉的除渣机、除尘器、上煤机、炉排设备，鼓引风机的配置也比相同容量的燃煤锅炉小，因此，设备配置、运行电耗量也比同参数燃煤锅炉小，在节约用电方面效果显著。

　　发生炉煤气作燃料，改变了传统的直燃固体、直燃液体燃料的方式。不仅洁净，而且燃烧效率高，运行费用少。既节约了能源，又保护了人类赖以生存的自然环境。

　　目前，这种燃烧方式的锅炉在东北三省都有使用，内蒙古地区的用户也拟用该种锅炉。根据锅炉实际运行反馈的情况，我们以链条炉排11类烟煤的6t/h、4t/h锅炉与同容量的煤制气锅炉t比较在一个采暖期内的燃料费、电费，可以看出这种燃烧方式的优越性。

　　表类烟煤锅炉与煤制气锅炉煤、电消耗对比锅炉容量燃料名称煤制气单耗煤量累计耗煤单耗电量累计耗电/节约煤费/万元节约电费/万元合计万元锅炉实际效率/%说明：褐煤产气率2Nm3/kg，热煤气低位热值按1400kcal/Nm3计算，褐煤的价格是120元/t.平均采暖期供暖天数为165天，每天按8h供暖计算。