固硫型燃煤助燃劑的研究與應(yīng)用

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(jìn)煤炭高效燃燒，發(fā)展煤炭清潔利用、實(shí)施節(jié)約煤炭資源、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和保護(hù)環(huán)境兼得的好事。本文從鍋爐燃煤燃燒機(jī)理以及燃煤助燃劑（或稱添加劑）作用機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)明的闡述，并對(duì)青島海爾能源動(dòng)力有限公司和臨沂開(kāi)發(fā)區(qū)供熱公司兩種不同型號(hào)鍋爐進(jìn)行燃煤助燃劑實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。實(shí)施工業(yè)鍋爐節(jié)煤、推廣使用燃煤助燃劑，對(duì)加快建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、更加合理的利用煤炭資源，保護(hù)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(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展取得了舉世矚目的巨大成就，煤炭生產(chǎn)的開(kāi)采總量雄踞世界第一，但是煤炭資源的開(kāi)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(huì)和保護(hù)環(huán)境的好事。

從我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)來(lái)看，以煤為主、低效、不當(dāng)使用煤炭資源不但會(huì)加劇我國(guó)能源緊張的現(xiàn)狀，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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(jì)效益，特別是對(duì)于工業(yè)用煤大戶，提高煤炭使用效率的經(jīng)濟(jì)效益更是非?？捎^。

2.工業(yè)燃煤鍋爐的燃燒機(jī)理簡(jiǎn)述

煤的燃燒過(guò)程一般分為三個(gè)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(jī)物質(zhì)開(kāi)始熱分解，首先是從煤的大分子上斷裂下來(lái)的側(cè)鏈和官能團(tuán)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(guò)程煤要吸收熱量。當(dāng)溫度達(dá)到煤的燃點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始著火，可燃基揮發(fā)分和焦炭（半焦）開(kāi)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(guò)煤的燃燒機(jī)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(guò)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(jiàn)，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(jī)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(jìn)行鹽基交換而生成著火點(diǎn)較低的腐殖酸鹽，從而改變了煤炭的著火性能。同時(shí)，某些金屬鹽分解的氧化物或直接添加進(jìn)去的金屬氧化物能催化煤炭中長(zhǎng)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(jìn)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(jìn)煤炭在燃燒過(guò)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(guò)程中的活性氧補(bǔ)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(jìn)C=O鍵的形成和加強(qiáng)，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(guò)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(fù)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(jià)金屬氧化物M2O，然后依靠金屬或低價(jià)金屬氧化物吸附氧氣，便又達(dá)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(kuò)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(zhǎng)鏈脂肪族烷烴的C-C鍵的斷裂，變成相對(duì)較小的分子，增加分子的熱運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)降低，熱傳導(dǎo)加快，煤炭?jī)?nèi)部溫度相對(duì)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(jí)以及用途來(lái)確定的，但是隨著煤炭資源供應(yīng)緊張，市場(chǎng)價(jià)格上漲，鍋爐生產(chǎn)蒸汽價(jià)格倒掛；另一方面，由于鍋爐用煤價(jià)格上漲幅度過(guò)大，許多運(yùn)行單位為降低生產(chǎn)成本，大量采購(gòu)遠(yuǎn)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(jià)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(yàn)

為了驗(yàn)證燃煤助燃劑的節(jié)能效果，我們先后在青島海爾能源動(dòng)力有限公司、臨沂市開(kāi)發(fā)區(qū)供熱公司對(duì)哈爾濱環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的陽(yáng)光牌YG-JM5B固硫型燃煤助燃劑進(jìn)行了工業(yè)鍋爐標(biāo)定試驗(yàn)，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(cè)中心進(jìn)行了節(jié)煤試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)定。

4.2.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

燃料計(jì)量、蒸汽流量、蒸汽壓力、爐膛溫度、鼓引風(fēng)機(jī)電流。

4.2.2 試驗(yàn)要求

試驗(yàn)工況選擇鍋爐在正常生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行工況下，鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行一小時(shí)后開(kāi)始試驗(yàn)2個(gè)工況，每個(gè)工況試驗(yàn)24小時(shí)。在正常情況下，鍋爐使用助燃劑前、后運(yùn)行工況要求達(dá)到基本一致，負(fù)荷基本穩(wěn)定，試驗(yàn)前后鍋筒水位保持一致，試驗(yàn)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(gè)工況在鍋爐運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到高、低時(shí)各取一個(gè)渣樣，經(jīng)分縮后帶回節(jié)能服務(wù)中心化驗(yàn)。測(cè)試記錄要及時(shí)、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(yàn)工況說(shuō)明

該爐試驗(yàn)前已運(yùn)行多日，試驗(yàn)期間白天熱工況穩(wěn)定，夜間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，該爐使用助燃劑前后對(duì)比試驗(yàn)均在實(shí)際運(yùn)行工況下進(jìn)行。

5.試驗(yàn)結(jié)果分析

2013年8月11日-12日，12月20日-21日，對(duì)哈爾濱陽(yáng)光環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的燃煤助燃劑分別在海爾能源動(dòng)力有限公司20t/h鍋爐和臨沂開(kāi)發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐使用前后的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

5.1 海爾能源動(dòng)力有限公司20t/h鍋爐對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)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(jī)電流（A）45爐渣含碳量（CII%）12.3 82.48 1∶7.35 0.66 40 4.5

通過(guò)對(duì)哈爾濱陽(yáng)光環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的燃煤助燃劑在海爾能源動(dòng)力有限公司20t/h鍋爐上使用前后的實(shí)際運(yùn)行工況下的對(duì)比試驗(yàn)，其試驗(yàn)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(jī)電流降低5A；

（5）使用燃煤助燃劑后節(jié)煤5.8%。

5.2 臨沂開(kāi)發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐對(duì)比測(cè)試結(jié)果

14.8項(xiàng)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(guò)對(duì)哈爾濱陽(yáng)光環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的燃煤助燃劑在臨沂開(kāi)發(fā)區(qū)供熱公司15t/h鍋爐上試驗(yàn)表明使用燃煤助燃劑后煤料燃燒充分，燃燒時(shí)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(dòng)強(qiáng)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(guò)在工業(yè)鍋爐上的試驗(yàn)證明，使用燃煤助燃劑可促進(jìn)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(shí)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(shí)中央關(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)號(hào)召、實(shí)施節(jié)能減排方針政策的重要舉措。

圖DJ-180架橋機(jī)不解體調(diào)頭完成示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

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(yùn)梁車(chē)在鐵路岔線上完成調(diào)頭，整個(gè)施工過(guò)程包含準(zhǔn)備工作相對(duì)簡(jiǎn)單，可在6至8個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。架橋機(jī)不再因拆卸、吊運(yùn)造成損壞，免去架橋機(jī)各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)重新調(diào)試。與傳統(tǒng)DJ-180架橋機(jī)調(diào)頭解體拼裝方法相比，其人員、設(shè)備投入少，施工過(guò)程中用時(shí)短，設(shè)計(jì)合理簡(jiǎn)單，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，降低了工程的經(jīng)濟(jì)成本，為同類架橋機(jī)調(diào)頭轉(zhuǎn)場(chǎng)提供了指導(dǎo)。

[1]逯久喜，張平，陳世通.DJ180型公鐵兩用架橋機(jī)及其應(yīng)用[J].工程機(jī)械，2011（12）：8-11.

[2]中鐵三局集團(tuán)有限公司，中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2006]181號(hào)鐵路架橋機(jī)暫行規(guī)程.

[3]中華人民共和國(guó)鐵道部，鐵建設(shè)[2006]181號(hào).鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[4]鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，中華人名共和國(guó)鐵道部. TB10082—2005鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)鐵道出版社，2005.

[5]趙世海.鐵路營(yíng)業(yè)線區(qū)間出岔架設(shè)橋梁[J].鐵道建筑，2010.

[6]孫立功.橋梁工程（鐵路）[M]1版.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

[7]楊健.DJ180型公鐵兩用架橋機(jī)在橋梁施工中的應(yīng)用分析[J].工程技術(shù)，2014.

[8]張健.特殊施工地段架梁施工方案研究[J].鐵道建筑，2015.

[9]季文玉.鐵路橋梁施工[M].1版.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

[10]郭子軍.公鐵兩用架橋機(jī)在鐵路T梁架設(shè)中的應(yīng)用[J].建材與裝飾旬刊，2012.

[11]李世龍.DJ180型公鐵兩用架橋機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[J].高速鐵路技術(shù)，2014.

[12]寶成德.橋梁專題施工工藝的研究與應(yīng)用[J].遼寧交通科技，2003（6）.