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我国煤粉工业锅炉技术现状及发展趋势

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放大字体  缩小字体    发布日期:2020-06-24  浏览次数:13
核心提示:随着经济社会发展和城市化进程的加速,我国中东部地区大气复合污染的态势日益严峻,突出表现在京津冀、长三角和珠三角等城市重度雾霾现象频发。据有关部门统计,工业燃煤排放的污染物占雾霾来源和成因的30%~40% 。
  随着经济社会发展和城市化进程的加速,我国中东部地区大气复合污染的态势日益严峻,突出表现在京津冀、长三角和珠三角等城市重度雾霾现象频发。据有关部门统计,工业燃煤排放的污染物占雾霾来源和成因的30%~40% 。为了使大气污染状况得到改善,提高燃煤工业锅炉的燃烧效率以及降低污染物的排放迫在眉睫。
 
  1、煤粉工业锅炉关键技术
 
  煤粉工业锅炉是由煤粉储存塔(罐)、供料器、燃烧器、锅炉本体、烟气污染物联合脱除装置、灰库、点火油(气)站、压缩空气站、惰性气体保护站及测控 10个子系统组成。设计、组装该系统主要有6项关键技术,即煤粉制备与运输、煤粉安定储存、浓相煤粉输送、煤粉燃烧器、锅炉本体和低排放烟气净化。
 
  1.1 煤粉制
 
  煤粉的加工工艺主要有2种: ①烘干与磨制分离的两步法工艺; ②磨制与烘干同时进行的一步法工艺。前一种工艺对设备的要求低,且系统容易控制,但功能分散、工艺链长,仅适用于小规模制粉。后一种系统工艺简单,适合大规模制粉,但对磨机设备及工艺安全性要求高。两步法工业磨机以雷蒙磨为主,一步法工艺磨机一般采用高温立磨。煤粉的配送由加装氮气保护的专用罐车完成,在煤粉加工配送中心与煤粉工业锅炉之间可实现无缝对接,根据应用经验,罐车的经济覆盖半径最大为100km。
 
  无论采用何种工艺和设备,为了杜绝发生爆炸等事故,在煤粉制备整个流程中车间内应严禁扬尘的出现,各个设备应保持良好的密封性且回转窑、磨机应负压运行。回转窑是用于烘干煤粉的设施,内部温度高达700℃,在此温度下煤块有部分挥发分析出; 在初步破碎的过程中会产生少量的细粉,在回转窑转动时细粉悬浮在空中形成可燃性粉尘。综合这些因素回转窑内部既有可燃性粉尘也有可燃性气体,形成气-固可燃性爆炸物。烘干煤粉的烟气含氧量高达12% ,回转窑内部同时具备发生爆炸事故的三要素,因此急需对其气-固可燃性爆炸物的最低点火能、爆炸下限等性质进行研究,开发连锁保护装置,以杜绝爆炸事故的发生。
 
  1.2 煤粉安定储存技术
 
  煤粉储存的关键装置是煤粉储存塔(罐) ,储罐本体是在常压下使用的耐压容器( 设计压力不低于0.35 MPa),为了防止静置煤粉压实“结壁”和起拱架桥,根据煤粉的流动特性,在煤粉存储塔(罐)下部设计半锥角小于20°的锥斗,并在锥斗壁面开孔通入压缩空气。从煤粉的安全性考虑,煤粉储存塔(罐)结构及其附属设施设置通常要采用多种安保措施,包括静电接地、壳体耐压、防爆门泄爆、传感器监控及惰性气体保护等,结构如图1所示。运行过程中,来自煤粉加工厂或配送中心的密闭罐车与煤粉储存塔(罐) 燃料加注管快速对接。罐车内的煤粉被车载压缩空气或用户自备压缩空气加压流化,进料阀门开启,煤粉流即以密相的形式快速注入罐内。风粉分离,煤粉靠自重下落,输送风则通过煤粉储罐顶部的布袋除尘器过滤后排入大气。若发现罐内温度快速升高并超过警戒温度或CO浓度报警,应启动惰性气体保护装置,即先从罐体底部注入N2,置换罐内O2,再从顶部注入CO2,覆盖煤粉表面,起到隔绝空气的作用。
 
  目前国内多数从业厂商缺乏煤粉存储安全知识,在设计、安装煤粉储存塔(罐) 时存在重大的安全隐患,如将煤粉储塔(罐) 置于全封闭建筑物内,有发生自燃甚至爆炸的危险。为了保证煤粉工业锅炉行业健康有序发展,应围绕在密闭空间内煤粉的自燃发火特性开展研究,为形成煤粉储罐完整的自主安全技术规范提供理论依据。
 
  1.3浓相煤粉输送技术
 
  供料器是煤粉工业锅炉中最为主要的设备,具备无脉动、高固气比连续稳定地给燃烧器供料的功能。供料不稳定,极易发生炉膛爆燃事故,为了保证锅炉稳定运行,供料偏差不得超过±3% 。近年来,国内自主煤粉供料技术主要有3类: ①借鉴电站锅炉系统的供料设备,如叶轮给粉机; ②粉体输送设备,如(改良) 螺旋输送机; ③引进国外的技术产品,如气锥结合锁气阀。前2类均为稀相供料,固(煤粉) 气(空气) 比一般小于 0.3 kg/m3,初始点火困难,不适合应用于煤粉工业锅炉领域。只有第3类为浓相供料,具备快速着火的条件,可应用于煤粉工业锅炉领域。
 
  随着对煤粉流动特性认识的不断深入,供料器从螺旋结构形式升级为主动二次活化式。主动供料器的形式包括“星鸟”耦合文丘里(图2) 、多孔双转盘及转子秤等。煤粉经过底部星型卸料阀周期性地卸入到中间缓冲仓,中间缓冲仓锥斗壁面多点通气,使煤粉吸气快速活化,流动性显著增强。密度分布均一的煤粉流,依靠重力经锥斗出口进入“星鸟”耦合文丘里阀组。阀组连续均匀排出的煤粉落入高速引射流混合器组件,与一次风瞬间完成散射混合,形成高浓度风粉流。风粉流依靠一次风机提供的动力,经风粉管道源源不断浓相送出,进入下游燃烧器。“星鸟”耦合文丘里具备二次活化、均匀连续喂料以及引射流混合发送的特点,试验表明在供料速率2.4~4.0t/h 的工况下,“星鸟”耦合文丘里供料偏差为±1% 。
 
 
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