燃煤工业炉窑黑烟细粒子污染控制技术(论文英谪)(1).doc

燃煤工业炉窑黑烟细粒子污染控制技术 史 君 洁 （夹江节煤科研所 四川省夹江县西街20号 13981362988 614100） [摘要]中国年燃煤约25亿吨占世界煤耗的1/3。黑烟随处可见，窑炉产生的黑烟最严重，约占全国燃煤黑烟产生量的一半。黑烟粒径仅0.01-0.1μm不在除尘器的有效范围，黑烟进入大气后不沉降而随风飘散，成为中国城市首要的污染物，美国称中印的煤烟使太平洋上的风暴增加了50并污染了美国西部城市。大气细粒子污染已成为国际大气环境科学的重点研究领域，其控制技术是世界性难问题。 本文介绍了细粒子的危害、来源以燃煤为甚（中国太原市调查说明，可吸入颗粒物中，黑烟占99.75），燃煤黑烟是煤挥发分中碳氢化合物不完全燃烧，发生二次热解产生的烟炱[即苯并（a）芘]，指出挥发分产率、C/O、C/H等煤质指标、投煤方式和燃烧条件（提出“炉内烟负荷”指标）等因素对产烟量的影响和治理的易难程度。 通过对作者发明的“中饲式先反烧后正烧燃煤法”的评价，对消烟原理（关键是满足完全燃烧的四大要素）和节煤原理、煤种适应性、劳动强度、适用炉型、技术指标及其稳定性（注意人为因素的影响）、投资和运行费、实施条件及操作管理等科学评价指标作了具体介绍。 关键词燃煤黑烟 产生机理 手烧炉消烟 Control Technologies of Fine Particles in Black Smoke from Coal-fired Industrial Kilns Shi Jun-jie [Abstract] The coal consumption for burning is 2500 Mt/a in china, and the proportion in coal consumption all over the word is about 1/3. Black smoke exists everywhere. Black smoke from kilns is the most, about 50 in quantity of black smoke all the country. Particle size of black smoke ranges from 0.01 micron to 0.1micron. So they can’t be collected effectively in dust precipitators. Black smoke is non-settling after entering atmosphere and diffuses with wind, so that it becomes the prime pollutant in cities of China. The USA declared that the coal smoke from China and India has made frequency of storms occurring increase by 50, and has polluted western cities of America Pollution of fine particles has been priority research area of international atmospheric environmental science. Corresponding control technology is a world wide difficult problem. The harmfulness and sources of fine particles were introduced in this paper. The fine particles came mainly from coal smoke the proportion of black smoke in inhalable particulate matter was 99.75 according to survey for the city of Taiyuan. Black smoke is secondary pyrolysis product α-benzopyrene in incomplete combustion of hydrocarbon from fugitive constituent. The influences of some factors on smoke volume and pollution control were researched, such as coal quality indscontent of fugitive constituent、C/O、C/H. feed modes and combustion conditionsfurnace smoke load index offered. According to assess for“coal-fired of reversal combustion by middle feed”,the principles of smoke elimination and coal conversation were detaily introduced in this paper. Some scientific uation indicators such as compatibility of coal、labor intensity、applied furnace type、technology index and stabilityspecially influence of man-induced factor 、investment and running cost、operation condition and management were also introduced in detail. Key words black fume of coal-burning; ing mechanism; fume elimination of manual coal-fired kiln. 细粒子是呼吸健康的第一杀手。细粒子污染主要源 于燃烧，尤其是矿物燃料的燃烧。我国矿物能源储量中 煤炭占90，年燃煤约25亿吨，占总能耗的70，占世 界煤耗的1/3左右。燃煤是中国大气污染控制的出发点和 立足点。黑烟细粒子已成为我国城市最重要的污染物，全世界污染最严重的20个城市中有10个在中国。是“还我蓝天”的最大障碍，也是所谓“环境威胁”论的一大祸害。中国技术前瞻报告2004称大气细粒子污染已成为国-1- 际大气环境科学的重点研究领域。大气细粒子控制技术是世界性难题。我国尚未开始细粒子控制技术与设备的研发。 1、什么是大气细粒子污染 空气质量有一项指标叫“总悬浮颗粒物（TSP）”，是指悬浮在空中100m的颗粒物。其中10m的颗粒物沉降速度很慢，称之为飘尘即PM10，由于其可能被人体吸入，又被称为可吸入颗粒物。而2.5m的可入肺颗粒即细粒子（PM2.5）在大气中基本不沉降，随大气四处飘流，可能祸及远方。大气细粒子污染物中可能有粉尘、扬尘、黑烟等一次微粒，也可能有SO2和NOX与HN3反应生成的NH42SO4及NH4NO3等二次微粒。不同的地方各种微粒所占的比例也各不相同，中国则主要是燃煤黑烟。 2、黑烟细粒子污染的危害 2.1降低大气能见度 细粒子悬浮在空中形成灰霾，严重的甚至可以遮云蔽日，大气能见度是测定悬浮颗粒物密度的计量标准。 表1 悬浮颗粒物对大气能见度的影响 健康的影响作过专题调查研究，危害评价称在吸入途径方面，苯并芘占99.75。 烟炱[即苯并a芘]被人体吸入后粘附聚积在肺泡壁上，通过血液可抵达身体各处，哪个部位有病创就在哪里诱发癌症。已发现较多的有皮肤癌、肺癌、胃癌等，还可能致基因突变、婴儿畸形。据国外统计，空气中苯并a芘增加0.01便会使当地居民的癌症死亡率增加5。 中国工程院院士钟南山称50岁以上的广州人哪怕没有肺部疾病，手术开出的肺都是黑黑的。我国公众吸烟率不断下降，肺癌发病率却上升了4倍多，灰霾天数的增加与肺癌发病率成正比。2008年10月哈佛发表的一篇研究报告称，从2003年到2033年吸烟、植物燃料和煤炭燃烧导致的烟雾将使中国有5330万人死于慢性呼吸系统疾病，1350万人死于肺癌。 还有报导称，灰霾天气影响人的心理，让人悲观、还容易使情绪失控。 2.5加剧温室效应 有人称在美国已监测到从中国、印度等亚洲国家大量排放的烟尘细粒子污染物，使北太平洋上空的高空风暴云20年来增加了50，这些猛烈的风暴还可能把温暖的空气和更多的黑色煤烟进一步向北传播，加快北极浮冰的融化速度。 煤挥发分的主要成分甲烷比CO2的温室效应大20倍，眼下甲烷在大气变暖因素中仅次于CO2已占23。如果炉温太低或炉膛容积太小，挥发分未发生二次热解就离开炉膛时，甲烷就直接经烟囱排入大气造成温室效应气体污染，碳不完全燃烧产生的CO也是一种温室效应气体；烟炱等细粒子形成城市上空的黑锅盖不是反射阳光而是强烈地吸光，更加剧了温室效应的危害。科学家预计，到本世纪末气温可能升高6.4℃，海平面将上升58cm，印尼有约2000个岛屿将在30年内被海洋吞噬；气温每提高1℃粮食将减产10、100多万个物种将在50年内灭绝，全球已有2500万环境难民，50年内将增加到2亿人。英国首席科学家说，温室效应的影响已经上升到能与大规模杀伤性武器相比的程度 3、大气黑烟细粒子污染的来源 细粒子污染物主要来源于燃烧，尤其是矿物燃料的燃烧。沙尘暴、城市扬尘和工业生产排放的粉尘中PM2.5较少，二次微尘也不多，且国家已在进行治理，不在本文的讨论范围。黑烟则是最主要的细粒子污染物。 3.1火灾 火灾产生大量的黑烟细粒子，控制的办法当然是有效的预防和及时扑灭。本文亦不涉及。 3.2农业废物燃烧 农作物废料如秸杆等的焚烧，国家已明令禁止；农村的生物质废料燃烧也是一大黑烟-2- 北京市1994年有203天的视距在4Km以内，辽宁省的本溪市污染严重时曾一度从航拍照片中消失，辽中地区在20世纪90年代还发生过国外卫星照片显示该地区浓烟一片，疑为森林大火，通知中国政府赶快灭火。实则是工业炉窑燃煤烟雾所至。作者到现场看到了白天开灯行车的情景。遥远的北极近50年来天空中的黑锅盖越来越大，北极的能见度已由200Km降到50Km。 能见度的降低容易造成交通阻塞和安全事故，降低机械加工精度和增加维修费用。 2.2影响植物的光合作用 黑烟细粒子对可见光有强烈的吸光效应，可降低光照强度，科学家从世界各地20世纪5090年代地表接受太阳能的记录发现，由于大气中飘浮的细粒子污染使全球逐渐变暗，每10年地表吸收的太阳能量约降低12，美国已下降了10，前苏联降幅高达30，光照的减弱使植物的光合作用降低，导致农作物减产和林牧业衰退。 2.3对人体的危害 细粒子被人体吸收可直达肺的深部，我们常见黑烟中的煤烟烟炱粒径仅0.010.1m多为0.020.05m，是燃烧源最主要的细粒子污染物。由于其含碳量高达95.2，外观极象碳黑曾被误称为碳黑，其实它的化学名称叫苯并a芘，是一种强致癌物。以燃煤为主的太原市“九五”期间，就大气污染对人体 细粒子污染源，仅我国农村每年作为能源就要烧柴草5亿多吨。作者已研究出简便价廉不产生黑烟细粒子污染的炉灶，这将另文论及。 3.3垃圾焚烧 生活垃圾焚烧是又一大宗排放源，随着焚烧技术的推广黑烟细粒子的排放量也将不断增加。作者亦研究出低价高效的无黑烟垃圾焚烧炉，另文论述。 3.4 矿物燃料燃烧是最严重的细粒子污染源 3.4.1天然气 天然气是一种碳氢化合物，主要成分是甲烷。天然气泄漏将加剧温室效应也浪费能源；天然气燃烧不完全时也可能发生热解生成烟炱。但只要与助燃空气预混良好，并有稳定的火焰就可以不产生黑烟。燃烧器的不断改进，技术上已经解决了这一问题。 3.4.2石油 燃油需先雾化再气化为气体燃料。只要雾化和气化并与空气混合良好，像天然气一样也不会产生烟炱。技术上也可以解决。仅在操作不当或雾化、气化不良时偶有黑烟排放。当然要求稳定的0级尚有进步的空间，机动车辆的尾气排放便是一例。 3.4.3烟煤 燃煤受热析出的碳氢化合物为主的挥发分类似天然气，但煤挥发分不是煤的固有成分而是受热后才析出；煤焦油的析出并蒸发为挥发分又与燃油相似，但又不可能有雾化阶段，气化过程也难以控制。显然煤的挥发分不可能进行助燃空气的预混。所以燃煤过程远比燃气、燃油复杂，也最难以控制。是产生黑烟细粒子量最多而又最难控制的污染源。 中国年燃煤25亿吨中发电耗煤约占一半，另一半中工业锅炉的煤耗稍大于工业炉窑。但电站锅炉的烟气黑度多在2级以下而工业炉窑的黑烟多为5级，就烟炱排放总量而言，工业炉窑比电站锅炉多。工业锅炉虽比电站锅炉的烟炱排放量大却也远不及工业窑炉。工业炉窑遍布全国，一般都是小规模的非标炉型，并多为简陋的手烧炉。燃烧条件很差，环境污染和能源浪费都十分严重。又还是被国外认为其间隙性大量投煤，不可能避免“层燃恶性循环周期”必然要冒黑烟。所以工业窑炉黑烟细粒子控制是难度最大而又是最急需解决的课题。 4、燃煤细粒子污染物烟尘 燃煤产生的细粒子污染物有两大类，一类是一次颗粒物即所谓烟尘，指烟气中的煤烟烟炱与粉尘（飞灰）。另一类是烟气中的SO2、NOX与NH3反应生成的二次颗粒物。本文只论及烟尘。 4.1飞灰 煤燃烧后残留的不可燃部分称灰分。大颗粒叫煤渣，细小颗粒能随烟气流动的叫飞灰。随烟气排出的飞灰也就是烟气中的粉尘。煤粉炉随烟气排出的飞灰可高达灰分总量的8090，鼓泡床（沸腾炉）和循 环流化床炉约5070，层燃炉仅有1020左右。 煤粉炉燃用细度为74m以下的煤粉，燃烧后飞灰中有较多的细粒子。流化床燃用810mm以下的粗碎煤粒，飞灰多在3m以上，飞灰细粒子较少。层燃炉燃用块煤或原煤，飞灰基本上都在10m以上，特别是烧型煤更可以通过配方控制飞灰的数量和粒度。所以层燃炉的飞灰细粒子极少。 4.2煤烟 煤挥发分中碳氢化合物不完全燃烧产生二次热解生成的烟炱随烟气排出就叫黑烟。烟炱粒度仅0.010.1m要电子显微镜才能对它进行测定，虽然曾被误认为是碳黑，但其化学成分却是强致癌物苯并a芘。是最严重的细粒子污染物。要实现对它的完全控制十分艰难。目前我国执行的1级排放标准尚允许烟气黑度，在“林格曼黑度对比图”中黑点占总面积的20。即便如此，白天也不难发现25级的黑烟，而晚上浓烟滚滚的现象非常普 遍。所谓完全控制黑烟细粒子污染，就应该让烟气中任何时候都没有烟炱，烟气黑度为稳定的林格曼0级。 中国现行监测指标中不包括与灰霾密切相关的细粒子，不能反映灰霾的严重程度。再加上黑烟细粒子极轻（1m3纯烟炱才1kg多重），造成“悬浮颗粒物”指数降低，而灰霾却不见改观的现象。 5、燃煤黑烟细粒子的生成机理 燃煤黑烟往往被简单地说成是煤不完全燃烧的产物。确切地说应该是煤受热析出的挥发分中碳氢化合物不完全燃烧发生二次热解反应的产物。 煤挥发分主要是甲烷并含有多环有机物。由于其组成的复杂性、高温气相热解反应的多方向性，其化学组成、反应过程的本质至今未弄清楚。煤热解析出的碳氢化合物为主的挥发分究竟是怎样生成烟炱的，至今没有权威的说法。比较常见的说法认为是碳氢化合物裂化、脱氢、缩合、环化而生成含碳量多的，外表像碳黑的苯环物质烟炱[即苯并a芘]为主的苯并芘类有机物。 5.1影响燃煤黑烟生成量的煤质因素 5.1.1挥发分产率 挥发分不是煤的固有成分而是受热后析出以碳氢化合物为主的可燃气体，是燃煤黑烟的根源。没有挥发分或挥发分很少的煤炭燃烧时就没有黑烟。比如无烟煤和焦炭。挥发分产率越大黑烟产生量就可能越多。 作者历经20年对黑烟产生和消烟技术的研究与实践，参照中国煤炭分类指标进行优化分割，总结出燃煤黑烟类别，知道煤的挥发分就可以粗略地了解其含烟量和治理难度。 -3- 5.1.2煤挥发分元素组成的C/O比 碳氢化合物燃烧时不产生黑烟的最小C/O比为0.460.48，即煤挥发分燃烧火焰中C/O比值0.46就不会冒黑烟。比如木柴的C/O为1.7而烟煤的C/O可高达11.26，燃烧时烟煤比木柴冒黑烟就严重得多。如果能让挥发分在燃烧前配进氧气使C/O0.46就能避免黑烟。这就是天然气预混燃烧无黑烟的首要条件。 5.1.3煤挥发分的C/H比 H燃烧只生成H2O不产生黑烟，氢为碳发热量的2.5倍而且氢比碳有较大的反应能力，对燃起和升温有很大的作用。故氢越多黑烟就越少，反之C/H比值越高产生的黑烟就越严重。 5.2煤燃烧过程中影响黑烟产生的因素 5.2.1炉内烟负荷 虽然煤质的全烟量决定于挥发分的多少，但对一定的炉排面积和炉膛容积来说，随加煤量的多少将造成炉内烟负荷的不同。就炉排而言，如果一次投煤量太大，炉排重量强度增加当然使炉内全烟量增加，同时因燃料层加厚导致阻力增加又将减少空气进入量，冒烟的可能性就大；就炉膛容积而言，如果单位容积的烟负荷过多，没有让挥发分燃烧所需要的足够空间和时间，也容易冒烟。所以每次投煤量和单位时间的投煤量都不能太多。传统上饲式投煤法，如果采用多次少量地投煤可以大大减少黑烟产生量，就是减少了炉内烟负荷的效果。 5.2.2燃烧温度 燃烧是剧烈的氧化反应，反应速度与温度成正比。一般说来，炉温每提高100℃燃烧速度可增加12倍，800℃以后才能使燃烧持续下去，大于850℃才可能完全燃烧。但超过10001100℃以后化学反应的速度很快，控制燃烧速度的因素主要取决于供氧速度，即由动力燃烧转为扩散燃烧。炉温超过热加工温度太多时不仅会使燃料氮生成NOx的数量增加，还可能产生温度型NOx，且会增加热损失。所以只要适当的高温，能满足加热工艺温度即可。不能盲目追求无限制的高温。 5.2.3空气供给量 各种燃料的含氧量都较少，尤以煤炭为甚，燃烧时必须补足所需的氧。空气中含21的氧是最方便的供氧源。只有供给了充足的空气才能实现完全燃烧，反之便要冒黑烟。但是空气中除氧气外，还 含有79的氮等气体，它们由冷空气变为热烟气，造成很大的排烟热损失。所以空气过多过少都不好。就层燃炉而言，过量空气系数应控制在1.251.4之间。 5.2.4挥发分与空气的混合 空气中的氧必须与煤挥发分接触才能产生氧化反应。如果混合不均，有的挥发分接触不到氧也就不可能完全燃烧，必然冒黑烟。 5.2.5燃烧时间 挥发分燃烧需要足够的炉膛空间，还必须在这个空间内维持足够的时间。如果炉膛空间太小或炉气流速太快，导致挥发分在炉膛里停留时间不足而不能完全燃烧，也要冒黑烟。 足够的温度和空气、空气与可燃物的充分混合与燃烧时间，就是我们常说的完全燃烧的四大要素。缺一不可。这就是消烟技术的关键。 5.3不同燃烧方式产生黑烟的原因 工业窑炉以层燃炉为主。也偶见沸腾炉和煤粉炉等 室燃炉的应用。 5.3.1煤粉炉不宜用于工业炉窑 煤粉炉是将原煤尽可能地磨细，尽量与助燃空气预混，力求向燃气、燃油的燃烧方式靠拢。尤其是燃烧设备的规模可以做得很大，在电站锅炉上获得很快的发展并逐步取代层燃炉。但是在工业窑炉这类小型设备上采用煤粉炉无论环保性还是经济性都不合理。 首先，煤质变化、火力调节调峰时，如果不能对煤粉细度、配风的各次风率、风量、风压、风速乃至风温及风向等进行及时准确地调整，便可能造成不完全燃烧。而工业炉窑使用企业往往缺乏专业技术人员。其次，煤粉在炉膛内呈气流燃烧状态即所谓气流床燃烧，煤的灰分绝大多数以飞灰的形态随烟气排出，必须安装除尘器。尤其是0.1m的细粒子又是任何除尘器都力不能及的，即使部分有效其收尘率也很低。再则，煤粉炉燃烧温度比层燃炉高出100℃-200℃，燃烧生成NOx的数量将大幅度增加而治理费用又很高。何况，原煤加工成煤粉既增加粉碎成本又产生粉尘污染，还需专项治理。国家环保总局已将粉煤规定为高污染燃料，除非有完善的治污设施否则不准使用。而工业窑炉一般造价低，远不及治污设施的投资，企业不堪重负。也要增加管理和执法成本。所以作者认为煤粉炉不宜用在工业炉窑上。至于大型的煤粉炉、循环流化床炉等室燃炉的黑烟细粒子污染控制技术，作者将另文专述。这里只讨论层燃炉。 5.3.2上饲炉 手工投煤的所谓手烧炉，就是在一个固定炉排上有一个被称之为炉膛的空间，这便是最原始的典型的层燃炉。由于从上方投煤故曰上饲炉。炉排上的燃料层从上到下依次为干燥干馏层、氧化层和煤渣层。-4- 进行煤气或半煤气燃烧时在氧化层以上还有一层还原层。 新煤加入后大量吸热使炉温降低；烟温也随之降低又导致烟囱抽力减少；同时因为燃料层加厚使进风阻力增加又造成进风量减少。新加入的煤被加热到350℃以上时，大量释放出碳氢化合物为主的挥发分进入炉膛空间。而从炉排下进入的空气穿过氧化层时已大量耗氧，进入炉膛空间能接触到挥发分时已是贫氧空气。每次加煤后必然出现这种低温缺氧的恶劣燃烧工况，即所谓“层燃恶性循环周期”。加煤间隔时间越长，一次加煤量越多，黑烟就越严重。 5.3.3侧饲炉 侧饲炉是从燃料层侧面投煤，炉内的燃料层分布好像是上饲炉的燃料层卧倒在炉排上，从前到后分别是前段为干燥干馏层、中段为氧化层、后段为残炭燃尽层，灰渣则落入灰坑。例如链条炉就靠炉排的不断移动让煤连续、少量、均匀地投入炉膛并在不断地移动中，让煤经历各段最后变为灰渣进入灰坑。由于上述的机械均匀投煤方式，将上饲炉间隙式大量投煤方式造成的集中烟负荷变成了均布烟负荷。炉膛里单位时间内的挥发分大大减少，燃料层不厚而且是直接向氧化层送风不致于缺氧，消烟效果很明显。但是前段的干燥干馏段接触不到红炭，靠炉膛的辐射热点燃。如果上部热源不强或者炉气搅拌不充分，也会出现不完全燃烧工况而冒黑烟；如果煤的挥发分析出温度高、数量少或含水量多的煤，又会使着火推迟而出现一长段新煤黑根就更容易冒黑烟。这种情况多见于煤质不符合设计要求，点燃工况难于与炉膛结构相匹配的原因。不过，即使煤质符合设计要求也因点火热源的强度难以很稳定，炉膛里的搅拌难保彻底而难做到完全无黑烟。对于链条炉等侧饲炉（俗称机燃炉）的黑烟细粒子污染控制技术将专文讨论。本文专谈手烧炉。 5.3.4下饲炉 从燃料层下方加煤谓之下饲，其燃料层较之上饲炉成倒臵状态，自上而下为煤渣层、氧化层和干燥干馏层。习惯上称上饲炉为正烧，下饲炉为反烧。最下层干馏析出的挥发分与刚进入的新鲜空气一齐穿过氧化层时，在红炭块的缝隙中可以完全燃烧而不产生黑烟。这是20世纪初已经成熟的理论和实践，世界公认能消烟的燃煤方式。典型的炉型有螺旋送煤燃煤机。但是，如果新煤来不及点燃就被挤升到燃料层的顶面上时，中间就会出现黑心而产生黑烟。就因为其对煤质的挥发分、热稳定性、粘接性和结渣性等指标要求太严，前苏联就因适用煤种难觅而遭淘汰。我国因为炼焦煤种不多，适合于下式炉的煤种较少用作动力煤，加上机械事故频繁， 下饲炉应用也较少。 5.3.5中饲炉 中饲炉是作者从事燃煤研究38年，尤其是受前国家环保局最佳实用技术推广办的指令研究黑烟治理12年，充分考虑了工业炉窑炉型复杂、煤种繁多、工人技术素质和司炉习惯等条件，将上饲炉与下饲炉相结合而发明的，可以实现半机械化的中饲式先反烧后正烧燃煤法。乃是用简便机械撬开靠近炉门的小部分燃料层的中部，将新煤加到红炭层以下煤渣层以上，让新煤消烟后再推到炉膛的中、后部进行常规的正烧。彻底的控制了黑烟细粒子的产生，确保任何时候排烟黑度为稳定的林格曼0级。并综合了上饲炉煤种适应性强、操作简便和下饲炉消烟效果好的优点，同时又避免了上饲炉的层燃恶性循环周期和下饲炉适用煤种难觅及发生黑心等缺点。简易巧妙地攻克了手烧炉污染严重的世界难题。为发展中国家的经济发展提供了兼具环保性和经 济性的实用燃煤技术。 6、燃煤黑烟细粒子污染控制技术的科学评价 6.1消烟原理的科学分析 看其是否满足了完全燃烧的四大要素。只有从源头上在燃烧过程中控制烟炱的产生才是科学合理的。 6.2适应煤种 不同煤种的挥发分产率有数倍之差。燃用高挥发分煤的消烟技术当然适应用低挥发分煤，反之则可能要冒黑烟。离开煤质谈消烟技术，只有偶然性而无科学的必然性。 6.3炉排重量强度与一次投煤量 在单位面积炉排上单位时间内的投煤量即每次投煤量，决定了炉排单位时间的烟负荷。只有炉排烟负荷量相同或相对较少的条件下，同一技术才有消烟效果再现性。 6.4适应炉型 不同炉型有不同的加热方式和工艺条件，其炉膛结构也有很大的差异。工业炉窑的炉型种类繁多十分繁杂而基本上都是非标炉型。不同的炉温、炉膛负压和炉气流速度等因素又直接影响煤挥发分的产率。所以此炉型上适用的消烟技术就不一定适用于彼炉型。绝对不能一概而论。 6.5操作简便程度 应当以人为本尽可能删繁就简，尽量减轻工人的劳动强度。只有工人满意，实施效果才有保证。 6.6客观性和人为因素影响 应尽可能把人为因素的影响降低到最低限度，以保证消烟性能的稳定性。 6.7投资与运行费 应兼具环保性和经济性，力争变赔钱治污为治污赚钱，实现发展与环境的和谐统一。 另请参见中国环保产业2004年第5期的关于燃煤工业炉窑黑烟治理技术评价一文。 -5- 7、移动式加煤机及中饲式先反烧后正烧燃煤法 7.1技术来源 具有自主知识产权（中国专利ZL 03120334.5及200610110556.1等），是国家重点环保实用技术燃煤工业炉窑清洁燃烧技术（2002B006）的升级换代技术。 7.2用途 燃煤工业炉窑黑烟细粒子污染控制 7.3适用范围 7.3.1各种手工司炉的工业炉窑。（主要用于多炉门的窑炉。单炉门的可用简易的炉膛撬煤开缝机） 7.3.2各种煤质黑烟类别的煤种（即实施时不必换原来使用的冒黑烟煤种） 7.3.3炉排重量强度和一次加煤量等于或大于原数量。加煤机一次加煤量50kg左右。 7.4运行操作过程 人工或由煤仓将煤投入加煤机煤斗，电动或手动在炉前烧火间的轨道上移动加煤机，并将机口从加煤口的喇叭口导入。电动撬耙伸进炉膛内燃料层中部，将靠炉门的前部约1/3燃料层的红炭层提起；煤斗中的新煤自动落入推煤道，机动推煤板将煤推到撬耙下。机动抽回撬耙和推煤板便完成一次加煤过程。加一次煤电动时间约1分钟左右，每次可加煤约50kg左右。新煤进入炉膛先行反烧，第二次加煤前先把燃料层前部被撬耙提起而堆高的红炭推到炉膛中后部即所谓“平炉”操作进行常规的正烧。同时可以加入脱硫剂。捅火出渣照旧。 对于加煤量少、燃烧室火箱少的炉窑，可以用炉膛撬煤开缝机。手动或机动将燃料层撬开后人工加煤，可大大减少设备投资亦能达到同样消除黑烟的效果。 7.5产生黑烟的温度时段 燃煤黑烟细粒子污染物烟炱来源于煤挥发分中碳氢化合物的不完全燃烧。而煤受热析出以甲烷为主的碳氢化合物又集中在350600℃之间。换句话说，煤被加热到600℃以上，即 烧红以后再析出的挥发分中碳氢化合物极少，也就没有了可能生成烟炱的物质。所以消烟就集中在把煤烧红透的阶段。 7.6消烟原理 新煤加在被加煤机的撬耙将红炭层提升后留下的空间里。撬耙抽出后红炭层就盖在新煤上，新煤表层接触到燃料层的红炭块受其辐射和传导加热，同时又受到从炉排下进入空气的冷却，煤析出挥发分的数量小而均匀，使炉内单位时间的烟负荷量较小，为消烟提供了一个良好的基础条件。 煤挥发分与刚进入的空气混合成为一种可燃气体，有一定的预混作用。由于空气新鲜未经耗氧，在气态的挥发分燃烧完毕以前又不会参与固体燃料的燃烧，所以煤挥发分燃烧有充足的氧；煤挥发分与氧的混合气在红炭块的缝隙中穿行时，由于缝隙极不规则致使混合气不断碰撞、改向、变速并多次形成混合能力强的旋涡，使挥发分与氧能得到充分的混合；煤挥发分与氧气的混合过程也是延长燃烧气体的行程和燃烧时间的过程，保证了燃烧的时间；燃烧着的红炭层温度可高达13001400℃左右。这样就具备了充足的氧气、充分的混合、足够的时间和足够的高温这四个完全燃烧的基本要素。特别是挥发分与新鲜空气混合成的可燃气体，直接接触红炭使其在直接传热和极其稳定的高温与湍流条件下，燃烧强度很高。具有非常良好的完全燃烧条件，能够“变黑烟为火焰”，从源头上控制了黑烟细粒子污染物的产生。 7.7增产节煤原理 加煤机从加煤口加煤不开炉门，新煤加在红炭层下，所以炉膛内始终是燃烧着的红炭和火焰。彻底地避免了上饲炉加煤降温的弊端，火力始终旺盛而稳定，相当于增加了正常热加工时间而可以增产，能使单位产品能耗降低；煤完全燃烧也可节煤。 7.8不择煤种 由于有可靠的消烟措施，无论煤挥发分产率的多少都可烧用；上饲炉最大的优点就是几乎可以烧用各种煤，但粘接性强的煤却容易生成煤盖需要撬开戳碎而反烧却不会生成煤盖，所以对原来烧用的煤都可适应。更不存在下饲炉和侧饲炉对煤质的苛求。 7.9减轻工人劳动强度 加煤时按动电钮即可；人工向加煤机投煤时最低只需加在距地面数十厘米的煤斗内，建有煤仓的可以直接流入煤斗。完全去掉了上饲炉打开炉门在高温下汗流浃背的劳累操作；新煤消烟后主要还是进行正烧，捅火出渣照旧，而燃料层靠前部的1/3加煤区还可不撬炉和出渣，也减轻了工人的劳动；一下就可加50kg煤。 7.10适用窑型 一般说来，凡炉膛成负压或微正压-6- 燃烧的固定炉排燃烧室的窑炉都适用正压燃烧炉膛的炉门等处应密闭良好，防止冒火。。尤其是多燃烧室窑炉，可以共用一台加煤机。 7.11人为因素的影响可以降到最低限度 任何人按动电钮便可完成加煤操作，任何时候排烟黑度都是稳定的林格曼O级。可大大降低管理麻烦和执法成本。 7.12投资和运行费低 一台加煤机仅需数万元、一天电费仅需数元。一般通过增产节支效益一年左右即可赚回技改投资。而对加煤机使用、维护得当时，其寿命可长达十余年。 7.13技术关键 加煤机制造和安装的精度、红炭 层厚度及燃料层撬开位臵。 7.14技术指标 排烟黑度O级，节煤1020。 7.15技术条件 不新占地仅在烧火间铺一段轻轨、不改窑只换炉门，换炉门时还可以不停火甚至不停产。 7.16操作与管理 操作简便，普通司炉工稍经指导即可操作，管理简便。 移动式加煤机及中饲式先反烧后正烧燃煤法，不只是单纯的治污设备而是有很好经济效益的清洁生产设备。 参考文献 1、苏Г.Φ.克诺烈著马毓义译，锅炉燃烧过程[M]， 中国工业出版社，北京，1966 2、史君洁，论燃煤设备的黑烟治理[J]，大气环境，1990/5 3、常弘哲、张永康、沈际群，燃料与燃烧[M]，上海交大 出版社，上海，1993 4、史君洁、手烧工业窑炉清洁燃煤技术[A]，中国人口、 资源、环境与可持续发展战略研究，北京，2000.9 5、陈鹏，中国煤炭性质、分类和利用[M]，化学工业 出版社，北京，2001 6、史君洁，关于燃煤工业炉窑黑烟治理技术的评价[J]， 中国环保产业，2004/5 7、国家技术前瞻研究组，中国技术前瞻研究报告2004 [M]，科技文献出版社，北京，2005 8、姚强等，洁净煤技术[M]，化学工业出版社，北京2005 9、史力、移动式加煤机及中饲式先反烧后正烧燃煤法 [P]，ZL 03120334.5，2007.10.10 10、新华通讯社，参考消息，20062008 [后记]作者奉前国家环保局国家环保最佳实用技 术推广办公室的指令，1996年起专门从事工业窑炉黑烟治理的研究，2006年写成本文。原想等以清华大学为首的国家973项目“燃烧源可收入颗粒物的形成与控制技术基础研究”结题后，深入学习再修改本文。但近读该项目的学术丛书之燃煤可吸收颗粒物的形成与排放中，只论及占全国总煤耗一半的电站锅炉的粉煤燃烧，未涉及层燃炉；书中只提了“煤在不完全燃烧过程中会生成多环芳烃（PAHs），排放的PAHs可直接进入大气，并吸附在颗粒物表面，特别是粒径小于2.5μm的细颗粒上。其中苯并（a）芘是最具致癌性的物质”一句。完全没有黑烟细粒子形成与控制的内容。作者只好将本文做了一些文字性修改后大胆抛出，以抛砖引玉。恳望专家批评指正。（邮箱） 2010年8月于夹江节煤科研所 [作者简介] 史君洁，高级工程师，男，四川夹 江人，1941年生，大专文化，四川夹江节煤科研所所长兼总工程师。曾任中国环境无害化技术转移中心咨询专家、国家技术前瞻研究组特邀专家、中国砖瓦工业协会第三届理事、中国农村能源行业协会节能炉具专业委员会首届委员。研究燃煤（柴）40年，以发展中国家急需的实用技术为主研方向，成果遍及燃煤和烧柴的各个方面。以提供“变花钱治污为治污赚钱”，实现发展与环保和谐统一的高效低价实用技术为特点。2项成果批准为国家重点环保实用技术；在国内外发表论文100多篇、专著1本，中国专利批准授权8项，获部省科技进步奖、优秀成果奖等数十项。近年主要从事黑烟细粒子控制技术的研究。 -7- -8-