燃煤工业锅炉改烧柴油的分析.pdf

第4 期 2 0 0 1 年1 1 月 锅炉制造 B O I U mM A M J F A c T U R 珊G M H 吖．2 ∞1 文章编号c №3 一l 坤1 2 0 0 1 o I 一0 0 5 9 一∞ 燃煤工业锅炉改烧柴油的分析 黄飞‘，何明2 ，杨芳3 1 ．粥研兜所无拐分郝，江苏无摒2 1 4 1 5 l ；2 ．江用市邮电局，江苏江坍2 1 4 ∞0 3 ．哈尔滨锅炉厂有限青任公司，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 6 摘要本文从理论上对燃煤工业锅炉改烧柴油进行了探讨分析．以提供有关参考。 关麓锕柴油；燃煤锅炉；燃油锅炉 中田分类号T K l 6文献标识码A T h eA n a l y s e so fM o d i 矗c a t i o no fC o a l 一矗r e dB o n e r t oB m l lD i e s e lF u e l 删惦崩。．艇胁昭2 ，Ⅸ肥脚3 1 ．w 删p o s 卜b a x l 72 1 4 1 5 l ，c 1 1 i m ；2 ．J i Ⅲ吲nP 0 6 墒c e2 1 4 0 0 0 ，c h i m 3 ．} 蛐i I lB o d 目c 0 ．．蹦．，№出i n1 5 0 0 4 6 ，c l I 妇 A b s 妇c t 1 1 l ep r i n I 町d i 帅嘴i 衄i s I n B d e i l I 吐帅yo f Ⅱ1 0 d j 晒妇lo fc 0 B l 一矗r e d 埘k t o h 吼d i e 商f 1 1 - e li l l 血i sp 叩竹．鼬∞∞唧砌衄删佃i sp 哑鹳毗d f b rr e I 赫e 啷． 脚w 哪啦d i 髓dM ；c o a l 一缸e d №；o i l 一6 l e db o d e r O 引言 近2 0 多年来，我国煤炭消费占能源消费量总 量的比例一直徘徊在7 s ％左右。而无论是发达 国家的经验教训，还是我国目前的现实状况，都证 明以煤为主的能源结柯不仅制约着经济的高速增 长，而且造成严重的环境污染。若按照现行的以 煤为主的能源政策，即使采取有效的节能措施，到 2 0 2 0 年我国煤炭消费总量仍将突破2 3 亿t ，如此 巨大的煤炭消费及其产生的煤烟型樗染，对国家 未来的可持续发展来说，元疑是一种巨大的挑战 和威胁。 目前使用清洁能源已成为世界潮流，近来，国 内许多城市推出了能源消费结台环境保护的政 策，逐步提高燃油、燃气在能源构成中的比重。如 首都北京2 0 0 0 年前已在城市近郊8 个区内建设 了4 0 个无燃煤区，2 0 0 1 年逐步扩大到三环路内 8 0 ％地区达到无燃煤j 北京市政府已作出决定 四环路内工地茶炉和大灶、三环内所有炉灶和锅 炉、长安街及其洞线两侧2 0 0m 以内的燃烧设备 均不得再烧煤，改用清洁燃料。 1 煤、O 号轻柴油的燃烧分析 1 ．1 燃料组份数据 取有代表性的安徽淮南烟煤、0 号轻柴抽为 分析对象．其燃料组份及低位发热值见表l 、表2 。 1 ．2 理论燃烧产物分析 为比较方便，燃烧产物均可折算到单位热量 lG J 上。假设燃料均完全燃烧，空气平均含湿量d 】D 矿】【g ．燃烧情况比较如表3 所示。 从表3 可以看到，O 号轻柴油完全燃烧时每 释放1G I 热量所产生的烟气量比安徽淮南煤减 少1 3 ．0 5 ％，0 0 2 排放量减少2 2 ．8 9 ％，s o l 排放 量碱少7 1 ．8 7 ％．M 排放量减少2 ．0 5 ％。 1 ．3 油在炉膛内的燃烧 油经喷油嘴喷人炉膛，首先被炉内的高温烟 气加热．蒸发成油蒸汽，由于蒸汽遇氧即刻着火燃 烧．燃烧产生的热量一部分由火焰传给后来的油 啦藕日期∞0 1 一∞一a 7 作者简介黄飞 1 9 田一 ．男，1 鲫1 年毕业于上海交湎大学．现为七。三研究所无锝分部工程师、市锅炉学会会员。主要从事根炉、压 力容磊的设计工怍，在相关慑域笈表学术论文∞泉麓。 万方数据 6 0 锅炉制造 总第1 8 2 期 滴，使之不断蒸发，同时油蒸汽继续向外扩散，燃 烧继续下去。油的燃烧速率主要取决于油滴尺寸 在于良好的油喷嘴和调风器。 从化学动力学角度来讲，燃料燃烧的化学反 和合理的配风，因此．要保证油的良好燃烧，关键 应数为o 号轻柴油n 1 ，煤粉n 1 ，煤块。 l 。 衰3 攥、0 号轻柴油燃烧情况比较 2 燃料改造对锅炉性能及结构影响 2 ．1 锅炉热效率及出力 原机械工业部规定的产品最低效率燃煤锅 炉为5 0 ％．7 8 ％；燃油、燃气锅炉为帅％．8 5 ％ 美国的铸铁片式组合锅妒有9 0 盼是烧油、烧气 的，效率为8 5 ％一9 3 ％ 。造成热效率的差别主 要在于煤的灰分和颗粒度影响了固体不完全燃烧 热损失“，而燃油锅炉的固体不完全燃烧热损 失g 。和固体热物理热损失舶基本为O ．且受热 面的污染和积灰系数明显减少．以及过量空气系 数和排烟温度有所降低。 若维持主要受热面不变，又使炉膛结构变动 较少，控制炉膛断面热负荷．必须适当增加炉膛 输入热量，从而既提高了锅炉的出力．又不增加 锅炉的体积。 2 ．2 炉膛结构及炉膛吸热量 以小型燃煤锅炉常用的链条炉排火床炉为 例，为了保证挥发分和飞灰在炉膛内得到充分的 燃烧，燃煤工业锅炉的炉膛容积相对来说较大． 因此炉膛热负荷较低。对水管锅炉，炉艟容积热 负荷大致为8 0 0 - l ∞0k W ／I 一；对火管锅炉或水 火管锅炉，由于结构布置上的限制，炉膛小一 些，炉膛热负荷大致为lO o D ．16 0 0k Ⅳ，矗 对容 易较小的快装锅炉，炉膛热负荷稍高一些 。而 改烧柴油后，该炉膛热负荷就显得太低了，为此 一方面增加锅炉的负荷和出力，另一方面在取消 炉拱、风室、炉排的同时．布置炉胆结构，获得 比较适宜的辐射换热强度。 由于柴油的理论燃烧温度高于煤的理论燃烧 温度，导致炉膛内吸热量增加，因此锅炉的蒸汽 温度会有所提高。同时对流过热器有着蒸汽温度 箍锅炉热负荷升高而升高的特性，放此时要特别 注意防止蒸汽超温，考虑蒸气碱温装置的投人运 行。燃煤锅炉改烧柴油后，炉膛出口烟气温度可 高一些，考虑到高温腐蚀和管壁温度的限制，一 般应低于12 5 0 ℃。 2 ．3 燃烧器的选型及布置 燃烧器可选用国外进口全盘动机型，性能优 越且可靠性好，通过了解燃烧器的火焰形状、尺 寸、相应的锅炉背压，决定采用何种型号的燃烧 器。根据炉膛容积热负荷和锅炉负荷调节的需 要，燃烧器可采用小容量、多数量的方式．前后 墙对称布置或四角布置，这样可确保在炉膛内火 焰具有良好的充满度，炉膛热负荷也比较均匀； 同时在锅炉由最低负荷至最高负荷之间，燃烧器 万方数据 第4 期 黄飞．等燃煤工业锅炉改烧柴油的分析6 1 都能稳定工作，不回火，不脱火。 2 ．4 火焰及火焰黑度 一般来讲，燃油的火焰比燃煤的火焰要长， 且其形状易控制。煤燃烧火焰的主要辐射成分 是三原子气体、灰拉、焦碳粒子、碳黑粒子； 柴油火焰的主要辐射成分是三原子气体、碳黑 粒子，一般在燃烧器区域碳黑粒子较多，使火焰 发光，远离燃烧器区域碳黑粒子燃尽．辐射成分 以三原子气体为主，为不发光火焰。因此火焰黑 度、炉膛系统黑度须经计算才能确定 一般燃油 的火焰黑度高于燃煤的火焰黑度 。另外在火焰 的辐射计算中，烧柴油的辐射受热面热有效系数 高于煤。 2 ．5 尾部受热面 由于0 号轻柴油台灰极少，原则上可不考虑 对尾部受热面的磨损，烟气流速也允许高一些， 这样换热效果较好。同时，还可以采取增加烟 程、增设烟道挡板等措施，提高尾部受热面的传 热系数，在不增加受热面的情况下，使锅炉出力 明显增加。但烟气流速的增大也会使烟气阻力增 加，这会影响燃烧器对锅炉背压的要求。 由于柴油烟气中飞灰粒子少．炉膛温度高． 使烟气中二氧化硫形成三氧化硫的几率较燃煤要 高，同时三氧化硫与水蒸气形成的硫酸液会与受 热面上的积灰发生化学反应，生成硫酸钙为基质 的水泥状、硬结状物质．堵住管问烟气通道。为 此，要加强清灰工作，一般采用压缩空气吹灰。 对燃煤工业锅炉，空气预热温度一般为1 0 0 ℃．2 ∞℃，而燃油对热风温度要求较低，因此空 气预热器的受热面可作部分的删除。由于燃煤改 烧柴油后，进入尾部受热面的烟气温度高，这会 影响传热温压和换热系数。需经热力计算，对尾 部受热面积进行增减加以调节。 2 ．6 锅炉排烟温度 一般来说．锅炉排烟温度每升高2 0 ℃，锅 炉热效率约降低1 ％。由于燃煤改烧柴油后，二 氧化硫生成量减少，相对来说会减轻尾部受热面 的低温腐蚀和堵灰．因此排烟温度可稍低一些。 但排烟温度过低，会降低尾部受热面的换热温压 和换热效果，一般排烟温室宜比额定蒸汽温度商 柏℃_ 5 0 。c ，这样一方面降低了排烟热损失，提 高了锅炉热效率．另一方面对降低价格较高的燃 料运行费用是十分有利的。 2 ．7 自控殛保护系统 燃煤锅炉改烧柴油后，不仅要配有完善的全 自动燃烧控制装置，还要配有多级安全保护系 统，必须具有锅炉缺水、超压、超温、熄火保 护、点火程序控制及声、光、电报警。 3 经济效益及社会效益分析 经济效益主要体现在由于环保原因 燃煤 带来的大量烟尘、灰渣和有害气体 ，取消燃煤 锅炉而代之以燃油、燃气锅炉，该项购置费用远 大于燃料改造工程费用；且燃煤锅炉需配备储煤 场、储灰场及一些基本的机械设备和工具，占地 面积大，这在寸土寸金的城市里也是一项不小的 经济耗费。 社会效益主要体现在烧0 号轻柴油后大大 地减轻了对大气的荇染。由于O 号轻柴油的着 火、燃烧比煤容易得多，燃烧也完全得多，这样 一方面减少了碳黑等固态污染物的产生，另一方 面燃油中s 、N 成分较少，减少了s q 、S 0 3 、 N o x 等气态污染的排放，从而为净化我们的生存 空间、改善生态平衡、造福子孙后代做出了很大 贡献。 4 结束语 环保是2 1 世纪经济发展的通行证，而能源结 构调整又与国民经济的发展密切相关，只有坚持 发展与环境和资源相协调的政策，才能真正地走 可持续发展道路。 参考文献 【1 ] 划旭东，安玉彬．优化能褫结构的战咯意义和耐簧 [ J ] ．托谭工程，l 螂， 3 ． [ 2 ] 暗工太热工教研室．小型锅炉设计与改装[ M ] ．北 京科学出版社，1 9 ∞． [ 3 】胨永清．内燃式燃油、燃气锅炉的开发[ J ] ．扛苏锅 炉，1 9 ％， 2 ． [ 4 】李道 ．燃油电站锅炉改烧煤与煤除舞燃烧技术 【n ．发电设备，1 嘴， 1 0 ． [ 5 ] 林宗虎，张永照．锅炉手册[ M 】．北京机械工业出 版社，l 螂． ■■列羹J 万方数据