杜旭昌

（山東省煙臺市特種設(shè)備檢驗研究院，山東 煙臺 261400）

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，淘汰一段式煤氣發(fā)生爐，改用二段式煤氣發(fā)生爐。但存在占據(jù)空間、需要凈化、浪費熱量等缺點，本文采用已除去揮發(fā)分的蘭炭作氣化原料，對其機理進行了淺析和探討，并對該設(shè)計結(jié)構(gòu)在環(huán)保、等方面的優(yōu)勢進行了分析。

1 鍋爐用燃料介紹：機制蘭炭（以下稱蘭炭）

（1）蘭炭以其固定炭高、比電阻高、化學(xué)活性高、低含灰份、低鋁、低硫、低磷的特性，逐步取代冶金焦成為一種不可替代的炭素燃料。蘭炭形狀為塊狀，采用了先進的干餾焙燒工藝，其固定炭比土煉蘭炭提高了5%～10%，灰分和揮發(fā)份降低了3%～5%，質(zhì)量穩(wěn)定，水分低，機械強度較土煉蘭炭有明顯的提高。

（2）蘭炭成分及含量（如表1）。

表1

2 鍋爐大致結(jié)構(gòu)、煙氣流程、燃燒和氣化技術(shù)

（1）該鍋爐由蘭炭氣化爐和鍋爐兩體結(jié)合在一起，形成產(chǎn)燒一體化。其煙氣流程、燃燒過程為：蘭炭與氣化劑（空氣、少量水）按比例在氣化爐中產(chǎn)生溫度較高的煤氣（CO/CH4/H2/CO2），煤氣在上部逐漸積聚、空間受限和氣流擾動作用，向下沿氣化爐最左側(cè)折流快速進入薄蘭炭層，經(jīng)進一步加熱，直接進入燃燒爐爐膛燃燒，產(chǎn)生大量熱量被布置在爐膛內(nèi)受熱面水側(cè)的給水吸收，產(chǎn)生蒸汽；爐膛內(nèi)的煤氣完全燃燒，在煤氣850～1100℃燃燒的位置噴入尿素脫硝處理后煙氣進入省煤器，再經(jīng)脫硫設(shè)備脫硫后排入大氣（如圖1所示）。

由上所述，該鍋爐的蘭炭氣化爐氣化不同于一般一段和二段煤氣爐氣化。

蘭炭氣化爐氣化結(jié)構(gòu)、產(chǎn)氣和煙氣流程和脫硫、脫硝裝置位置（如圖1）。

圖1

（2）鍋爐氣化爐蘭炭氣化機理。

蘭炭中的碳分子氣化燃燒技術(shù)：從碳分子層面對蘭炭的氣化、燃燒及其轉(zhuǎn)化規(guī)律進行研究，采用了大界面薄料層氧化反應(yīng)，耦合小截面厚料層還原反應(yīng)的碳分子氣化燃燒技術(shù)。

其機理：①采用水冷爐排固定床氣化是借以用氧化層燃燒后余氧與氧化層產(chǎn)生的中二氧化碳替代水蒸汽作為氣化劑，氣化溫度在氧化層可達到900～1100℃，將導(dǎo)入的煤氣鍋爐無氮熱廢氣中的富余二氧化碳還原一氧化碳、廢氣中的高溫水蒸汽與高溫?zé)崽祭^續(xù)中和、分解氫氣和一氧化碳，使30%～60%煤氣鍋爐排出300～600℃無氮廢氣還原成一部分燃氣，達到節(jié)省燃料、減少排碳目的。氣化爐下部氧化層，氣固反應(yīng)物（蘭炭與氣化劑：空氣、水分）之間的第一次直接接觸，將蘭碳中外水、內(nèi)水和其中的極少量揮發(fā)分蒸出，由于采用大斜面低空間結(jié)構(gòu)和蘭炭薄料層，裸露的碳分子與氧氣原子接觸面積增大即氧化反應(yīng)界面增大，在反應(yīng)溫度下，有序地加快了爐內(nèi)氧化反應(yīng)，反應(yīng)層層推進，使蘭炭的燃燒反應(yīng)進行得完全充分，爐渣的含碳量大幅度降低。

大界面薄層料蘭炭與氧氣氧化過程：

②氣化爐的上部還原層采用小截面高空間結(jié)構(gòu)，氧化層產(chǎn)生的CO2氣體通過氣化爐上部小截面厚料蘭炭層時，氣固反應(yīng)物（蘭炭分子與CO2、蘭炭分子與水分子）之間進行了第二次接觸，進行了復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)。由于采用小截面高空間結(jié)構(gòu)，使燃料蘭炭柱呈細高形狀，延長了反應(yīng)物之間的接觸時間，即增加了反應(yīng)物的還原時間。同時，提高了上升熱流體的流速，加快了反應(yīng)物之間的對流換熱和傳質(zhì)效果，使還原階段燃料柱的溫度升高，同時，又快速補足了二氧化碳和水蒸汽的數(shù)量。這些因素就必然加快了還原反應(yīng)的速度，使還原反應(yīng)進行的既充分又完全。

小截面高空間厚料二氧化碳與蘭炭、水蒸氣與CO2、C還原耦合過程：

通過上述氧化和還原反應(yīng)，完成了大界面薄料層氧化和小截面高空間厚料層還原耦合反應(yīng)的蘭碳分子氣化整個過程。

煤氣成分和體積百分比（如表2）。

表2

3 鍋爐環(huán)保方面

（1）鍋爐在燃燒區(qū)850～1000℃的溫度范圍內(nèi)采用SNCR技術(shù)進行脫硝處理。（2）鍋爐煙氣進行布袋除塵后通過水噴淋設(shè)施除塵（兼做濕式脫硫），除塵效率達90%以上。（3）除塵后的煙氣采用堿液中和技術(shù)進行脫硫處理。

該鍋爐排煙檢測結(jié)果（如圖2）。

圖2

4 鍋爐氣化、燃燒的主要技術(shù)優(yōu)勢

（1）采用低成本、機械性能高強度的蘭炭氣化的煤氣，能夠在缺氧條件下實現(xiàn)Ca/S（鈣硫比)接近1的固硫設(shè)計，并且在煙氣排除尾部裝設(shè)了脫硫裝置，降低了脫硫成本，達到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；（2）低空氣過量系數(shù)σ接近1的燃燒，減少了氮氧化物生成概率，并在煤氣開始燃燒段進行了脫硝處理，大大減少排入大氣中煙氣的NOX的量，確保了鍋爐的排煙中NOX的含量達標(biāo)，資源消耗大幅度降低，并且在鍋爐燃燒區(qū)；（3）燃氣（油）鍋爐都配有各種類型的燃燒機，與燃燒機相連的燃氣管道、儲罐一旦泄漏，造成環(huán)境污染，更重要的是易燃易爆，造成安全隱患。該鍋爐無須燃燒機避免了以上環(huán)保、安全和熱量浪費問題；（4）該鍋爐產(chǎn)燒一體設(shè)計取消了氣化爐尾部的凈化工藝，大大降低了燃燒成本，防止了氣體凈化帶來的二次污染，減少了熱量損失。

上述鍋爐煙氣環(huán)保治理措施實現(xiàn)了“從源頭、化學(xué)元素”方面防治污染，達到了環(huán)保、安全、節(jié)能的目的。