布朗气复合燃料燃烧法在燃煤工业锅炉中的应用

布朗气复合燃料燃烧法在燃煤工业锅炉中的应用

1燃烧方法的经济效益在使用过程中，有一个问题是：过度空气系数大，火焰温度低，燃烧不足，燃烧效率低，环境保护难以保证。因此，研究一种更好、更实用的燃烧方法，不仅具有一定的经济效益，而且具有一定的社会效益。本文介绍的方法是在燃煤工业锅炉燃烧过程中加入布朗气,方法简单实用,安全可靠,既可用于新置锅炉,也可用于旧锅炉的改造,该方法可广泛使用于各种类型的燃煤工业锅炉,特别是在大型燃煤工业锅炉中可获得明显效应。2布局式气燃烧法2.1成立创作氢氧混合气体严格按照水(H2O)分子结构摩尔当量配比,经专用设备电解产生的活性氢氧混合气体。2.2布朗气的特点布朗气作为一种具有活性的氢氧混合气体,其燃烧性能参数与氢气相似,具有燃烧温度高、火焰传播速度快、最小点火能量小,扩散系数大等特点,燃氢锅炉较燃油锅炉节能达60%以上,零污染零排放,安全环保。2.3布放器的复燃燃烧法布朗气的成分为氢气与氧气,其混合比例严格为H∶O=2∶1,燃烧时只能调整混合气体总量大小,不需调整也无法调整其混合比例;氢氧气是主要成分为氢气和氧气的混合气体,其混合比例可按需求进行调整。2.4布朗气复燃法的定义和意义在特定的燃烧设备中,按照一定的程序,将布朗气混入其他可燃物的燃烧空间中共同燃烧,以获得优良燃烧效果的一种燃烧方法。因为布朗气无色、无味、无毒,燃烧后唯一产物为水,无任何有毒有害物质产生,是最洁净的燃料;布朗气通过电解水产生,可十分方便地获得,设备只消耗水和电,原料来源经济;另外,布朗气即产即用,常压操作,不存储和长距离输送,安全性良好;使用布朗气复燃法可以降低烟气中可燃物的含量,提高燃烧效率,减少环境污染,降低能耗。4本布局法适用于燃料炉的应用4.1布气富氧燃烧的必要性使用布朗气复燃法,具有以下优点:(1)因为布朗气中含有三分之一的氧气和三分之二的氢气,因此,燃烧过程不需额外增氧,无过量空气现象,减少冷空气进入锅炉带来的热损失;(2)加入布朗气可形成高温燃烧环境与富氧环境,有利于燃煤的着火与燃尽,有利于烟气中可燃气体与可燃微粒的燃尽,提高燃料利益率,降低煤耗;(3)由于布朗气富氧,布朗气在高温燃烧过程中可产生O·、H·和OH·等活性原子,可促进燃料中高碳氢链的裂解,使氧化反应速度加快,起到催化燃烧的效果。(4)应用布朗气可使燃况得以改善,既获洁净燃烧效果,又能提高燃烧效率,有利环保,并可降低锅炉运行成本。4.2燃烧口位置的确定一般采用燃烧器于锅炉燃烧区直接燃烧。该法简单易行,安全可靠。根据链条炉排锅炉的炉膛特点以及燃煤改燃气的经验,研究认为,无论是新锅炉还是旧锅炉改造,只需在锅炉前拱上方接近燃烧区的墙壁外壁设置燃烧口,再将燃烧器安置于此即可。燃烧器功率大小由锅炉功率确定,然后联接输气管道。由于燃煤锅炉有“D”型、“A”型等不同结构,燃烧器安装时应根据实际情况确定在锅炉炉膛的前方或两侧,根据锅炉总功率的大小可配置一台或数台燃烧器。图1为链条炉排锅炉单侧安置示意图,图2为链条炉排锅炉双侧安置示意图,图3为前侧安置示意图。注意:在抛煤机锅炉等燃料不稳定的锅炉中,燃烧器设置应保证火焰方向与燃料运动方向基本一致,以免燃料堵塞燃烧器喷嘴导致意外事件;另外,锅炉引燃区与燃烬区对氧气与温度的要求不高,设置燃烧器时应避免这两个区域,以免局部高温毁坏设备。4.3环保节能型低氧燃烧材料燃用布朗气设备与目前常用的燃油、燃气设备技术参数总体相近,但因氢气爆炸极限小(在空气中爆炸极限为4.1%～74.2%,在氧中爆炸极限为4.7～93.9%),燃速快,所以对燃烧器的安全性、稳定性较一般燃烧器更为严格。目前常用的燃烧器有两种,一种是布朗燃烧器,一种是氢氧燃烧器。布朗燃烧器是一种采用燃油和布朗气的复合燃料燃烧器系统,按布朗气的加人方式分为内混式、外混式和直燃,这里选择直燃型用于布朗气燃烧,可调节流量,但不能调节布朗气中的氢氧比值,目前,美、日、德、韩等都有厂商生产布朗燃烧器,中国兵器科学研究院宁波分院也生产该产品,并已申请专利。氢氧燃烧器以燃氢为主,可燃用布朗气,气流量大小可调节,但燃用布朗气时调节氢氧比值无效,该设备是一种性能更佳更专业的燃烧器。虽然氢氧燃烧器既可燃用布朗气,又可燃用纯氢,但是否选用该型设备应根据具体情况确定,在条件允许的情况下,建议尽量使用氢氧燃烧器,该类产品目前市场有售,大多为美、日、德及中国台湾产品。4.4对低热值燃烧进行有效复燃采用布朗气复燃法对原锅炉系统主体不作改变,但是密封要求比一般燃煤锅炉严格,必须从严设计锅炉包装、烟气系统,确保密封,并避免烟气流程出现死角;另外应将燃烧器设置处的直管设计成弯管,这样既方便安置燃烧器,又可缓解局部高温问题。采用布朗气复燃法必须严格配置配全相关设施,包括布朗燃烧器、布朗气发生器、湿式防回火器、燃烧器自动控制系统,防爆装置,止回阀、截止阀等,并要求严格执行操作工艺。采用布朗气复燃法的锅炉房,应严格执行燃气锅炉房的标准设计,旧锅炉房改造时同比执行。4.5管道铺设不可直接铺设于地面应用布朗气时,应将布朗气系统的相关设备安置于便于维护、通风良好的安全位置,防止碰撞,避免高温,以防不测;管道铺设尽量简短、稳固,不得敷设于地面下影响检修,架设于空中时不得影响其它操作;管道铺设前必须认真检查管材,最好逐一进行水压、气压试验,全部合格再铺设,铺设时应保证弯角处平缓过渡,以防气体滞留,铺设完毕必须进行气压、水压试验,确保无隐患运行。5采用概率复燃法的效果分析5.1环保水与无氧化反应燃煤的燃烧过程实质是由其中可燃挥发成分与固体燃料共同完成,其中可燃挥发成分又由碳氢化合物、氮氧化物等组成,由于燃煤中氮氧化物等含量极少,这里主要分析碳氢化合物中的一氧化碳。一氧化碳的氧化反应(燃烧)一般认为是所谓“复杂链锁反应”。但是,当把除掉水分和氢的“干燥”一氧化碳和氧接触,则在700℃以下不反应,超过700℃会发生缓慢的多项反应。因此,一氧化碳的氧化链锁反应成立的条件是必须有O·、H·和OH·等原子或原子团组成的活化中心参与反应,它们对一氧化碳的氧化反应起了触媒作用。而布朗气中恰好含有大量的上述活化中心,这是因为一方面布朗气是通过电解水的方式获得,不同于其他类型混合气体;另一方面布朗气即产即用,混合气体具有时效性(活性)。燃煤工业锅炉中实际化学反应情况要复杂得多,但需特别说明的是:布朗气的加入量即使在小于烟气排放总量的千分之一时,其催化燃烧效果同样显著。其次,布朗气对炉壁有吸附作用,其滞后效果明显,因此可间歇式通入布朗气,其效果和连续通入并无明显差异,具体间歇方式根据实际效果确定。另外,分析认为,对于像油墨、造纸废渣废液等燃烧时会产生大量黑烟的工业废料,布朗气复燃法同样可取得十分满意的燃烧效果,但前提是必须要有与之匹配的炉型。5.2过低的双向燃烧烟气中氧气的浓度对碳烟燃尽具有很大影响,为保证燃烧充分,必须具有足够的空气量,即较大的过量空气系数;但增大过量空气系数,将使燃烧后烟气量显著增加,燃烧温度剧烈下降,影响燃烧效率;因此,实际工程应用中,在保证燃烧完全充分的条件下,应尽可能采用较低的过量空气系数。通常,锅炉和燃烧器的过量空气系数α控制在1.2～1.3(少数贫氧区略微偏高),以取得燃烧稳定、排放合格的燃烧工况。在采用布朗气复燃法时,在燃烧排放相近并达到国家标准要求的条件下,经有关单位测定,过量空气系数α=1.01～1.02,十分接近过量空气系数的理想值α=1,极小的过量空气系数大大减少了炉内过量空气的加热热损失,也大幅减少了烟气排放。6燃烧过程相关研究(1)采用布朗气复燃法,锅炉的燃烧状态将发生明显变化,布朗气通过扩散方式影响整个燃煤燃烧过程;与未采用布朗气复燃法的锅炉相比,锅炉中碳元素的反应充分,尾气中CO与