先进技术,并结合中国的气候环境、海拔高度、煤炭性能等实际情况,对煤粉控制系统、煤粉计量系统、煤粉输送系统、燃烧系统及控制系统加以改进创新、功能升级,成功研发了具有自主知识产权的GreenFire系列燃烧器,且已在欧洲通过了CE认证。
邯郸光泰工程有限公司、河北路桥集团有限公司首先开展了GreenFire系列煤粉燃烧器在沥青拌和站上的应用推广工作。
2.2.1 煤粉燃烧器骨料加温系统
GreenFire燃烧器骨料加温系统分为三个部分:燃油系统、燃气系统、燃煤系统,其组成下。
(1)燃油系统包括供油系统、燃烧器系统、控制系统。
(2)燃气系统包括供气系统、燃烧器系统、控制系统。
(3)燃煤系统包括煤粉计量系统、煤粉输送系统、雾化燃烧系统、控制系统。
GreenFire煤粉燃烧器加温系统组成见图3,燃煤系统组成见图4。
2.2.2 GreenFire煤粉燃烧器骨料加温系统的经济技术性能
GreenFire煤粉燃烧系统的燃料是采用洁净煤技术,经过精选、烘干、破碎研磨多道工序加工而成的200目的细煤粉;风机采用混流式风机,通过变频技术调节风量和风压;燃烧器的特殊设计使煤粉喷射后充分雾化,形成空气-煤粉雾化风流,热效率达到90%以上[4-5]。煤粉计量采用德国申克集团Schenck Process煤粉流量计(图5),控制煤粉供应的均匀、稳定,保证了燃烧的稳定性。
试验表明,在使用煤粉作为燃料加温骨料的过程中,所产生的灰分和硫酸钙等并不妨碍沥青混凝土的性能,反而增强了沥青混凝土的性能指标。
煤粉燃烧器骨料加温系统生产沥青混合料的生产成本只有使用中温煤焦油成本的40%,详见表4。煤粉消耗量统计数据的来源是邯郸光泰工程有限公司在新疆三莎高速公路项中目用于加隆5000型沥青拌和站的实际消耗量。
2.2.3 煤粉燃烧器骨料加温系统的环保性能
由于煤粉燃烧器骨料加温系统采用了经过洁净煤技术加工而成的煤粉,燃烧充分,热效率高,燃烧后的烟气经过滚筒、除尘箱内过量粉状碳酸钙脱硫,所以其尾气排放基本满足《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2001)中的新建燃气锅炉的排放标准。具体排放指标见图6。
作为微煤雾化技术应用的煤粉燃烧器加温系统和现场煤制气骨料加温系统的生产成本基本相同,每吨沥青混合料的燃料成本均在10元以内,但从结构上比较,现场煤转气骨料加温系统结构较复杂,温度调节反应速度稍慢;从现场实测的尾气排放检测数据看,现场煤转气骨料加温系统比煤粉燃烧器骨料加温系统要好一些。环保部门的现场检测结果如表5所示。
两种加温系统尾气排放的二氧化硫指标均能满足新建燃气锅炉的排放标准;煤粉燃烧器系统尾气中的氮氧化物含量明显高于煤转气加温系统,且高于新建燃煤锅炉的排放标准;现场实测的颗粒物含量取决于测试时沥青拌和站的除尘情况,与骨料加温系统的燃料选择无太大关联。
煤粉燃烧器骨料加温系统的尾气排放中氮氧化物含量虽然能够满足现行工业锅炉的排放标准,但与即将实施的新标准还有一定差距,应继续采取措施降低尾气中氮氧化物的含量。由于煤粉燃烧器没有脱硝设备,只能采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。煤粉燃烧器采用的煤粉是挥发性较高的褐煤,燃料型NOx含量较多,快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应而生成的,但燃料中的氮并非全部转变为NOx,其中存在一个转换率,而降低这个转换率,就可以控制NOx排放总量,可采取的措施有以下几种。
(1)选取最合理的空气系数,尽量降低煤粉燃烧的过量空气系数。
(2)进一步改善煤粉雾化及燃烧过程,正确组织空气分级燃烧过程,切实实现燃料分级燃烧。具体做法是:将主要燃料送入第一级燃烧区,称为一次燃料,在α>1的条件下,燃烧并生成NOx;其余15%~20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区,在α<1的条件下形成很强的还原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区(再燃区)内被还原成氮分子,送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料;在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原,还抑制了新NOx的生成,可使NOx的排放浓度进一步降低。
4 结语
综上所述,现场煤转气骨料加温系统和煤粉燃烧器骨料加温系统均能大幅度降低沥青混合料生产的燃料成本,煤粉燃烧器系统主要优势是结构简单、温度调节反应灵敏,缺陷是需采取措施降低尾气中的氮氧化物含量;现场煤转气系统的尾气排放能够满足排放要求,但是控制程序较复杂,温度调节的反应速度与煤粉燃烧器系统和天然气燃烧器相比稍慢,需进一步采取措施提高温度调节的反应速度,简化控制程序。
参考文献:
[1] 马兆芳,徐厚斌,单颜闻,等.气流床气化技术的现状及对比[J].中氮肥,2005(6):7-11.
[2] 吴国祥.Shell粉煤气化工艺运行问题探讨及改进思路[J].广州化工,2010,38(8):254-256.
[3] 索传胜.改造NOx燃烧器降低烟气中氮氧化物含量的试验总结[J].中国机械,2014 (23):215-216.
[4] GB 13271—2014,锅炉大气污染物排放标准[S].
[5] 王振涛,董 星.煤粉燃烧器在沥青混合料搅拌设备上的应用[J].筑路机械与施工机械化,2007, 24(9):7-9.