能夠節(jié)煤和消煙的燃煤裝置
——CAO型燃煤裝置的消煙節(jié)能原理及應(yīng)用效果分析
賈河金
（太原工具廠研究所?太原?030009）
摘 要
介紹一種改變傳統(tǒng)加煤方法的燃煤裝置——CAO型消煙節(jié)能燃煤器。本裝置采用連續(xù)自動(dòng)地將煤由下向上送進(jìn)燃煤器，經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的燃燒達(dá)到節(jié)煤和排放達(dá)標(biāo)的雙重目標(biāo)。本文還列舉了生產(chǎn)實(shí)例說(shuō)明其具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
關(guān)鍵詞：下加煤、燃煤器、節(jié)煤、環(huán)保、生產(chǎn)實(shí)例
一、概述
CAO型消煙節(jié)能燃煤機(jī)是由太原科迪環(huán)保設(shè)備技術(shù)有限公司自行研究開(kāi)發(fā)的一種新型燃煤裝置，該裝置改變了傳統(tǒng)的加煤方式，采用連續(xù)自動(dòng)下加煤的方法把煤送進(jìn)一個(gè)特殊的燃煤器。使煤在由下向上逐漸進(jìn)入爐膛的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)予熱、干燥、干餾、揮發(fā)分燃燒、固定炭燃燒及灰熔融等物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，使煤得到了充分完全的燃燒。采用這種燃燒方法不僅爐膛內(nèi)燃燒溫度高，節(jié)煤25~35%，而且排放的煙道氣林格曼黑度可達(dá)一級(jí)，粉塵含量也可達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
為了適應(yīng)不同用戶的要求，該裝置設(shè)置了自動(dòng)控制連續(xù)加煤和手動(dòng)加煤兩種加煤方式。它結(jié)構(gòu)緊湊改造施工方便造價(jià)較低，一般情況下經(jīng)過(guò)技術(shù)改造的窯爐投產(chǎn)后3~6個(gè)月即可用節(jié)煤費(fèi)收回技術(shù)改造的全部投資。這種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)，不僅節(jié)煤效果顯著而且能環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，被國(guó)家環(huán)保局認(rèn)定為《最佳實(shí)用技術(shù)推廣計(jì)劃項(xiàng)目》還頒發(fā)了《環(huán)境保護(hù)科技成果》證書(shū)，并獲得了國(guó)家專(zhuān)利。
二、原理
CAO型燃煤器是一個(gè)空心的圓盤(pán)鑄造件，下部是圓形進(jìn)煤孔，圓盤(pán)內(nèi)側(cè)有不同方向、不同高度、不同大小的空氣噴入孔。燃煤器的結(jié)構(gòu)和燃燒過(guò)程:煤由燃煤器中間的圓孔自下而上地推進(jìn)爐內(nèi)進(jìn)入A區(qū)，由于鑄鐵爐盤(pán)的導(dǎo)熱和上部燃燒層的輻射熱，水分開(kāi)始蒸發(fā)。煤被推向B區(qū)時(shí)，隨著溫度的升高，煙煤有機(jī)質(zhì)開(kāi)始分解，揮發(fā)分大量逸出，由于B區(qū)已有空氣吹進(jìn)，揮發(fā)分隨時(shí)被空氣帶到上部高溫區(qū)燃燒，這時(shí)只剩下固定炭和灰分被推進(jìn)C區(qū)。C區(qū)是空氣集中溫度較高的固定炭燃燒區(qū)，配有一定數(shù)量和方向的二次空氣，以確保固定炭充分燃燒，且使煤中不可燃組分在高溫下燒成熔融態(tài)的爐渣，被下面炭層推向爐盤(pán)最上層的D區(qū)。隨著燃燒過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，下面炭層不斷上推，這些熔態(tài)爐渣在E區(qū)散去熱量成為固體，由人工定期勾出。
爐膛內(nèi)溫度最高的部位是燃燒著的炭層表面。細(xì)煤粉燃燒后的小灰粒及未燃燒的細(xì)煤末在隨氣流穿過(guò)煤層到達(dá)表層高溫區(qū)時(shí)，隨即被高溫的熔融態(tài)爐渣所粘附，而不被煙道氣帶入大氣，從而起到了燃燒過(guò)程自身除塵作用。由于采用了爐下連續(xù)封閉加煤，用不著經(jīng)常打開(kāi)爐門(mén)，避免了向爐膛直接加進(jìn)冷煤并帶進(jìn)大量冷空氣而引起的爐膛溫度波動(dòng)，爐膛內(nèi)始終保持著高溫下的平穩(wěn)。
整個(gè)燃燒過(guò)程加煤是均勻的、連續(xù)的，自下而上的。煤層被逐漸加熱、干餾、燃燒成為灰燼。進(jìn)入煤層的空氣是按一定的比例和方向均勻的向爐膛內(nèi)噴入。干餾出的揮發(fā)分及煤中的水分與高溫層反應(yīng)生成的煤氣被爐盤(pán)上部噴出的二次空氣所燃燒。故此不僅可使燃燒組分得到了有效利用，提高了爐膛溫度，而且揮發(fā)分中一切有害氣體經(jīng)過(guò)充分燃燒不再有黑煙外排，成功地實(shí)現(xiàn)了連續(xù)上燃式層狀燃燒。[1]
三、效果
近年來(lái)由于國(guó)家對(duì)節(jié)能和環(huán)保工作的重視，該裝置在一些高能耗，高污染的中小企業(yè)得到了成功應(yīng)用獲得了良好的效果。
太原某工具廠對(duì)該廠一臺(tái)鍛造爐和三臺(tái)悶罐式退火爐進(jìn)行了技術(shù)改造，從96年改造后使用至今滿足了生產(chǎn)工藝要求的溫度，節(jié)能和環(huán)保方面也收到了明顯的效果。太原市環(huán)保局為此召開(kāi)了現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，其改造前后的對(duì)比情況如表1[2]。
表1 鍛造爐，悶罐式退火爐改造效果表
項(xiàng)目 名稱 價(jià)格元/噸 加熱1噸鋼坯成本 環(huán)保指標(biāo) 節(jié)煤率
用煤量，T 成本，元 林格曼黑度 粉塵，mg/m3
鍛造爐 改造前 大同塊煤 220 3 660 超標(biāo) 3345 0
改造后 山西瘦煤 120 2.1 252 ＜1級(jí) 76 30%
退火爐 改造前 大同塊煤 220 2.2 484 超標(biāo) 3552 0
改造后 山西瘦煤 120 1.4 168 ＜1級(jí) 85 36%
太原某金屬制品廠鋼筋撥絲退火爐，將原有的三個(gè)爐口全部進(jìn)行改造并將原來(lái)的加熱鋼絲數(shù)量由8根擴(kuò)大為16根，投產(chǎn)后效果很好。詳情如表2。[3]
表2 鋼筋拔絲退火爐改造效果表
項(xiàng)目名稱 加熱室
溫度℃ 加熱線
溫度℃ 加熱數(shù)量根 生產(chǎn)能力
噸/年 燒煤量
噸/天 耗煤量
噸/噸 節(jié)煤率% 環(huán)保指標(biāo)
粉塵濃度mg/m3 林格曼黑度
改造前 800~1160 900~940 8 1200 1.83 0.549 0 超標(biāo) 超標(biāo)
改造后 800~1160 900~940 16 2500 1.6 0.24 56% 145.21 一級(jí)
由太原環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院和太原煤炭氣化總公司科協(xié)合作采用該技術(shù)，針對(duì)耐火磚行業(yè)的爐窯，對(duì)太原某耐火磚廠的耐火磚倒焰窯的六個(gè)火口進(jìn)行了技術(shù)改造收到了較好的效果，得到了山西省科委的重視和支持，組織專(zhuān)家對(duì)此進(jìn)行了認(rèn)真的評(píng)議并通過(guò)了山西省科委的技術(shù)鑒定。改造的效果如表3[4]。
表3 耐火磚倒焰窯技術(shù)改造效果表
項(xiàng)目 工 藝 環(huán) 保
爐溫（℃） 耗煤量（T/窯） 耗電量（KWh/窯） 燒制用時(shí)（h/窯） 用工
（人/窯） 成品率（%） 窯利用率（次/年） 煙塵濃度（mg/Nm3） 林格曼黑度（級(jí)）
原狀 1350 28 0 108-116 1 90% 40-42 1039.71 5
改造后 1350 20.5 586.5 82 2 90% 46-48 113.28 1
對(duì)比 相同 -23.08% +586.5 -(16-24) +6 相同 +（7-8） 達(dá)標(biāo) 達(dá)標(biāo)
今年5月對(duì)山西省某金屬鎂廠的鎂合金爐進(jìn)行了技術(shù)改造，不僅縮短了每鍋鎂合金的熔煉時(shí)間提高了生產(chǎn)率，與原來(lái)相比節(jié)煤率高達(dá)49%。每臺(tái)爐全年可節(jié)煤410噸，以每噸煤260元計(jì)算可節(jié)約資金10.7萬(wàn)元。由于效果顯著該廠已將現(xiàn)有的19臺(tái)精煉爐和鎂合金爐全部改造完畢。改造效果如表4。[5]
表4 鎂合金爐技術(shù)改造效果表
項(xiàng)目 每鍋時(shí)間（小時(shí)） 每鍋耗煤（kg） 日產(chǎn)鎂合金（噸） 噸鎂合金耗煤（kg） 節(jié)煤率% 環(huán)保效果
（目測(cè)）
改造前 10.8 585 2.05 650 加煤冒黑煙
改造后 6 300 3.6 330 49 加煤不冒煙
由于該裝置投資小回收資金快又有很好的節(jié)煤和環(huán)保效果受到廣大用戶的歡迎。我公司先后在山西、北京、內(nèi)蒙、河北、湖南、湖北、遼寧、重慶等地五十余家工廠使用。例如湖北省黃石市某鑄軋廠用4套本裝置取代了原有一套龐大的煤氣發(fā)生爐裝置節(jié)省了大量的水、煤、電費(fèi)用和設(shè)備維修費(fèi)，大幅度地降低了生產(chǎn)成本。近來(lái)，山西某金屬鎂廠采用本裝置對(duì)金屬鎂還原爐進(jìn)行了技術(shù)改造，把傳統(tǒng)的每臺(tái)爐4個(gè)火口改為兩個(gè)火口，不僅滿足了生產(chǎn)工藝要求的溫度簡(jiǎn)化了施工，每臺(tái)爐每天節(jié)煤1~1.5噸。
四、前景
我國(guó)煤炭產(chǎn)量居世界之首，全國(guó)約70%的能源來(lái)于煤炭，其中電力、機(jī)械、冶金、化工、建材、耐火材料及輕工陶瓷等行業(yè)是用煤大戶。基于這一能源結(jié)構(gòu)決定了我國(guó)的大氣污染主要是煤煙型污染，它嚴(yán)重的影響著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的身心健康。
煤煙型大氣污染主要來(lái)自工業(yè)爐窯和工業(yè)鍋爐，特別是中小型企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的爐蓖子上加煤燃燒方法是一種簡(jiǎn)捷通用的燒煤方法，所以這種浪費(fèi)能源嚴(yán)重污染的燒煤方法比比皆是。[6]
在當(dāng)前我國(guó)能源緊缺，倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會(huì)大力開(kāi)展節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境構(gòu)建文明社會(huì)的形勢(shì)下，采用消煙節(jié)能燃煤裝置或利用其科學(xué)的燃煤機(jī)理對(duì)現(xiàn)有的窯爐及其他直接燒煤的設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造是十分必要的，它必將取得十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對(duì)我國(guó)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)創(chuàng)建文明的生存環(huán)境有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。
參 考 資 料
[1] 曹玉登。介紹一種工業(yè)窯爐改造的新方法，—CAO型燃煤器，《煤炭科學(xué)技術(shù)》1996（6）16。
[2] 閆光成等。應(yīng)用CAO型消煙節(jié)能燃煤裝置對(duì)鍛造爐和退火爐進(jìn)行改造《節(jié)能與環(huán)�！�2005（2）44。
[3] 郜書(shū)靈等。應(yīng)用CAO型燃煤器改造退火爐的實(shí)踐與分析《山西能源與節(jié)能》1998（2）30。
[4] 張秀梅等。倒焰窯治理的實(shí)踐與分析《環(huán)境工程》2000（4）35。
[5] 賈河金。采用節(jié)能燃煤器對(duì)鎂合金爐進(jìn)行改造的試驗(yàn)報(bào)告2005.5.4~5.7。
[6] 傅志華等。燃煤倒焰窯的消煙研究《工業(yè)爐》1996（2）13。
第一作者介紹：曹玉登1938年出生，畢業(yè)于太原業(yè)余化工學(xué)院，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事化工，煤化工的管理與科研工作。研究開(kāi)發(fā)的CAO型消煙節(jié)能燃煤器消煙節(jié)煤效果顯著，獲國(guó)家環(huán)保局科技成果證書(shū)，最佳實(shí)用技術(shù)推廣計(jì)劃項(xiàng)目并獲國(guó)家專(zhuān)利。著有：《小焦?fàn)t煉焦》、《煤制活性炭及污染防治》等專(zhuān)著并在國(guó)家級(jí)刊物發(fā)表多篇論文。 |
