專利及獲獎證書

未來節(jié)能環(huán)保鍋爐的發(fā)展方向 ：

——簡述排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)在燃煤鍋爐中應(yīng)用

北京清燃環(huán)�？萍加邢挢�(zé)任公司  李樹藩

一、將清潔燃燒技術(shù)轉(zhuǎn)向燃煤

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，人民生活提高，能源消費的日益增加，  目前我國高能耗，高排污的能源消費的嚴酷現(xiàn)實使城市大氣質(zhì)量惡化，各大城市應(yīng)對燃煤鍋爐嚴重的排煙污染而推行“煤改氣工程”，使中低層城市居民和，中小型企業(yè)付出了難以承受的高額燃氣費用，由于我國天燃氣短缺，繼續(xù)大量取消燃煤，必然要進——步推行：煤改油”，又需多進口大量石油，必然要付出更高的經(jīng)濟代價，若不推行“煤改氣或煤改油”，根據(jù)我國現(xiàn)有燃煤鍋爐嚴重污染的技術(shù)狀況，將導(dǎo)致城市大氣質(zhì)量日趨惡化，這是我國當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展中，特別是人中城市發(fā)展日益尖銳難以克服的矛盾。我國是自有煤炭資源豐富的燃煤大國，實現(xiàn)煤炭節(jié)能清潔燃燒，對我國經(jīng)濟司持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，排煙回流燃燒技術(shù)早在十多年前是在燃氣爐中研制成功的(有專利可證實)，我們未投入“身在燃煤大國而迎合煤改氣”中研發(fā)燃氣鍋爐獲利的大潮，毅然轉(zhuǎn)向不被重視，費大力而無大利的煤炭節(jié)能清潔燃燒技術(shù)研發(fā)，用誠實的科學(xué)伺出，換取了煤炭節(jié)能清潔燃燒具有開創(chuàng)性的技術(shù)成果。

二、創(chuàng)新概要

A排煙回流燃燒技術(shù)

排煙回流燃燒技術(shù)在燃煤鍋爐中應(yīng)用，是在創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的燃煤鍋爐的封頂和四周封閉的燃煤層上部火焰燃燒室邊緣具有冷熱面的向下“排煙分離兇流煙道”內(nèi)形成的冷熱溫度場中由排炯對流平衡，使煙中較輕熱容量大的“末完全燃燃燒燃物”沿?zé)釥t壁匯合該煙道下門上升的空氣，在燃煤爐膛燃燒熱動力作用卜，通過該“煙道”內(nèi)的燃煤層下部爐壁所開“回流孔”，穿過爐膛燃煤氧化層，回流循環(huán)燃燒而使可燃物不排出爐外：同時，在該“煙道”的水套冷面被冷凝排煙中較重的不可燃的惰性質(zhì)不斷下排，見圖1。

圖1排煙回流燃煤鍋爐原理圖

      B離心分離燃燒技術(shù)

離心分離燃燒技術(shù)是在封頂和四周封閉的火焰燃燒室建立旋轉(zhuǎn)燃燒火焰，旋轉(zhuǎn)離心分離燃燒產(chǎn)生較重的“不可燃的惰性質(zhì)”，以旋轉(zhuǎn)切線速度沖刷爐膛受熱面，被迅速冷卻及時從切線邊緣的向下排煙道，不斷下排，同時將輕而熱容量大的可燃物，被離心分離在旋轉(zhuǎn)火焰的低速低壓旋渦中心區(qū)與供風(fēng)旋轉(zhuǎn)混合燃燒，從而達到較輕的司燃物不排除旋轉(zhuǎn)火焰，而在火焰中心區(qū)燃盡，見圖2。

 

圖2離心分離鍋爐原理國

排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)在最難采用清潔燃燒的小型燃煤鍋爐中應(yīng)用，能全過程消除燃煤鍋爐的“可見排煙”，經(jīng)北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心檢測，離心分離尤煙鍋爐折算煙塵排放濃度為33mg／m3顯著低于現(xiàn)行北京50 mg／m3要求鍋爐排放標準，折算二氧化硫S02排放濃度111mg／m3低于北京現(xiàn)行對鍋爐排放小于150mg／m3的標準，經(jīng)北京節(jié)能環(huán)保服務(wù)小心檢測，排煙回流無煙鍋爐，折算氮氧化物NOx排放濃度為66mg／m3遠遠低于北京肘鍋爐氮氧化物NO。小于300 mg／m3的要求排放標準(由于采用國家規(guī)定標準按常規(guī)鍋爐方法檢測，尚未達到本鍋爐創(chuàng)新運行的實際應(yīng)用指標)。

三、攻難關(guān)與跨越式進步

l、鍋爐可視為密封容器中燃燒

從圖1和圖2實現(xiàn)排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)展示。

鍋爐運行可視為在上封頂和四周封閉的密封容器十燃燒，創(chuàng)新是其下開口采用輸入燃料和空氣及輸出較純凈的不可燃的惰性質(zhì)的特殊‘動態(tài)’密封，實現(xiàn)可燃物的基本不排山鍋爐。鍋爐取消煙筒，是業(yè)內(nèi)學(xué)術(shù)界難以接受的敏感話題，就上述排煙回流和離心分離技術(shù)在燃燒受熱，司燃物與惰性質(zhì)分離過程，必須維持鍋爐內(nèi)壓力平衡，煙筒吸力受“熱輸出”及環(huán)境大氣影響而變化，是影響木鍋爐下衡燃燒不穩(wěn)定因素，其二取消煙筒關(guān)鍵條件是：排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)已將鍋爐排放污染減小到鍋爐無炯筒排放對低空地面的污染使人能夠承受的地步。

2、可燃物不排出鍋爐

在封頂和四周封閉的排煙回流鍋爐下開口的水套下部低點入冷水(自來水)，在其上頂高點排熱水，并在此入，排水及鍋爐燃燒排煙和環(huán)境大氣能對流平衡的條件下，上述水套內(nèi)壁受熱面上就形成自上而下水平遞減的等溫線(見圖3)。

 

圖3排煙回流受熱面等溫線分布圍

顯而易見，在上頂和四周封閉的排煙回流鍋爐的內(nèi)壁受熱面上，鍋爐排煙被冷卻密度增大，體積縮小沿爐壁面下沉，又受不斷從上向下補充排煙流推動加速，在受熱而逐漸冷凝成重炳，緊貼受熱而下排，消除了受熱面冷氣滯留，使受熱面換熱效率空前提高，從圖]的受熱而上，自上而    下水平遞減的溫度場內(nèi)，重?zé)?冷煙)下沉排放，必須使排煙被冷卻到水套下口的受熱畫最低冷卻溫度(密度)時，才能從排煙回流鍋爐的下口排出，從而消除丁鍋爐向上排煙，熱煙穿膛而過的短路排放，排煙熱損失難以消除的弊病。在上述自上而下水平遞減的等溫線受熱面覆罩的排煙回流鍋爐內(nèi)，排煙中末完全燃燒可燃物，如較輕的一氧化炭CO、氧H2、硫S及可燃炭氫化合物CHx不可能“輕氣下流”而上浮在封頂和叫周封閉的鍋爐內(nèi)，這就為鍋爐分離出排煙中可燃物回流補充供氧，將可燃物燃盡提供了可靠屏障。

排煙回流燃燒技術(shù)率先解決燃煤鍋爐在割火壓火期間，由缺氧燃燒而產(chǎn)生——氧化炭匯合空氣回流微循環(huán)燃燒而刁；排出爐外，同時已成功投入市場燃優(yōu)質(zhì)無煙煤的排煙回流無煙鍋爐，能達到優(yōu)于現(xiàn)有常規(guī)燃油鍋爐的環(huán)保排放指標。

3、實現(xiàn)鍋爐低溫排放

排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)的基本原理是建立在分離出燃燒產(chǎn)物中的重質(zhì)部  分即不可燃物向上排出，從原理上排出燃燒產(chǎn)物溫度低，密度大，比重大而有利于下排，因此適用鍋爐排煙溫度無限低的范圍。

4、旋轉(zhuǎn)火焰離心消煙受熱除塵

離心分離技術(shù)應(yīng)用分離固體和液體早己被人類成功利用，用旋轉(zhuǎn)燃燒火焰離心分離可燃物與不可燃的惰性質(zhì)是一個未曾探索的奧秘(見查新報告)，在人類征服鍋爐煙塵危害的進程中，在鍋爐燃燒室內(nèi)，旋轉(zhuǎn)供風(fēng)主要用于攪動煙塵與空氣混合有利于完全燃燒，其末取得開創(chuàng)性突破重要原因是沒有擺脫燃燒室小煙筒的向上吸和引風(fēng)送風(fēng)造成燃燒產(chǎn)物形成的全部穿膛而過的排煙受熱方式，因可燃物較輕，其熱容量大而不易被冷卻收縮(相比隋性質(zhì))及易飄浮移動，用—亡述傳統(tǒng)的煙筒上吸和引風(fēng)送風(fēng)排煙受熱方式，只能使“司燃物輕者先排”造成難以消除的可燃能源浪費和嚴重的大氣污染，離心分離燃燒技術(shù)應(yīng)用成功的關(guān)鍵在于采用旋轉(zhuǎn)燃燒火焰切線邊緣所開"向下排煙道”和采用防止旋轉(zhuǎn)火焰直接鉆入向下排道口裝“導(dǎo)流裝置”，使旋轉(zhuǎn)燃燒火焰離心分離在切線邊緣較重的惰性質(zhì)以質(zhì)量最重和最高的切線速度沖刷爐膛受熱面被迅速冷卻及時下排，創(chuàng)造了火焰消塵受熱的最佳條件。

5、鍋爐結(jié)構(gòu)簡化到接近極限

    由于燃燒排煙受熱方式的根本變革，使排煙回流和離心分離無煙鍋爐突出創(chuàng)新是在不增加任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)和無需使用任何新材料，而是采用常規(guī)鍋爐的主要部什進行簡化科學(xué)重組，用于受熱的水管，煙火管和吸熱片等復(fù)雜結(jié)構(gòu)在此鍋爐爐膛中必然阻擋換熱火焰和氣流的流速，將該鍋爐主體已成功簡化到山—個封頂?shù)腻佂埠鸵粋�半園孤水套組成，正在小批量生產(chǎn)的離心分離無煙鍋爐L—1—40輸出40.46KW,高度800mm，煙筒高為2米。<見監(jiān)測報告)。山于采用旋轉(zhuǎn)燃燒火焰直接沖刷爐膛受熱面，被迅速冷卻下排，將常規(guī)鍋爐的爐膛幅射受熱與強火焰高速環(huán)流(近似對流受熱但比對流受熱強度大得多)沖刷受熱為一體，提高丁受熱面的受熱效率，同樣熱輸出，鍋力：，高度，縮小了一半，體積至少減少了1／3，山于結(jié)構(gòu)簡化，使鍋爐在可靠、成熟和運行穩(wěn)定性，都優(yōu)于常規(guī)鍋爐，并使制造成本至少降低1／3以上。

6、優(yōu)勢丌樸實現(xiàn)燃煤鍋爐運行全過程無煙清潔燃燒。

燃煤鍋爐在運行中為減少熱輸出或保存火源，必然要進行壓火、封火，利用排煙回流鍋爐能解決在封火壓火期間缺氧燃燒產(chǎn)生大量—氧化碳，在爐內(nèi)回流微循環(huán)燃燒而很少排出爐外，有效實現(xiàn)封火壓火運行期間燃煤鍋爐的節(jié)能清潔燃燒，當(dāng)鍋爐在額定輸出運行狀態(tài)時，加快燃料供給，人量揮發(fā)分生成，必須采用離心分離鍋爐運行方式，加大爐膛旋轉(zhuǎn)供風(fēng)的大燃燒量用快速離心分離排出惰性質(zhì)實現(xiàn)大功率輸出的無煙運行。因此只有用排煙回流和離心分離兩種燃燒技術(shù)優(yōu)勢互補整合才能實現(xiàn)燃煤鍋爐在壓火封火期間和額定正常運行全過程實現(xiàn)尤煙清潔節(jié)能燃燒。

四、艱難的歷程蘊育光明前景

旋轉(zhuǎn)火焰離心分離燃燒技術(shù)，能直接從“旋轉(zhuǎn)火焰”，中分離心不可燃的惰性質(zhì)，達到快捷純凈迅速被冷卻及時下排，少占鍋爐燃燒室空司，并能適用各種普通其他固體燃料，除脫硫外，不需加入任何添加劑。都能使燃煤鍋爐達到“無可見排煙”；其上述檢測主要環(huán)保排放指標已接近燃煤鍋爐排放的“最佳極限值”。

對排煙回流和離心分離燃燒技術(shù)的研究，目前還處于十分浮淺的階段，在推廣中配套技術(shù)的研究應(yīng)用和理論探索，將步入更加艱難的歷程．但已在排煙污染最嚴重的燃煤鍋爐中應(yīng)用，能實現(xiàn)“鍋爐在密封中燃燒”，基本消除了燃煤鍋爐的可燃排放污染。有效解決現(xiàn)有燃燒技術(shù)難以解決和不能解決的“鍋爐低溫排放”，“旋轉(zhuǎn)火焰離心除塵”，“火焰旋轉(zhuǎn)沖刷受熱”以及“鍋爐結(jié)構(gòu)簡化”等重大燃燒技術(shù)難題，已初步、顯示出令人難以置信的效果;為征服“長期困惑人類嚴重危害生存環(huán)境的燃燒排煙污染”帶來了空前光明和希望充分展示出未來節(jié)能環(huán)保鍋爐的發(fā)展方向。世界環(huán)保燃燒技術(shù)跟著我們離心分離燃燒技術(shù)走將被時間和未來歷史所證實。