杜旭昌

（山东省烟台市特种设备检验研究院，山东 烟台 261400）

根据相关规定，淘汰一段式煤气发生炉，改用二段式煤气发生炉。但存在占据空间、需要净化、浪费热量等缺点，本文采用已除去挥发分的兰炭作气化原料，对其机理进行了浅析和探讨，并对该设计结构在环保、等方面的优势进行了分析。

1 锅炉用燃料介绍：机制兰炭（以下称兰炭）

（1）兰炭以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、低含灰份、低铝、低硫、低磷的特性，逐步取代冶金焦成为一种不可替代的炭素燃料。兰炭形状为块状，采用了先进的干馏焙烧工艺，其固定炭比土炼兰炭提高了5%～10%，灰分和挥发份降低了3%～5%，质量稳定，水分低，机械强度较土炼兰炭有明显的提高。

（2）兰炭成分及含量（如表1）。

表1

2 锅炉大致结构、烟气流程、燃烧和气化技术

（1）该锅炉由兰炭气化炉和锅炉两体结合在一起，形成产烧一体化。其烟气流程、燃烧过程为：兰炭与气化剂（空气、少量水）按比例在气化炉中产生温度较高的煤气（CO/CH4/H2/CO2），煤气在上部逐渐积聚、空间受限和气流扰动作用，向下沿气化炉最左侧折流快速进入薄兰炭层，经进一步加热，直接进入燃烧炉炉膛燃烧，产生大量热量被布置在炉膛内受热面水侧的给水吸收，产生蒸汽；炉膛内的煤气完全燃烧，在煤气850～1100℃燃烧的位置喷入尿素脱硝处理后烟气进入省煤器，再经脱硫设备脱硫后排入大气（如图1所示）。

由上所述，该锅炉的兰炭气化炉气化不同于一般一段和二段煤气炉气化。

兰炭气化炉气化结构、产气和烟气流程和脱硫、脱硝装置位置（如图1）。

图1

（2）锅炉气化炉兰炭气化机理。

兰炭中的碳分子气化燃烧技术：从碳分子层面对兰炭的气化、燃烧及其转化规律进行研究，采用了大界面薄料层氧化反应，耦合小截面厚料层还原反应的碳分子气化燃烧技术。

其机理：①采用水冷炉排固定床气化是借以用氧化层燃烧后余氧与氧化层产生的中二氧化碳替代水蒸汽作为气化剂，气化温度在氧化层可达到900～1100℃，将导入的煤气锅炉无氮热废气中的富余二氧化碳还原一氧化碳、废气中的高温水蒸汽与高温热碳继续中和、分解氢气和一氧化碳，使30%～60%煤气锅炉排出300～600℃无氮废气还原成一部分燃气，达到节省燃料、减少排碳目的。气化炉下部氧化层，气固反应物（兰炭与气化剂：空气、水分）之间的第一次直接接触，将兰碳中外水、内水和其中的极少量挥发分蒸出，由于采用大斜面低空间结构和兰炭薄料层，裸露的碳分子与氧气原子接触面积增大即氧化反应界面增大，在反应温度下，有序地加快了炉内氧化反应，反应层层推进，使兰炭的燃烧反应进行得完全充分，炉渣的含碳量大幅度降低。

大界面薄层料兰炭与氧气氧化过程：

②气化炉的上部还原层采用小截面高空间结构，氧化层产生的CO2气体通过气化炉上部小截面厚料兰炭层时，气固反应物（兰炭分子与CO2、兰炭分子与水分子）之间进行了第二次接触，进行了复杂的物理化学反应。由于采用小截面高空间结构，使燃料兰炭柱呈细高形状，延长了反应物之间的接触时间，即增加了反应物的还原时间。同时，提高了上升热流体的流速，加快了反应物之间的对流换热和传质效果，使还原阶段燃料柱的温度升高，同时，又快速补足了二氧化碳和水蒸汽的数量。这些因素就必然加快了还原反应的速度，使还原反应进行的既充分又完全。

小截面高空间厚料二氧化碳与兰炭、水蒸气与CO2、C还原耦合过程：

通过上述氧化和还原反应，完成了大界面薄料层氧化和小截面高空间厚料层还原耦合反应的兰碳分子气化整个过程。

煤气成分和体积百分比（如表2）。

表2

3 锅炉环保方面

（1）锅炉在燃烧区850～1000℃的温度范围内采用SNCR技术进行脱硝处理。（2）锅炉烟气进行布袋除尘后通过水喷淋设施除尘（兼做湿式脱硫），除尘效率达90%以上。（3）除尘后的烟气采用碱液中和技术进行脱硫处理。

该锅炉排烟检测结果（如图2）。

图2

4 锅炉气化、燃烧的主要技术优势

（1）采用低成本、机械性能高强度的兰炭气化的煤气，能够在缺氧条件下实现Ca/S（钙硫比)接近1的固硫设计，并且在烟气排除尾部装设了脱硫装置，降低了脱硫成本，达到环保标准；（2）低空气过量系数σ接近1的燃烧，减少了氮氧化物生成概率，并在煤气开始燃烧段进行了脱硝处理，大大减少排入大气中烟气的NOX的量，确保了锅炉的排烟中NOX的含量达标，资源消耗大幅度降低，并且在锅炉燃烧区；（3）燃气（油）锅炉都配有各种类型的燃烧机，与燃烧机相连的燃气管道、储罐一旦泄漏，造成环境污染，更重要的是易燃易爆，造成安全隐患。该锅炉无须燃烧机避免了以上环保、安全和热量浪费问题；（4）该锅炉产烧一体设计取消了气化炉尾部的净化工艺，大大降低了燃烧成本，防止了气体净化带来的二次污染，减少了热量损失。

上述锅炉烟气环保治理措施实现了“从源头、化学元素”方面防治污染，达到了环保、安全、节能的目的。