氫氧機氫氧氣應用于鍋爐催化助燃的介紹

   一、背景

中小型燃煤及生物質鍋爐是我國除電站鍋爐外的主要用煤及生物質裝備，總數約50萬臺(2011年)，總容量達180萬蒸噸，年消耗煤炭約4億噸。在上述鍋爐中，容量在20T/H以下的約占80%，且絕大部分為鏈條爐排鍋爐。

  我國中小型燃煤工業鍋爐實際平均熱效率大多不超過60%，有些手燒爐甚至只有30%~40%，而發達國家的中小型燃煤鍋爐的運行效率一般接近80%。另外，我國中小型燃煤工業鍋爐普遍環保措施簡陋，粉（煙）塵、SO?及NO不能達標排放，區域性煤煙污染十分嚴重。

  近年來，隨著我國經濟的飛速發展，能源消耗顯著擴大，環境污染日益嚴重。而國家對節能環保的高度重視，政府對污染排放的嚴格管控，各工業鍋爐的技術改造已成為亟待解決的問題。鏈條鍋爐增加復合燃燒技術為我國十大重點節能工程之一，已列為中華人民共和國第十一五規劃綱要。

  我公司自主研發的氫氧能源機，用于鏈條鍋爐復合燃燒高效節能裝置，是我國目前將鏈條鍋爐煤層層燃和氫氧燃氣助燃兩種不同的燃燒方式有機結合的最佳應用配置系統。整個節能裝置全部實現全自動化變頻控制，節能效果更加突出。該節能系統裝置包括氫氧氣制造系統、氫氧氣輸送系統、定量給風系統、控制系統及燃燒調整系統等。改進了傳統鏈條鍋爐的燃燒方式，克服了傳統鏈條鍋爐熱效率低、燃盡率低的缺點。

  鏈條爐排鍋爐采用氫氧氣復合燃燒，是在鏈條鍋爐的爐側或爐前，配置一套送氣系統，經輸送氫氧氣管道和風道、出氣口，送入爐內燃燒。實現了鍋爐燃燒過程中低排放和節能，是目前國內首創的節能環保裝置，技術屬國內領先水平。

 氫氧能源機技術成熟，產品定型，該裝置應用于鍋爐改造后，可以較大程度的節約企業的生產成本，增加企業效益，提高企業的市場競爭力，并能有效降低廢氣排放，創造社會價值，對我國的節能減排、降耗增效起到巨大地推動作用。

 氫氧氣助燃裝置可應用于各種燃煤、生物質鏈條鍋爐，改造后，節能效果十分顯著，連續運行三至四個月即可收回全部投資。該技術性能安全可靠，能充分發揮煤炭燃燒的自身潛能，根據不同爐型能可提高10%-25%熱效率，氫氧氣燃盡率100%，催化燃燒節能率5%以上，是鏈條鍋爐的一次技術革命。

 從2017年起我們就對幾十臺鍋爐設備進行了助燃改造,改造后減排效果顯著，社會效益明顯；節能效果受到用戶好評肯定。鍋爐數據變化明顯，火焰由橘紅色，變為黃白色；鍋爐爐溫上升；爐灰和煙氣煙塵減少。

            二、關鍵技術

  1、原理概述

在不改變鍋爐的任何結構和原鍋爐特性的情況下，通過管道與適量的氫氧氣混合噴入到爐膛內懸浮復合燃燒。鏈條鍋爐燃煤燃燒與燃氣氫氧氣催化燃燒優勢互補有機結合在一起。這種復合燃燒方式既保留了鏈條爐負荷，又達到了負荷調節方便的目的。

  2、燃燒工況

  2.1氫氧氣進入爐膛復合催化燃燒后，爐膛溫度會提升50~100度。

  2.2爐膛溫度升高后，爐排給煤速度減緩10-30%，煤層厚度減薄10-30%左右（按鍋爐實際運行狀況調整）。

  2.3復合燃燒后高溫區向上移動到達受熱密集區，增強受熱面的受熱強度，提高熱交換效率；同時產生一定量的水蒸汽，水蒸氣的比熱容較大，可以增大爐膛內氣體的熱容量，減小煙氣溫度，抑制煙氣中NO化合物的生成，捕獲一定量的SO?減輕后部煙氣脫硫脫硝的壓力，延長鍋爐及其輔件的使用壽命。

 2.4燃燒器為保證燃燒充分，必須有充足的補風量，即采用較大的過?？諝庀禂?；但增大過?？諝庀禂?，將使燃燒后煙氣量及排煙熱損失增加，影響燃燒效率。實際工程應用中，在保證燃燒完全的條件下，盡可能采用較低的過?？諝庀禂?，一般燃燒器控制在1.2～1.3。氫氧氣復合燃料燃燒器的過剩空氣系數＝1.01，已經優于氣體燃料燃燒器的理想水平，十分接近過?？諝庀禂档睦硐胫担?。極小的空氣過剩系數大大減少了爐內過?？諝獾募訜釤釗p失，且大幅度減少了煙氣的排放量。臨界工況開氫氧氣，待燃燒穩定、排放達標，氧氣含量由3％～5％降低為0.2～ 0.4，從側面反映了極低的過?？諝庀禂迪碌姆€定燃燒。

 爐膛溫度上升后，配合鍋爐鼓、引風機變頻調節和給煤量就能得到最佳的燃燒效果。既可保證燃燒，又可節電。

 3、節能體現

 3.1爐膛溫度上升，加快了燃料熱分解的速度，同時，爐排給煤速度減緩，煤層減薄后，爐排上的煤延長了燃燒時間，煤層通風系數增大，煤渣含碳量大大降低，因而達到節能的目的。

 3.2高溫向上移動聚集增大了受熱強度，水蒸氣增加増大了爐膛內的熱容量，鍋爐受熱面熱交換率上升，對鍋爐出力起到決定性作用。

 3.3爐膛溫度上升后，鼓風、引風調小達到動態平衡，即冷風進入爐膛減少，減少了將冷空氣加熱的熱損失，又使引風帶走的熱量減少，從而達到減少熱損失，節能高效的最終目的；

 3.4煤種適應性強，褐煤等低熱值煤都能充分燃燒。

 3.5氫氧氣加入爐膛后，3-5日后爐溫不再升高，將恒定在一定的范圍內，7-15日爐膛及鍋爐受熱面的灰垢、膠狀物開始逐步脫落，產氣量、鍋爐出力進一步提高。

 4、節煤原理

  鏈條鍋爐的燃燒過程首先是預熱、脫氣、分解，然后進行燃燒，煤燃燒一般伴有水分，脫氣分解的過程長，過?？諝舛啵瑺t溫低，造成煤中脫氣不能正常燃燒以煙的形式排放。氫氧能源機通過電解方式提取水中氫氧原子，形成氫氧混合氣流，經由鍋爐二次風管道輸入鍋爐爐膛內，待氫氧氣進入爐膛燃燒室后點火引燃，運用氫氧催化原理（在高溫燃燒過程中可產生O、H和OH等活性原子，一方面可促進煙氣中中長碳氫鏈的高溫裂解，使氧化反應的速度加快）、富氧燃燒原理（碳核也是由長碳氫鏈或者超長碳氫鏈構成，O、H和OH等活性原子也能加速其裂解，二次復燃減少碳核粉塵的排放）,將氫氧氣與空氣混合，燃燒時間短且完全，能使熱量全部釋放。

氫氣燃燒屬于典型的鏈鎖反應過程，當形成一個分子的水時，就得到2個新的中間活性物H,OH.

O?+2H?_H?O+H+OH

同樣一氧化碳的氧化反應（燃燒）是“復雜鏈鎖反應”：

H+ O?__O+CO- C O?

            __OH+CO_ C O?+H

一氧化碳與空氣混合物的燃燒速度很小，在有含氫物質存在時，燃燒速度就會顯著提高。當把除掉水分和氫的（干燥）一氧化碳和氧接觸，則在700℃以下是不會起反應的。一氧化碳的氧化鏈鎖反應成立的條件是必須有H和OH等原子（團）組成的活化中心參與反應，由于OH+CO__C O?+H反應不斷產生新的H,一旦反應啟動，就會循環下去，即使停止送入氫氧氣，反應還會維持，氫“參加了反應但最終回到原態”。H?及其燃燒產物H?O對爆燃和火焰的輻射也有很強烈的影響。由于氫對燃燒中間產物氧化反應的鏈鎖推進，提高了CO,烴類等的氧化反應速度，可以在保持燃燒性能的前提下，大幅度降低空氣過量系數，從而減少排煙熱損失，提高燃燒系統的熱效率。

  5、節能效果

  在相同煤質條件下                           

    全水分：         Mt≤10%

    低位發熱量：      Qad≥5000Kcal/kg

    揮發分：         Vad≥20%

    灰分：          Aad≤15%

    顆粒度：         ≤10mm

 我國目前在用的老式鏈條鍋爐燃燒效率僅有75%-80%，其鍋爐熱效率僅有60%-75%，每噸蒸汽燃料費用達150元以上，而煤粉鍋爐燃燒效率高達98%，熱效率高達85%，對比煤炭資源浪費大。加入氫氧氣催化燃燒，如按復燃比例50%計算，鍋爐熱效率可提高（98-80）*50%+（85-75）*50%=14%以上，即節煤率可以達到14%以上。

     單臺10噸鍋爐效益分析

每天耗煤量約       30噸

每天工作時間       24小時

年工作天數       330天

運行情況        連續

煤價          900元/噸

電價          0.74元/度

①.10噸鍋爐年平均耗煤量：30T * 330天 = 9900T

② . 10噸鍋爐年平均耗煤款：9900T * 900元 = 891萬元

③.按節煤率14%計算：     

日節煤量：  30T * 14% = 4.2T

年節煤量：  4.2T * 330天 = 1386T

年節煤款：  1386T * 900元 = 124.74萬元

  ④.運行成本及節能計算：

CPHO—10000型氫氧機一臺功率為38KW,按實際電價0.74元/度計算。

   節能設備年耗電：                         

  38* 24 * 330 = 300960度

   節能設備年耗電款：

 300960 * 0.74 = 22.2710萬元

   年實際節能款：

 124.74萬元 - 22.2710萬元 = 102.469萬元

   ⑤.減排效果

   單臺10噸鍋爐按年節煤1386噸計：

  可減少CO?排放：1386 * 45% * 98% *（44/12）= 2241噸

   減少SO?排放：1386 * 1% * 80% *（64/32）= 22噸