關(guān)于氫氧能源機(jī)機(jī)應(yīng)用于鍋爐助燃
的可行性及效益分析
一、背景
中小型燃煤及生物質(zhì)鍋爐是我國除電站鍋爐外的主要用煤及生物質(zhì)裝備，總數(shù)約50萬臺(2011年)，總?cè)萘窟_(dá)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(yè)鍋爐實(shí)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(fā)達(dá)國家的中小型燃煤鍋爐的運(yùn)行效率一般接近80%。另外，我國中小型燃煤工業(yè)鍋爐普遍環(huán)保措施簡陋，粉（煙）塵、SO?及NO不能達(dá)標(biāo)排放，區(qū)域性煤煙污染十分嚴(yán)重。
近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗顯著擴(kuò)大，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。而國家對節(jié)能環(huán)保的高度重視，有關(guān)部門對污染排放的嚴(yán)格管控，各工業(yè)鍋爐的技術(shù)改造已成為亟待解決的問題。鏈條鍋爐增加復(fù)合燃燒技術(shù)為我國重點(diǎn)節(jié)能工程之一，已列為中華人民共和國第十一五規(guī)劃綱要。
我公司自主研發(fā)的氫氧能源機(jī)，用于鏈條鍋爐復(fù)合燃燒高效節(jié)能裝置，是我國目前將鏈條鍋爐煤層層燃和氫氧燃?xì)庵純煞N不同的燃燒方式有機(jī)結(jié)合的zuijia應(yīng)用配置系統(tǒng)。整個節(jié)能裝置全部實(shí)現(xiàn)全自動化變頻控制，節(jié)能效果更加突出。該節(jié)能系統(tǒng)裝置包括氫氧氣制造系統(tǒng)、氫氧氣輸送系統(tǒng)、定量給風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及燃燒調(diào)整系統(tǒng)等。改進(jìn)了傳統(tǒng)鏈條鍋爐的燃燒方式，克服了傳統(tǒng)鏈條鍋爐熱效率低、燃盡率低的缺點(diǎn)。
鏈條爐排鍋爐采用氫氧氣復(fù)合燃燒，是在鏈條鍋爐的爐側(cè)或爐前，配置一套送氣系統(tǒng)，經(jīng)輸送氫氧氣管道和風(fēng)道、出氣口，送入爐內(nèi)燃燒。實(shí)現(xiàn)了鍋爐燃燒過程中低排放和節(jié)能，是目前國內(nèi)*的節(jié)能環(huán)保裝置，技術(shù)屬國內(nèi)*水平。
氫氧能源機(jī)技術(shù)成熟，產(chǎn)品定型，該裝置應(yīng)用于鍋爐改造后，可以較大程度的節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益，提高企業(yè)的市場競爭力，并能有效降低廢氣排放，創(chuàng)造社會價值，對我國的節(jié)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(yīng)用于各種燃煤鏈條鍋爐，改造后，節(jié)能效果十分顯著，連續(xù)運(yùn)行三至四個月即可收回全部投資。該技術(shù)性能安全可靠，能充分發(fā)揮煤炭燃燒的自身潛能，根據(jù)不同爐型能可提高10%-25%熱效率，氫氧氣燃盡率*，催化燃燒節(jié)能率5%以上，是鏈條鍋爐的一次技術(shù)革命。
中山萬昇鍋爐設(shè)備有限公司專業(yè)從事鍋爐及鍋爐配套設(shè)備提供，對鍋爐修造、運(yùn)營管理經(jīng)驗(yàn)豐富。2016年從我公司引進(jìn)新型GTZR-MT氫氧能源機(jī)數(shù)臺，雙方在研發(fā)、制造、信息、自動化控制、操作、工藝和數(shù)據(jù)分析等形成*戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。
僅2017年我們就對多臺鍋爐設(shè)備進(jìn)行了助燃改造，如中山市樂娃娃食品有限公司、中山市森美家具有限公司等，改造后減排*，社會效益明顯；節(jié)能效果受到用戶好評肯定。鍋爐數(shù)據(jù)變化明顯，火焰由橘紅色，變?yōu)辄S白色；鍋爐爐溫上升；爐灰和煙氣煙塵減少。
二、關(guān)鍵技術(shù)
1、原理概述
在不改變鍋爐的任何結(jié)構(gòu)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(nèi)懸浮復(fù)合燃燒。鏈條鍋爐燃煤燃燒與燃?xì)鈿溲鯕獯呋紵齼?yōu)勢互補(bǔ)有機(jī)結(jié)合在一起。這種復(fù)合燃燒方式既保留了鏈條爐負(fù)荷，又達(dá)到了負(fù)荷調(diào)節(jié)方便的目的。
2、燃燒工況
2.1氫氧氣進(jìn)入爐膛復(fù)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(shí)際運(yùn)行狀況調(diào)整）。
2.3復(fù)合燃燒后高溫區(qū)向上移動到達(dá)受熱密集區(qū)，增強(qiáng)受熱面的受熱強(qiáng)度，提高熱交換效率；同時產(chǎn)生一定量的水蒸汽，水蒸氣的比熱容較大，可以增大爐膛內(nèi)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(bǔ)風(fēng)量，即采用較大的過?？諝庀禂?shù)；但增大過?？諝庀禂?shù)，將使燃燒后煙氣量及排煙熱損失增加，影響燃燒效率。實(shí)際工程應(yīng)用中，在保證燃燒*的條件下，盡可能采用較低的過剩空氣系數(shù)，一般控制在1.2～1.3。氫氧氣復(fù)合燃料燃燒器的過?？諝庀禂?shù)＝1.01（表2），已經(jīng)優(yōu)于氣體燃料燃燒器的理想水平，十分接近過剩空氣系數(shù)的理想值＝1。極小的空氣過剩系數(shù)大大減少了爐內(nèi)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(wěn)定、排放達(dá)標(biāo)，氧氣含量由3％～5％降低為0.2～ 0.4，從側(cè)面反映了極低的過剩空氣系數(shù)下的穩(wěn)定燃燒。
爐膛溫度上升后，配合鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)和給煤量就能得到zuijia的燃燒效果。既可保證燃燒，又可節(jié)電。
3、節(jié)能體現(xiàn)
3.1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(fēng)系數(shù)增大，煤渣含碳量大大降低，因而達(dá)到節(jié)能的目的。
3.2高溫向上移動聚集增大了受熱強(qiáng)度，水蒸氣增加増大了爐膛內(nèi)的熱容量，對鍋爐出力起到?jīng)Q定性作用。
3.3爐膛溫度上升后，鼓風(fēng)、引風(fēng)調(diào)小達(dá)到動態(tài)平衡，即冷風(fēng)進(jìn)入爐膛減少，減少了將冷空氣加熱的熱損失，又使引風(fēng)帶走的熱量減少，從而達(dá)到減少熱損失，節(jié)能高效的終目的；
3.4煤種適應(yīng)性強(qiáng)，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(nèi)，7-15日爐膛及鍋爐受熱面的灰垢、膠狀物開始逐步脫落，產(chǎn)氣量、鍋爐出力進(jìn)一步提高。
4、節(jié)煤原理
鏈條鍋爐的燃燒過程首先是預(yù)熱、脫氣、分解，然后進(jìn)行燃燒，煤燃燒一般伴有水分，脫氣分解的過程長，過?？諝舛?，爐溫低，造成煤中脫氣不能正常燃燒以煙的形式排放。而氫氧氣與空氣混合，燃燒時間短且*，能使熱量全部釋放。
氫氧能源機(jī)通過電解方式提取水中氫氧原子，形成氫氧混合氣流，經(jīng)由鍋爐二次風(fēng)管道輸入鍋爐爐膛內(nèi)，待氫氧氣進(jìn)入爐膛燃燒室后點(diǎn)火引燃，運(yùn)用氫氧催化原理（在高溫燃燒過程中可產(chǎn)生O、H和OH等活性原子，一方面可促進(jìn)煙氣中中長碳?xì)滏湹母邷亓呀?，使氧化反?yīng)的速度加快）、富氧燃燒原理（碳核也是由長碳?xì)滏溁蛘叱L碳?xì)滏湗?gòu)成，O、H和OH等活性原子也能加速其裂解，二次復(fù)燃減少碳核粉塵的排放）。
氫氣燃燒屬于典型的鏈鎖反應(yīng)過程，當(dāng)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(yīng)（燃燒）是“復(fù)雜鏈鎖反應(yīng)”：
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(zhì)存在時，燃燒速度就會顯著提高。當(dāng)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(yīng)的。一氧化碳的氧化鏈鎖反應(yīng)成立的條件是必須有H和OH等原子（團(tuán)）組成的活化中心參與反應(yīng)，由于OH+CO__C O?+H反應(yīng)不斷產(chǎn)生新的H,一旦反應(yīng)啟動，就會循環(huán)下去，即使停止送入氫氧氣，反應(yīng)還會維持，氫“參加了反應(yīng)但終回到原態(tài)”。H?及其燃燒產(chǎn)物H?O對爆燃和火焰的輻射也有很強(qiáng)烈的影響。由于氫對燃燒中間產(chǎn)物氧化反應(yīng)的鏈鎖推進(jìn)，提高了CO,烴類等的氧化反應(yīng)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(shù)，從而減少排煙熱損失，提高燃燒系統(tǒng)的熱效率。
5、節(jié)能效果
在相同煤質(zhì)條件下
全水分： Mt≤10%
低位發(fā)熱量：Qad≥5000Kcal/kg
揮發(fā)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(fèi)用達(dá)150元以上，而煤粉鍋爐燃燒效率高達(dá)98%，熱效率高達(dá)85%，對比煤炭資源浪費(fèi)大。加入氫氧氣催化燃燒，如按復(fù)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(jié)煤率可以達(dá)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(shù) 330天
運(yùn)行情況 連續(xù)
煤價 900元/噸
電價 0.74元/度
- .10噸鍋爐年平均耗煤量：30T * 330天 = 9900T
- . 10噸鍋爐年平均耗煤款：9900T * 900元 = 891萬元
- .按節(jié)煤率14%計算：
日節(jié)煤量： 30T * 14% = 4.2T
年節(jié)煤量： 4.2T * 330天 = 1386T
年節(jié)煤款： 1386T * 900元 = 124.74萬元
④.運(yùn)行成本及節(jié)能計算：
GTHO—10000型氫氧機(jī)一臺功率為40.2KW,按實(shí)際電價0.74元/度計算。
節(jié)能設(shè)備年耗電：
40.2* 24 * 330 = 318384度
節(jié)能設(shè)備年耗電款：
318384 * 0.74 = 23.5604萬元
年實(shí)際節(jié)能款：
124.74萬元 - 23.5604萬元 = 101.180萬元
⑤.減排效果
單臺10噸鍋爐按年節(jié)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
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