多數(shù)加熱爐以煤為燃料，由于煤的燃燒產(chǎn)生大量煙塵，污染大氣，本文分析了煤的燃燒過(guò)程，提出怎樣使煤充分合理地燃燒，提高煤的熱效率，減少煙塵對(duì)大氣的污染，并介紹了如何去除二氧化硫和氮氧化物。

1引言

目前，國(guó)內(nèi)使用的鍛壓加熱爐、熱浸鋅爐、水暖爐、蒸汽爐等多種形式的加熱爐，大多數(shù)是火焰爐�；鹧鏍t中的熱能主要來(lái)自燃料的燃燒。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中煤占首位。而上述加熱爐燃料多數(shù)是以煤為主，因?yàn)槊旱膬r(jià)格便宜，運(yùn)輸貯藏簡(jiǎn)便，燃燒方法簡(jiǎn)單。在我國(guó)各行業(yè)中燃煤加熱爐已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，直到目前在我國(guó)使用燃煤加熱爐仍相當(dāng)普遍，燃煤爐造成的大氣污染引起了全社會(huì)的關(guān)注。人們不斷地研究探討采用新材料、新工藝、新方法，達(dá)到提高熱效率、節(jié)約能源、減少污染、保護(hù)環(huán)境的目的。

本文介紹煤的燃燒過(guò)程，怎樣提高煤的熱效率，降低煤的消耗，減少煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的大氣污染，用低成本、小投入增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2燃煤爐的優(yōu)缺點(diǎn)

①具有單獨(dú)的燃燒室，爐體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積大，但附屬設(shè)備少，建爐速度快。

②與燃油、燃?xì)鉅t相比，無(wú)需建立煤氣站或油庫(kù)，無(wú)需鋪設(shè)廠區(qū)管道，無(wú)需對(duì)燃料進(jìn)行加熱，因而爐子的基建投資少。

③具有生產(chǎn)操作的獨(dú)立性，能因地制宜，分散建爐。

④除機(jī)械化煤爐和煤氣爐外，普通煤爐在每一加煤間隔時(shí)間內(nèi)，爐溫波動(dòng)較大;空氣過(guò)剩系數(shù)大、金屬氧化損失多、加熱質(zhì)量差、煤耗高。

⑤煤爐的操作條件差，加煤除渣的勞動(dòng)強(qiáng)度大，造成的污染嚴(yán)重。

3燃煤爐內(nèi)煤的燃燒過(guò)程

①煤塊的燃燒過(guò)程，當(dāng)煤塊受熱后溫度達(dá)100℃時(shí)，煤中水分就逐漸被烘干。煤中水分愈多，加熱干燥的階段就愈長(zhǎng)。當(dāng)煤塊溫度繼續(xù)升高時(shí)，在煤尚未與空氣作用的條件下，煤開(kāi)始干餾出碳?xì)浠衔锛吧倭康臍浜鸵谎趸�，這些氣體的混合物叫揮發(fā)物(著火溫度250°-700℃)。當(dāng)溫度不斷升高，揮發(fā)物逸出的量不斷增多，煤粒周圍的揮發(fā)物在一定的溫度條件下，遇到空氣中的氧就開(kāi)始著火燃燒，在煤粒外層形成黃色明亮的火焰。揮發(fā)物愈多愈易著火。煤中的揮發(fā)物全部逸出后，所剩下的固態(tài)物質(zhì)就是焦炭，焦炭中除了灰粉外，全部是固定碳。當(dāng)煤塊周圍的揮發(fā)物燃燒時(shí)，放出大量的熱將焦炭加熱到紅熱狀態(tài)，為焦炭的燃燒創(chuàng)造了條件。焦炭是煤中主要的可燃物，它的燃燒是固體與氣體間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，它比揮發(fā)物難燃燒，如何創(chuàng)造焦炭燃燼的條件，關(guān)系到煤塊燃燒程度。焦炭開(kāi)始燃燒后，在其外表面逐漸形成灰層，灰層包圍了未著火的焦炭表面，阻礙著空氣中的氧向焦炭?jī)?nèi)部滲透，影響了焦炭的燃燼。

綜上所述，固體燃料的燃燒都包括加熱干燥、干餾析出揮發(fā)物、形成焦炭燃燒和燃燼形成灰渣等四個(gè)階段。從燃燒的角度來(lái)看，煤中的水分不利于著火，可是適當(dāng)(10%)的水分有利于減少細(xì)煤粒被風(fēng)帶走的損失，而且煤中的水分在烘干后，能使煤層中的空隙率增大，通風(fēng)性能變好。煤中揮發(fā)物含量的增多，有利于煤的著火燃燒。所以褐煤、煙煤比無(wú)煙煤易燃。煤中灰分對(duì)煤的燃燼是不利的。

②煤層的燃燒和周期加煤時(shí)黑煙的的形成。當(dāng)煤在固定的水平爐柵上作層狀燃燒時(shí)，空氣自下而上穿過(guò)爐柵而遇到最下層灼熱的煤塊(底火)時(shí)，就形成了一氧化碳，C+O2→CO。CO在煤層間隙中又與過(guò)剩的氧作用燃燒，生成二氧化碳，即CO+O→CO2，這一層叫氧化層。在氧化層中由于燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度最高、CO2含量也愈來(lái)愈多、氧消耗量最大。氧化層厚度一般為煤粒尺寸的3-4倍。

當(dāng)形成的CO2繼續(xù)向上移動(dòng)，與上層的焦炭粒作用后又被還原成CO，即CO2+C→2CO，這是個(gè)吸熱反應(yīng)。吸熱反應(yīng)的結(jié)果使溫度下降、CO含量增加，這一層叫還原層。

在還原層以上是煤的干餾層。在這一層，煤受熱后，有揮發(fā)物逸出，剩下的焦炭進(jìn)入還原層。

最上面是干燥層。在這一層，煤不僅受到來(lái)自下面的熱氣體的加熱，同時(shí)受到煤層上部空間熱輻射的作用而受到烘干。

實(shí)際上是，爐子點(diǎn)火后，首先在爐柵灰層上形成一個(gè)已經(jīng)紅熱的底火，新煤加在底火上，當(dāng)空氣從爐柵下進(jìn)入并上升時(shí)，就在燃燒層中形成氧化帶、還原帶和干餾、干燥帶。從還原帶析出的一氧化碳與從干餾、干燥帶中逸出的揮發(fā)物一同進(jìn)入煤層上部空間與空氣混合燃燒。對(duì)揮發(fā)物較多的煤，這部分可燃?xì)馊紵龝r(shí)的釋放熱量約占煤的熱值的一半左右。因此，組織好這部分可燃?xì)獾娜紵哂兄卮蟮囊饬x。在煤層較厚時(shí)，二氧化碳的還原反應(yīng)進(jìn)行得比較充分，燃燒室上部空間內(nèi)的可燃?xì)庠龆�，這就有必要送入二次風(fēng)，將它完全燃燒。否則就會(huì)造成不完全燃燒損失。

當(dāng)在爐柵上采用人工加煤時(shí)，前后兩次加煤的時(shí)間間隔內(nèi)，加入爐內(nèi)的煤經(jīng)歷了燃燒的各個(gè)階段形成一個(gè)周期。在一個(gè)周期中，爐柵上的煤層厚度由厚到薄，對(duì)空氣的阻力由大到小，使穿過(guò)爐柵的空氣量由少到多，造成燃燒過(guò)程中供求兩個(gè)方面很不協(xié)調(diào)。

由于空氣與可燃物的混合受擴(kuò)散條件的限制，因此，只有一部分空氣能被利用，當(dāng)新煤加入時(shí)，煤層厚，阻力大因而不能得到足夠的空氣量。而在加煤后不久，新煤中析出大量的揮發(fā)物(即可燃?xì)?，迫切需要大量的空氣，以滿足燃燒的需要。結(jié)果造成供風(fēng)與燃燒所需的空氣量嚴(yán)重失調(diào)，揮發(fā)物在爐內(nèi)熱分解，產(chǎn)生大量碳黑，形成黑煙。造成煙囪，爐門(mén)等處冒黑煙的狀況，隨著燃料的燃燒，煤層不斷變薄，通風(fēng)阻力變小，這時(shí)通過(guò)煤層的空氣量愈來(lái)愈多，而在燃盡階段所需的空氣量較少，結(jié)果造成過(guò)�？諝饬亢艽�，使?fàn)t溫下降。這就是周期性加煤難以克服的缺點(diǎn)。

4合理組織燃燒過(guò)程

①燃料燃燒是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)燃燒裝置來(lái)完成的。合理組織燃料的燃燒，對(duì)節(jié)能和消煙都是必不可少的。以手工加煤火焰爐為例，當(dāng)煤被送入爐內(nèi)，受燃燒室內(nèi)高溫?zé)煔獾募訜�，使煤逐漸完成干燥、干餾、揮發(fā)物著火燃燒、焦炭燃燒、焦炭燃燼等幾個(gè)階段。為了加速燃燒過(guò)程，減少不完全燃燒損失，除了保證燃燒室有較高的溫度外，還必須有適當(dāng)?shù)目諝庀南禂?shù)和充裕的燃燒時(shí)間，這是保證燃燒過(guò)程順利進(jìn)行的三個(gè)基本條件。

由于手工燃煤爐采用間歇加煤和除渣，煤層厚度和通風(fēng)量發(fā)生周期性變化，使很小、很輕的碳黑來(lái)不及燃燒而隨煙氣流從煙囪排出，冒出一股一股的黑色濃煙。如果采用間斷二次送風(fēng)和“薄燒勤加”的方法，可以降低空氣波動(dòng)幅度，減輕燃燒周期性的影響，減少不完全燃燒損失和排煙損失，使煙囪少冒黑煙或不冒黑煙，從而達(dá)到提高煤的熱效率，節(jié)約能源、減少煙塵的目的。

②從理論和實(shí)踐得出，燃煤加熱爐要使煤充分燃燒，少(不)冒黑煙，必須滿足上述三個(gè)基本條件。為了達(dá)到這一目的，除了嚴(yán)格執(zhí)行“薄燒勤加”和適當(dāng)?shù)拈g斷二次送風(fēng)的操作工藝外，我們把原來(lái)的燃煤加熱爐(爐膛和煙道)進(jìn)行了從新(砌)制做。把爐膛前后分為兩區(qū)，煤的預(yù)熱區(qū)和高溫區(qū)，再把爐內(nèi)煙道由原來(lái)的單洞直通式，改為多洞螺旋向上式的煙道;這種煙道特點(diǎn)一是延長(zhǎng)爐的加熱區(qū)，二是提高爐膛溫度和風(fēng)速。爐膛高溫區(qū)溫度可達(dá)800℃，煤的揮發(fā)物主要是在爐膛高溫區(qū)進(jìn)行燃燒。在高溫區(qū)內(nèi)沒(méi)有燃燼的很少的揮發(fā)物(黑煙)，可在螺旋煙道中燃燼。因爐膛溫度的升高，爐膛火就旺，自燃通風(fēng)流速就快。因?yàn)橛辛藸t膛高溫區(qū)和多道向上的螺旋煙道，所以改造后的燃煤加熱爐，大大地減少了燃煤加熱爐煙囟冒黑煙現(xiàn)象。

5從排煙中去除二氧化硫(SO2)

從煙氣中去除SO2的技術(shù)，稱排煙脫硫。排煙脫硫的方法可分為濕法排煙脫硫和干法排煙脫硫兩種：

①濕法排煙脫硫，用水或水溶液作吸收劑吸收煙氣中SO2的方法稱為濕法脫硫。濕法中由于所使用的吸收劑不同，濕法脫硫又有氨法、鈉法、鈣法、鎂法和催化氧化法之分。如氨法就是用氨(NH3*H2O)為吸收劑吸收煙氣中的SO2，其中間產(chǎn)物為亞硫酸銨(NH4)2SO3和亞硫酸氫銨NH4HSO3。其反應(yīng)如下：

2NH3H2O+SO2→(NH4)2SO3+H2O

(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3

采用不同方法處理中間產(chǎn)物，還可回收硫酸銨(NH4)2SO4、石膏CASO42H2O和單體硫S等副產(chǎn)物。

②干法排煙脫硫是用固體吸收劑(或吸附劑)吸收(或吸附)煙氣中SO2的方法。干法中由于所使用的吸收劑(或吸附劑)不同，干法脫硫又有活性炭法、活性氧化錳法、接觸氧化法和還原法之分。如活性炭法就是利用活性炭的活性和較大的比表面積使煙氣中的SO2在活性炭表面上與水蒸汽反應(yīng)生成硫酸的方法。即：SO2+O2+H2O→H2SO4

6從排煙中去除氮氧化物(NO2)

從煙氣中去除NO2的技術(shù)稱為“排煙脫氮”，也叫“排煙脫硝”。目前排煙脫氮的方法有選擇性催化還原法和吸收法等。如選擇性催化還原法就是以貴金屬鉑或銅、鉻、鐵、釩、鉬、鈷、鎳、等的氧化物(以鋁釩土為載體)為催化劑，以氨、硫化氫、氯-氨或一氧化碳為還原劑，選擇適宜的溫度進(jìn)行催化還原反應(yīng)。如氨選擇性催化還原法，就是以氨為還原劑，選用鉑為催化劑，當(dāng)反應(yīng)溫度控制在150℃-250℃時(shí)，不僅可去除煙氣中的氮氧化物，而且還可同時(shí)去除煙氣中的二氧化硫。

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