谈燃煤加热炉的燃烧过程与减少烟尘污染
多数加热炉以煤为燃料，由于煤的燃烧产生大量烟尘，污染大气，本文分析了煤的燃烧过程，提出怎样使煤充分合理地燃烧，提高煤的热效率，减少烟尘对大气的污染，并介绍了如何去除二氧化硫和氮氧化物。
1引言
目前，国内使用的锻压加热炉、热浸锌炉、水暖炉、蒸汽炉等多种形式的加热炉，大多数是火焰炉。火焰炉中的热能主要来自燃料的燃烧。在我国的能源结构中煤占首位。而上述加热炉燃料多数是以煤为主，因为煤的价格便宜，运输贮藏简便，燃烧方法简单。在我国各行业中燃煤加热炉已有相当长的历史，直到目前在我国使用燃煤加热炉仍相当普遍，燃煤炉造成的大气污染引起了全社会的关注。人们不断地研究探讨采用新材料、新工艺、新方法，达到提高热效率、节约能源、减少污染、保护环境的目的。
本文介绍煤的燃烧过程，怎样提高煤的热效率，降低煤的消耗，减少煤燃烧时产生的大气污染，用低成本、小投入增加企业经济效益和社会效益。
2燃煤炉的优缺点
①具有单独的燃烧室，炉体结构较复杂，占地面积大，但附属设备少，建炉速度快。
②与燃油、燃气炉相比，无需建立煤气站或油库，无需铺设厂区管道，无需对燃料进行加热，因而炉子的基建投资少。
③具有生产操作的独立性，能因地制宜，分散建炉。
④除机械化煤炉和煤气炉外，普通煤炉在每一加煤间隔时间内，炉温波动较大;空气过剩系数大、金属氧化损失多、加热质量差、煤耗高。
⑤煤炉的操作条件差，加煤除渣的劳动强度大，造成的污染严重。
3燃煤炉内煤的燃烧过程
①煤块的燃烧过程，当煤块受热后温度达100℃时，煤中水分就逐渐被烘干。煤中水分愈多，加热干燥的阶段就愈长。当煤块温度继续升高时，在煤尚未与空气作用的条件下，煤开始干馏出碳氢化合物及少量的氢和一氧化碳，这些气体的混合物叫挥发物(着火温度250°-700℃)。当温度不断升高，挥发物逸出的量不断增多，煤粒周围的挥发物在一定的温度条件下，遇到空气中的氧就开始着火燃烧，在煤粒外层形成黄色明亮的火焰。挥发物愈多愈易着火。煤中的挥发物全部逸出后，所剩下的固态物质就是焦炭，焦炭中除了灰粉外，全部是固定碳。当煤块周围的挥发物燃烧时，放出大量的热将焦炭加热到红热状态，为焦炭的燃烧创造了条件。焦炭是煤中主要的可燃物，它的燃烧是固体与气体间进行的化学反应，它比挥发物难燃烧，如何创造焦炭燃烬的条件，关系到煤块燃烧程度。焦炭开始燃烧后，在其外表面逐渐形成灰层，灰层包围了未着火的焦炭表面，阻碍着空气中的氧向焦炭内部渗透，影响了焦炭的燃烬。
综上所述，固体燃料的燃烧都包括加热干燥、干馏析出挥发物、形成焦炭燃烧和燃烬形成灰渣等四个阶段。从燃烧的角度来看，煤中的水分不利于着火，可是适当(10%)的水分有利于减少细煤粒被风带走的损失，而且煤中的水分在烘干后，能使煤层中的空隙率增大，通风性能变好。煤中挥发物含量的增多，有利于煤的着火燃烧。所以褐煤、烟煤比无烟煤易燃。煤中灰分对煤的燃烬是不利的。
②煤层的燃烧和周期加煤时黑烟的的形成。当煤在固定的水平炉栅上作层状燃烧时，空气自下而上穿过炉栅而遇到最下层灼热的煤块(底火)时，就形成了一氧化碳，C+O2→CO。CO在煤层间隙中又与过剩的氧作用燃烧，生成二氧化碳，即CO+O→CO2，这一层叫氧化层。在氧化层中由于燃烧反应是放热反应，所以温度最高、CO2含量也愈来愈多、氧消耗量最大。氧化层厚度一般为煤粒尺寸的3-4倍。
当形成的CO2继续向上移动，与上层的焦炭粒作用后又被还原成CO，即CO2+C→2CO，这是个吸热反应。吸热反应的结果使温度下降、CO含量增加，这一层叫还原层。
在还原层以上是煤的干馏层。在这一层，煤受热后，有挥发物逸出，剩下的焦炭进入还原层。
最上面是干燥层。在这一层，煤不仅受到来自下面的热气体的加热，同时受到煤层上部空间热辐射的作用而受到烘干。
实际上是，炉子点火后，首先在炉栅灰层上形成一个已经红热的底火，新煤加在底火上，当空气从炉栅下进入并上升时，就在燃烧层中形成氧化带、还原带和干馏、干燥带。从还原带析出的一氧化碳与从干馏、干燥带中逸出的挥发物一同进入煤层上部空间与空气混合燃烧。对挥发物较多的煤，这部分可燃气燃烧时的释放热量约占煤的热值的一半左右。因此，组织好这部分可燃气的燃烧具有重大的意义。在煤层较厚时，二氧化碳的还原反应进行得比较充分，燃烧室上部空间内的可燃气增多，这就有必要送入二次风，将它完全燃烧。否则就会造成不完全燃烧损失。
当在炉栅上采用人工加煤时，前后两次加煤的时间间隔内，加入炉内的煤经历了燃烧的各个阶段形成一个周期。在一个周期中，炉栅上的煤层厚度由厚到薄，对空气的阻力由大到小，使穿过炉栅的空气量由少到多，造成燃烧过程中供求两个方面很不协调。
由于空气与可燃物的混合受扩散条件的限制，因此，只有一部分空气能被利用，当新煤加入时，煤层厚，阻力大因而不能得到足够的空气量。而在加煤后不久，新煤中析出大量的挥发物(即可燃气)，迫切需要大量的空气，以满足燃烧的需要。结果造成供风与燃烧所需的空气量严重失调，挥发物在炉内热分解，产生大量碳黑，形成黑烟。造成烟囱，炉门等处冒黑烟的状况，随着燃料的燃烧，煤层不断变薄，通风阻力变小，这时通过煤层的空气量愈来愈多，而在燃尽阶段所需的空气量较少，结果造成过剩空气量很大，使炉温下降。这就是周期性加煤难以克服的缺点。
4合理组织燃烧过程
①燃料燃烧是一个复杂的物理化学过程，这个过程是通过燃烧装置来完成的。合理组织燃料的燃烧，对节能和消烟都是必不可少的。以手工加煤火焰炉为例，当煤被送入炉内，受燃烧室内高温烟气的加热，使煤逐渐完成干燥、干馏、挥发物着火燃烧、焦炭燃烧、焦炭燃烬等几个阶段。为了加速燃烧过程，减少不完全燃烧损失，除了保证燃烧室有较高的温度外，还必须有适当的空气消耗系数和充裕的燃烧时间，这是保证燃烧过程顺利进行的三个基本条件。
由于手工燃煤炉采用间歇加煤和除渣，煤层厚度和通风量发生周期性变化，使很小、很轻的碳黑来不及燃烧而随烟气流从烟囱排出，冒出一股一股的黑色浓烟。如果采用间断二次送风和“薄烧勤加”的方法，可以降低空气波动幅度，减轻燃烧周期性的影响，减少不完全燃烧损失和排烟损失，使烟囱少冒黑烟或不冒黑烟，从而达到提高煤的热效率，节约能源、减少烟尘的目的。
②从理论和实践得出，燃煤加热炉要使煤充分燃烧，少(不)冒黑烟，必须满足上述三个基本条件。为了达到这一目的，除了严格执行“薄烧勤加”和适当的间断二次送风的操作工艺外，我们把原来的燃煤加热炉(炉膛和烟道)进行了从新(砌)制做。把炉膛前后分为两区，煤的预热区和高温区，再把炉内烟道由原来的单洞直通式，改为多洞螺旋向上式的烟道;这种烟道特点一是延长炉的加热区，二是提高炉膛温度和风速。炉膛高温区温度可达800℃，煤的挥发物主要是在炉膛高温区进行燃烧。在高温区内没有燃烬的很少的挥发物(黑烟)，可在螺旋烟道中燃烬。因炉膛温度的升高，炉膛火就旺，自燃通风流速就快。因为有了炉膛高温区和多道向上的螺旋烟道，所以改造后的燃煤加热炉，大大地减少了燃煤加热炉烟囟冒黑烟现象。
5从排烟中去除二氧化硫(SO2)
从烟气中去除SO2的技术，称排烟脱硫。排烟脱硫的方法可分为湿法排烟脱硫和干法排烟脱硫两种：
①湿法排烟脱硫，用水或水溶液作吸收剂吸收烟气中SO2的方法称为湿法脱硫。湿法中由于所使用的吸收剂不同，湿法脱硫又有氨法、钠法、钙法、镁法和催化氧化法之分。如氨法就是用氨(NH3*H2O)为吸收剂吸收烟气中的SO2，其中间产物为亚硫酸铵(NH4)2SO3和亚硫酸氢铵NH4HSO3。其反应如下：
2NH3H2O+SO2→(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3
采用不同方法处理中间产物，还可回收硫酸铵(NH4)2SO4、石膏CASO42H2O和单体硫S等副产物。
②干法排烟脱硫是用固体吸收剂(或吸附剂)吸收(或吸附)烟气中SO2的方法。干法中由于所使用的吸收剂(或吸附剂)不同，干法脱硫又有活性炭法、活性氧化锰法、接触氧化法和还原法之分。如活性炭法就是利用活性炭的活性和较大的比表面积使烟气中的SO2在活性炭表面上与水蒸汽反应生成硫酸的方法。即：SO2+O2+H2O→H2SO4
6从排烟中去除氮氧化物(NO2)
从烟气中去除NO2的技术称为“排烟脱氮”，也叫“排烟脱硝”。目前排烟脱氮的方法有选择性催化还原法和吸收法等。如选择性催化还原法就是以贵金属铂或铜、铬、铁、钒、钼、钴、镍、等的氧化物(以铝钒土为载体)为催化剂，以氨、硫化氢、氯-氨或一氧化碳为还原剂，选择适宜的温度进行催化还原反应。如氨选择性催化还原法，就是以氨为还原剂，选用铂为催化剂，当反应温度控制在150℃-250℃时，不仅可去除烟气中的氮氧化物，而且还可同时去除烟气中的二氧化硫。
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