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摘 要：峰峰集团羊东矿是一座50年代简易投产,深部开采的煤与瓦斯突出矿井,年产原煤130万吨,井田面积约13.2平方公里,且地质条件复杂,已探明∠H>3m断层3000余条,揭露出∠H>3m断层2500余条.可采煤层为三层,其中2#煤层厚度为5.5～5.8m；4#、6#煤层厚度为0.9～1.3m.该两层煤较薄开采极为困难,且煤质较差,致使产品滞销.没有销路,严重影响着经济的运行,而且瓦斯涌出量较大,地应力高,4号煤层又是采煤工艺确定的必采保护层,否则严重影响着矿井的安全生产.为解决这一难题,技术人员积极探索,反复研究,结合该矿的实际,提出将煤与新能源（煤层气）燃烧,变废为宝的优化方案.
关 键 词：燃煤锅炉新能源技术研究
中图分类号：TK22文献标识码：A文章编号：1007-3973（2013）001-052-02
1概述
2010年,全国煤矿煤层气（瓦斯）抽采量达91亿立方米,其中井下瓦斯抽采量达76亿立方米,到2015年要实现300万亿立方米.峰峰集团羊东矿在煤炭生产过程中伴生新能源（瓦斯）气体,自建矿以来矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/min,绝对涌出量50～60m3/min,抽采浓度25～70%.1966年开始利用,目前该矿自建5000m3瓦斯储气柜供应该矿居民生活用气,但剩余煤气直接排放到大自然空气中,主要成份有CO2、CO、NO2等有害气体,仍然影响着大自然的环境,有损人类健康.该矿工程技术人员发现锅炉燃烧的砟煤燃烧不充分,锅炉时有灭火现象,影响居民和职工生活.针对这一问题,提出瓦斯燃烧与砟煤综合利用,该课题《燃煤锅炉中燃烧瓦斯》研究,利用瓦斯自动点火,将砟煤燃烧不仅有效的提高了锅炉效力,而且节能环保.
2燃烧锅炉中燃烧瓦斯（瓦斯）研究的主要内容.
2.1固（煤）-气（瓦斯）两相物料在锅炉内燃烧的分析
固（煤）-气（瓦斯）两相物料在锅炉内燃烧,涉及空气动力场和传热等方面的学科,理论模型十分复杂,并且由于同时有固体的煤和气体的瓦斯同时在空间进行燃烧、流动和传热,而二者的燃烧和传热机理有很大区别,分别考虑固体的煤和气体的瓦斯,通过经验关系式,考虑煤和燃气间的相对速度,并对各个影响因素进行分析,由于炉腔流动的复杂性影响着参数,为了使问题得到简化,初步确定以下参数：炉膛压力、传热系数、入炉燃料量、瓦斯量、瓦斯浓度、压力和燃烧所需要的空气量.
2.2安全控制模型的建立和研究
（1）对两种不同燃烧的特性研究,建立控制单元的控制参数和目标参量的研究；（2）得到锅炉安全的经济条件下的安全控制系统的工序进行工程试验研究；（3）炉膛的结构和特性,在正常运行条件下,合理选择瓦斯燃烧器的参数的结构研究；（4）根据锅炉实际工况,设计燃烧器以及瓦斯和空气的混合比例、调节系统、调节二者比例,达到安全燃烧和安全运行的要求.
3项目的主要任务
（1）在热力计算的基础上,对冀中能源峰峰集团羊东矿锅炉SHL10-1.3/AⅡ型锅炉（1台）进行煤、瓦斯气燃烧改造,并对其运行情况进行测定,维持蒸气量不变,提高锅炉热效率,砟煤燃烧瓦斯,节能环保.
（2）技术路线.1）工程数据采集首先对现有瓦斯和燃烧锅炉的运行参数进行数据收集、整理和分析；2）对瓦斯和燃烧锅炉热力计算和烟风阻计算,确定所需要的参数；3）对试验结果和设计参数对比评价.
4研究
4.1原始资料（如表1）
4.2瓦斯成份分析（如表2）
4.3瓦斯相关参数（如表3）
4.4燃烧器设计
羊东矿锅炉膛尺寸为2700*3700*4000mm,根据瓦斯燃点设计为煤气分体式燃烧装置,主要由燃烧点、鼓风机、火焰监测装置、自动点火装置、伺服驱动装置、气液分离器、阀组、自动控制装置组成,燃烧器喷口的速度25-80m/s,空气流速6-10m/s,火道截面热强度2.9-23*103KW/m2,最高火道温度可达900-1200℃,过量空气系数为1.1-1.3.
高能点火能量发生器（点火器）,输入工作电源,经升压、整流获得直流高压,向储能元件充电,经过高压传输及耐压导电杆（点）,将电能集中在半导体电嘴上,击穿半导体同时产生高温脉冲电火花引燃燃气、轻油、重油或渣油等.
4.5燃烧锅炉改造
主要改造系统,燃烧器布置、风道、供气、自动控制系统.
（1）燃烧器布置.在炉膛左右两侧墙各布置两套扩散瓦斯气燃烧器,燃烧器布置在煤层上方,两侧墙上相对的燃烧器喷嘴轴心不在一条轴线,形成剪切流体,增强扰力,延长可燃烧气体的固体颗粒在炉膛的停留时间,在炉排上方投入气体火焰后,可以提高固体燃料燃尽率,燃气喷嘴形成高速射流与瓦斯火焰形成交叉,提高了炉膛温度,延长了未燃尽燃料停留时间,提高了两股气流的湍流混合强度,同时燃料再燃降低了污染.
（2）风道.将送风道分为两路,利用原有送风机,分别供链条炉排送风室和燃气燃烧器,对送风道进行了水力计算以及风机校核计算满足要求.
（3）供气系统.配置有：自动调压阀、气动安全快关阀、手动截止阀、压力开关、压力表、压力变速器、旁路管阀等有效的保持瓦斯的稳定压力和锅炉内安全稳定然烧.
（4）安全控制系统.1）防爆门垂直安装、保证密封,当炉腔或烟道发生气体爆炸时、内盖自动绕轴开启卸压、然后自动关闭.2）导热式煤气在线分析仪.主要用于锅炉启停之间实时检测炉膛瓦斯含量、可及时提供信息、预防意外事故发生.3）控制系统安全功能是锅炉保护监控和主燃料跳闸功能、炉膛吹扫逻辑功能；点火计时功能、报警功能、首次跳闸记忆功能和事故动作原因记录功能及历史数据查询追忆功能.
5创新点和关键技术
（1）改造煤掺燃烧气后,由于烟速对流受热面系数提高,降低了烟气出口的温度,使锅炉的效率明显提高.
（2）对中小型锅炉、并采用辐射式燃烧器和在炉内设置二次辐射装置.
（3）锅炉煤掺气不触及锅炉受压元件,安全可靠,对锅炉服务年限没有影响.
（4）先进的烟气流设计使炉内始终处于负压状态,过量空气系数处于最佳状态,有效的提高锅炉效率.
（5）解决了羊东矿锅炉燃烧砟煤点火困难和锅炉泄火、灭火的现象,同时也解决了瓦斯排空、空气污染和资源浪费的现象,不仅提高了本矿的经济效益和社会效益、而且有较好的推广应用价值.