我國約有50萬臺工業(yè)鍋爐、近18萬座窯爐及不計(jì)其數(shù)的民用大灶，絕大部分是層燃鍋爐，以原煤燃燒方式消耗的煤炭達(dá)4億t。燃煤供應(yīng)品種多，質(zhì)量不均勻，不穩(wěn)定，煤質(zhì)不適應(yīng)燃燒設(shè)備的要求是目前燃燒效率低，污染排放嚴(yán)重的重要原因之一。針對我國煤炭燃燒狀況，特別是層燃鍋爐原煤散燒現(xiàn)狀，解決煤炭燃燒熱效率低、污染大的社會(huì)問題，通過對層燃鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒過程等方面的研究，分析層燃鍋爐燃燒機(jī)理，深入研究危及人類生存環(huán)境的燃煤煙氣產(chǎn)生的原因。在不改變鍋爐結(jié)構(gòu)和操作條件下，對煤炭進(jìn)行加工，使之成為與工業(yè)層燃鍋爐爐型相匹配的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力燃料，從而提高煤炭燃燒效率、減少對大氣環(huán)境的污染。
1、研究原理和研究過程
1.1  動(dòng)力配煤的研究
    動(dòng)力配煤是基于各單煤的灰分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、硫分、灰成分等在配制過程中存在著可加性。根據(jù)用戶對煤質(zhì)的要求，將2~4種不同質(zhì)量的煤按燃燒特性、揮發(fā)分、發(fā)熱量、灰分、結(jié)渣特性等指標(biāo)綜合考慮，通過優(yōu)化配方和控制給料量，配制出既符合燃燒要求，又減少污染物排放的動(dòng)力配煤。工業(yè)鍋爐是按一定特性設(shè)計(jì)的，不同類別型號的鍋爐所適用的燃料性質(zhì)不同，所產(chǎn)生的燃燒效果和環(huán)保效果不同，本著讓燃料適應(yīng)爐具的基本原則，根據(jù)目前國內(nèi)大量使用的層燃鍋爐對燃煤煤質(zhì)及粒度的相應(yīng)要求，結(jié)合層燃鍋爐的高效、潔凈顆粒燃料生產(chǎn)廠所在區(qū)域的原料煤特性進(jìn)行多煤種優(yōu)化配方和不同粒度級配，利用各種煤在性質(zhì)上的差異，相互“取長補(bǔ)短”，使煤炭的綜合性能達(dá)到“最優(yōu)狀態(tài)”，以滿足層燃鍋爐燃燒的需要。針對當(dāng)前層燃鍋爐的特點(diǎn)和用戶的需要，選取氣煤、1/3焦煤和貧瘦煤等作為生產(chǎn)高效、潔凈顆粒燃料煤的原料煤，通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化，確定各種煤的配比。顆粒清潔煤的煤質(zhì)指標(biāo)與鍋爐等燃具性能結(jié)構(gòu)相匹配，提高煤炭的燃燒效率和降低污染物排放量。
1.2煤炭分級燃燒
    煤炭的燃燒過程是一個(gè)氣相、固相的多相燃燒過程。不同變質(zhì)程度的煤，其分子結(jié)構(gòu)不同，揮發(fā)分不同，揮發(fā)分充分裂解燃燒所需的溫度和時(shí)間也不同。不同粒度的煤在燃燒過程中，揮發(fā)分裂解速度與未分級散煤的裂解速度不同，影響其燃燒速度，粒度分布也影響層燃的燃燒狀況。因此，在顆粒清潔煤生產(chǎn)過程中，就要求根據(jù)煤種不同，控制不同煤質(zhì)的粒度上限，從而保證在固定燃燒時(shí)間內(nèi)的燃燒充分，提高燃燼率。
    工業(yè)鍋爐用煤的粒度越小，比表面積越大，越有利于燃燒和提高燃燼率。但是對于1mm以下的細(xì)粒煤粉，在預(yù)熱段易被鼓風(fēng)機(jī)吹起，導(dǎo)致煙塵排放量增加。細(xì)粒煤是產(chǎn)生煙塵的主要來源。因此，控制原料煤的粒度下限，可以減少燃燒排塵量，降低煙塵污染。經(jīng)過試驗(yàn)，顆粒清潔煤在3~25 mm粒級范圍內(nèi)，不論燃燼率，還是煙塵排放量都是比較理想的。
1.3添加劑的研究
    添加劑提供燃煤在不同階段所必須的部分活性氧，促進(jìn)煤在燃煤過程中釋放的揮發(fā)分和固定碳的燃盡，相對減少了鼓風(fēng)、引風(fēng)量，控制了煙塵排放和減少了鍋爐熱損失，提高熱效率；添加劑也能催化C-C鍵的斷裂，減低燃煤的著火溫度，縮短預(yù)熱時(shí)間，相應(yīng)延長燃燒時(shí)間，從而可提高煤炭的燃盡率，提高其能源利用率。同時(shí)添加劑中的固硫成分可以減少二氧化硫排放量，減少環(huán)境污染。通過添加劑在層燃鍋爐對燃煤燃燒性能系統(tǒng)研究，選擇具有助燃、催化、固硫、消煙降塵功能的添加劑成分和生產(chǎn)工藝。
    (1)氧化劑有助于提供燃燒在預(yù)熱段，燃燒段和燃盡段所必須的活性氧，促進(jìn)煤在燃燒過程中釋放的可燃性揮發(fā)分和固定碳的燃燼。顆粒清潔煤選用了多種氧化劑，每種氧化劑在不同溫度下產(chǎn)生分解，釋放活性氧。對添加劑作用作了對比試驗(yàn)，添加氧化劑的顆粒清潔煤，其著火點(diǎn)降低，接火好，煙塵黑度顯著降低，爐膛溫度提高，火焰高度增加。
    (2)煤炭燃燒過程并不是完全按簡單的化學(xué)方程式進(jìn)行，有些反應(yīng)過程的中間階段產(chǎn)生活性物。這些活性物能與原反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)，形成新的活性物，活性物的存在加速燃燒反應(yīng)。堿金屬、堿土金屬以及3d電子層未填充滿的副族元素能夠促進(jìn)活性物的產(chǎn)生，提高煤炭的燃燒效率。
    (3)在燃燒過程中，控制二氧化硫的排放，鈣劑化合物( CBM)在800℃以下時(shí)，固硫效果顯著。而在工業(yè)鍋爐中，實(shí)際燃燒溫度常達(dá)1 200~1300℃以上，使固硫效果變差而達(dá)不到環(huán)保要求。但在使用鈣劑化合物固硫時(shí)，再添加少量的鈉、鐵、錳及稀土元素的化合物，可以提高固硫效果。為此，盡管黑龍江省的煤炭資源屬于低硫煤，但也應(yīng)進(jìn)一步降低硫的排放。通過試驗(yàn)，確立了以鈣化合物為主，輔以少量其他化合物的固硫劑。
1.4生物質(zhì)型煤的研究
    煤炭分級后，煤粉經(jīng)過調(diào)節(jié)煤質(zhì)指標(biāo)后成型。煤粉成型后，由于空隙率減少，揮發(fā)分在燃燒過程中釋放較慢，影響型煤的燃燒效果，特別是鏈條爐排鍋爐，往往造成接火困難、火焰短、燃燼率低等，嚴(yán)重影響工業(yè)型煤的推廣。為此，必須改變工業(yè)型煤的燃燒特性，降低型煤的著火溫度，加快揮發(fā)分的釋放速度。煤粉中加入一定量的生物質(zhì)細(xì)末，在特定的黏結(jié)劑和工藝條件下，利用普通成型機(jī)壓制成型，形成生物質(zhì)型煤。生物質(zhì)型煤由于加入一定量的低著火點(diǎn)、燃燒速度快的生物質(zhì)，在燃燒中型煤表面形成大量微孔，改善了燃燒條件，從而加快了型煤的燃燒，提高了型煤的燃燼率。
1.5混合燃燒性能的研究
    為了改善塊煤和型煤的燃燒狀況，提高煤炭的利用效率，塊煤與生物質(zhì)型煤進(jìn)行混配燃燒。通過燃燒實(shí)驗(yàn)和實(shí)際鍋爐燃燒，在滿足鍋爐燃燒要求、提高燃燼率的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)型煤與塊煤混配比例，使燃燒產(chǎn)生的煙塵、二氧化硫排放量達(dá)到環(huán)保要求，成為層燃鍋爐高效、潔凈顆粒燃料。
2、燃燒試驗(yàn)檢測結(jié)果
    根據(jù)黑龍江地區(qū)煤炭資源特點(diǎn)，選用3種不同類別的煤，其煤質(zhì)指標(biāo)見表1。

    3種煤分別篩分，大于25 mm粒級可以作為塊煤出售。根據(jù)用戶鍋爐的特點(diǎn)和對煤質(zhì)的要求，利用上述3種3~ 25 mm粒級顆粒煤按一定的比例進(jìn)行混配，再加入復(fù)合添加劑，研制出了適應(yīng)普通工業(yè)鍋爐要求的顆粒潔凈煤。小于3 mm粒級的末煤經(jīng)過配比與一定長度的生物質(zhì)混合，在復(fù)合黏結(jié)劑作用下，用普通成型機(jī)成型。生物質(zhì)型煤與顆粒配煤按一定比例混合，形成層燃鍋爐高效潔凈顆粒燃料。表2是送檢顆粒燃料的煤質(zhì)指標(biāo)，該煤在專用環(huán)保檢測鍋爐試燒，其環(huán)保熱工測試指標(biāo)見表3。

3、結(jié)論
    工業(yè)鍋爐燃用顆粒清潔煤，其煙塵初始排放量、二氧化硫排放量和林格曼黑度均達(dá)到了一類地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，而且鍋爐燃燒穩(wěn)定，爐膛溫度高，熱效率高，爐渣含碳量低，具有顯著節(jié)能效果。
    通過添加復(fù)合顆粒潔凈煤添加劑和混入一定量的生物質(zhì)型煤，使顆粒配煤燃燒性能得到改善；同時(shí)添加劑減少了燃煤的煙塵和二氧化硫的排放，可以較廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)動(dòng)力煤的潔凈燃燒。所以層燃鍋爐高效、潔凈顆粒燃料是一種新型潔凈煤技術(shù)，具有較好的推廣前景。
    三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐以及銷售和生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)等機(jī)械設(shè)備。