청정 생산과 관련된 논문?

I. 머리말

에너지 소비는 환경 악화의 주요 원인으로 알려져 있는데, 특히 석탄을 에너지 연소로 직접 사용하는 과정에서 비효율적이고 오염이 심한 문제가 있다. 통계에 따르면 우리나라가 매년 대기로 배출되는 오염물 중 80% 는 그을음, 87% 는 SO2, 67% 는 질소산소화합물로 석탄에서 나온 것으로 나타났다. 중국의 대기오염은 주로 보일러와 가마에서 석탄으로 인한 연기로 인한 그을음형 오염이다. 현재 중국의 에너지는 여전히 석탄 위주이다. 에너지 구조를 바꾸고 석유가스 등 청정 에너지를 사용하는 것은 중국 국정에 적합하지 않다. 앞으로 오랫동안 우리나라의 한 번의 에너지 구조에서 석탄의 주체적 지위는 변하지 않을 것이며, 이것은 이미 논란의 여지가 없는 현실이 되었다. 따라서 청정 석탄 연소 기술과 설비를 대대적으로 개발하고 적용하는 것은 대기 오염을 해결하고 통제하는 중요한 조치이다.

최근 몇 년 동안 사람들은 청정 석탄 연소 기술에 대해 대량의 연구와 실천을 했지만, 종합 효과는 여전히 향상되어야 한다. 여러 해 동안 국내외 관련 기술을 요약, 참고, 개선 및 발전시킨 기초 위에서, 우리는 원료 석탄 가스화와 분상 연소 기술에 대해 대량의 연구를 하였다. 최근 몇 년 동안의 대량의 실험과 업무 관행을 통해 우리는 10 여 가지 기술적 난제를 해결하고, 보일러 청소 연소 기술인 석탄 가스화 분상 연소 기술을 습득했으며, 이 기술을 이용하여 석탄을 가스로 바꾸는 일체화 보일러를 개발하였으며, 우리는 이를 석탄 가스화 분상 연소 보일러라고 부른다. 그 두드러진 특징은 난로 밖 먼지 제거 시스템이 필요 없다는 점이다. 난로 안의 새로운 연소, 기체 분리, 열 교환 메커니즘을 통해' 난로 내 연기 제거' 를 실현해 연기의 무색-속칭 금연이라고 한다. 연기, SO2, NOX 배출 농도는 국가 환경 표준 요구 사항을 충족하며 열 효율은 80 ~ 85% 에 이릅니다. 이 보일러는 기체-고체 분상 연소 이론에 따라 상보제어 기술과 가스 고체상 연소 기술을 한 난로에 모아 가스가스화와 연소를 하나로 모아 원탄의 연속 연소와 청정 연소를 실현하였다.

둘째, 석탄 가스화 상 분리 연소 기술

연기와 먼지의 주요 오염물은 카본 블랙으로 불완전 연소의 산물이다. 검은 연기가 형성되는 주된 원인은 석탄 연소 과정에서 가연성 경질 탄화수소, 녹기 어려운 중탄화수소와 유리탄소 알갱이가 형성되기 때문이다. 이러한 분해하기 어려운 중탄화수소와 유리탄소 입자가 연기와 함께 배출되어 짙은 검은 연기를 볼 수 있다.

일반적으로 석탄의 연소는 다상 혼합 연소에 속한다. 연소 과정에서 휘발분은 석탄에서 석출되어 석탄의 연소를 제한하여 고체 탄소의 연소 과정을 복잡하고 어렵게 한다. 고체연료 산화반응의 부작용인 일산화탄소와 이산화탄소의 생성, 일산화탄소의 산화반응, 이산화탄소의 복원반응은 고체탄소와 천연 광물탄의 연소에 불리하며, 기고체상 분리 연소는 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

기체-고체 분상 연소는 고체 연료를 같은 장치에서 기상 연료와 고체상 연료로 분해하고, 각각의 연소 특성과 그에 상응하는 연소 방식에 따라 같은 장치에서 관련 방식으로 연소하고, 상호 의존하며, 서로 촉진시켜 완전 연소나 거의 완전 연소의 목적을 달성한다.

기체-고체 분상 연소 이론에 따르면, 석탄 가스와 가스-고체 분분 연소가 결합됩니다. 석탄을 원료로 하여 공기와 수증기를 기화제로 하여 검은 연기를 일으키기 쉬운 가연성 휘발물 중의 탄화수소를 저온에서 부드럽게 가스화한 다음 휘발물을 제거한 석탄과 함께 연소실에서 연소한다. 이렇게 하면 같은 연소실에서는 가스 연료와 고체 연료가 각자의 연소 규칙과 특성에 따라 각각 연소되고, 상호 의존적이며, 상호 촉진되어 검은 연기를 없애고, 연소 효율을 높일 수 있다. 전체 연소 과정에서 질소 산화물과 이산화황의 생성을 줄여 청정 연소와 보일러 열 효율을 높이는 이중 효과를 얻을 수 있다.

석탄 가스화와 분상 연소 기술은 보일러에 적용되어 고체 연료의 건조, 건류, 기화, 그에 따른 기상가스와 고체상 석탄이 같은 보일러에서 동시에 연소된다. 이 보일러는 구조적으로 두 가지 일체화, 즉 가스 발생로와 층층 보일러의 일체화, 층층 보일러와 청소기의 일체화, 따라서 가스 발생로를 따로 설치하지 않고도 석탄의 기화와 연소를 실현할 수 있다. 난로 밖에는 청소기가 없고, 연기와 먼지는 난로 안에서 제거할 수 있고, 보일러에서 배출되는 연기는 무색이다. 연소 메커니즘은 그림 1 과 같습니다. 이중 점선 상자는 고체 석탄과 석탄의 연소 과정을 나타내고, 단일 점선 상자는 가스의 연소 과정을 나타내고, 실제 와이어프레임은 석탄의 건류 과정을 나타내고, 점선 상자는 석탄의 기화 과정을 나타냅니다.

첫째, 원탄은 산소 부족 조건 하에서 기화실에서 연소, 기화, 열해한다. 석탄재는 맨 위에서 추가되고, 석탄층은 맨 아래에서 불을 붙이고, 아래에서 위로 산화층, 복원층, 건류층, 건조층의 층구조를 형성한다. 그 중에서도 산화층과 복원층은 기화층을 형성하고, 기화 과정의 주요 반응이 여기서 발생한다. 기화제는 주로 공기로 기화실 바닥에서 들어와 밑바닥의 석탄층을 산화시켜 연소시키고, 생성된 분출 공기는 일정량의 일산화탄소를 함유하고 있다. 이런 고온 풍풍 기류는 건류층을 통해 석탄을 건조, 예열 및 건조한다. 석탄은 기화실의 상부에서 첨가한다. 석탄이 열을 흡수하면서 저온 건류과정이 느리게 진행되면서 휘발물이 점차 석출되어 건류가스를 형성한다. 그 성분은 주로 석탄의 물, 경유, 휘발점이다.

원탄 건류한 후 열탄은 복원층으로 들어가 하층 석탄의 산화반응열을 이용하여 기화반응을 한다. 동시에 적당한 양의 수증기를 주입하여 수가스반응을 발생시켜 공기와 수증기의 혼합물을 기화제로 하여 기화실에서 열탄소와 반응하여 기화가스를 생성할 수 있다. 주요 성분은 일산화탄소와 이산화탄소, 고체 연료의 탄소와 물, 산물과 산물 간의 반응으로 생성된 수소와 메탄, 그리고 질소의 50% 이상이다. 이렇게 하면 건류층에서 생성된 건류가스와 건류층으로 들어가는 가스화 가스가 혼합되어 배출구에서 배출된다. 기화실의 각 층의 기능과 주요 화학반응은 표 1 에 나와 있다.

표 1: 기화실 각 층의 기능 및 주요 화학반응

지역 이름의 역할과 작업 중 주요 화학 반응

기화제는 회색층에 분포되어 있고, 기화제는 회색의 현열에 의해 예열된다.

산화층의 탄소와 기화제의 산소반응은 열을 방출하는데, 이는 복원층과 C+O2=CO2 흡열반응이 열을 방출하는 데 필요한 것이다.

2C+O2=2CO 발열

복원층에서 CO2 는 CO 로 복원되고, 수증기와 탄소는 수소로 분해되고, CO2+C=2CO 는 열을 방출한다.

H2O+C = 일산화탄소 +H2 발열

일산화탄소 +H2O = 이산화탄소 +H2 는 열을 흡수합니다.

건류층의 석탄은 열가스와 열교환해 열분해한다. 건류가스에는 물, 경유, 석탄의 휘발물이 분리된다.

건조층 건조 석탄 재료.

보일러의 기화실에서는 석탄재가 위에서 아래로 첨가되어 기화 과정에서 점차 아래로 내려가고, 기화제는 아래쪽에서 들어와 연료층 꼭대기에서 난로를 통해 아래에서 위로 배출되는 가스를 생산한다. 이 과정은 역류 과정으로, 가스 현열 예열기화제를 충분히 활용해 보일러의 열효율을 높일 수 있으며, 건류가스가 고온지대에서 열분해가 발생하지 않아 기화가스 발열량도 어느 정도 높아진다.

원탄의 가벼운 기화와 저온 열분해에 의해 생성된 기체가 상부 건류층을 통과한 후 기화실의 배출구에서 연소실로 들어가 충분한 2 차 공기와 충분히 혼합되어 연소실의 고온에서 연소되고 연소실 난로로 들어가는 석탄 숯 위로 올라가는 화염과 교차한다. 이런 식으로 가스와 석탄은 각각 기상과 고체상의 연소 특성과 연소 방식에 따라 연소실에서 연소하고, 서로 연계하고, 서로 촉진하여 일산화탄소와 탄소를 완전히 연소시키고, 완전 연소에 도달하거나 근접하게 한다.

셋째, 석탄 가스화 상 연소 보일러의 구조적 특성과 응용

보일러 발전 과정에서, 줄곧 두 가지 주요 문제를 주시하고 있다: 보일러의 열효율 향상과 연기 배출 규정 준수. 전통적인 보일러는 기본적으로 연소와 열전달을 강화하여 보일러의 열효율을 높이고 난로 외부에 집진기를 설치하여 이 두 가지 문제를 해결한다. 연소 강화는 종종 보일러 연기의 초기 배출 농도가 증가하여 청소기의 부담을 증가시킨다. 선진국에서는 먼지 제거 효율이 99% 이상인 전기 청소기나 포대 청소기를 사용하여 먼지 배출 농도를 50mg/Nm3 이하로 조절할 수 있으며, 우리나라는 경제여건 제한으로 상대적으로 저렴한 기계식 또는 습식 청소기만 사용할 수 있으며, 먼지 제거 효율은 일반적으로 95% 미만이므로 먼지 배출 농도가100 보다 큽니다. 난로 밖 청소기에 의지하여 먼지를 제거하는 이런 방법은 보일러실의 점유 면적과 자금 투입을 증가시킬 뿐만 아니라 송풍기의 전력 소모를 증가시켜 2 차 오염을 초래한다. 석탄 가스화 분상 연소 보일러는 전통적인 보일러의 연소 원리를 완전히 바꿔 기체-고체 분상 연소 이론을 이용하여 석탄 연소 과정에서 검은 연기를 일으키기 쉬운 가연성 휘발성 중 탄화수소를 먼저 가연성 가스로 전환한 다음 휘발된 석탄의 제거와 함께 연소실에서 연소한다. 연소실 온도가1000 C 에 달하기 때문에 연기가 충분히 분해되어 석탄이 직접 연소되어 검은 연기가 나는 문제를 해결할 수 있다. 이런 보일러는 원탄을 최대한 연소하고 효율적으로 활용할 뿐만 아니라 열효율이 높을 뿐만 아니라 연기와 SO2, NOX 등 유해 가스 배출을 최소화해 연기 제거 작용을 함으로써 보일러의 친환경 에너지 절약 지표가 국가 표준보다 훨씬 우수하게 한다.

보일러에 석탄 가스화와 분상 연소 기술을 적용함으로써 보일러에 집진기를 설치하는 전통적인 패턴을 깨고 외부 집진기가 필요 없는 통합 모델을 만들었다. 이 통합은 보일러에 집진기를 기계적으로 추가하는 것이 아니다. 일반 가스 보일러 및 층 연소 보일러에 비해 석탄 가스화 분상 연소 보일러는 독특한 구조를 가지고 있으며, 후자를 유기적으로 결합하여 주로 전면 석탄 가스실, 중간 연소실 및 꼬리 대류 가열면의 세 부분으로 구성됩니다. (그림 2: 보일러 구조 및 연소 다이어그램 참조)

기화실은 보일러의 기술 핵심 부분으로 개방형 가스 발생로처럼 보인다. 그 주된 역할은 우선 석탄의 가연성 휘발물과 석탄의 기화반응이 가스를 만들어 가스로 연소실로 배출해 연소한다는 것이다. 두 번째는 휘발점이 있는 반초탄을 연소실로 이송해 더 태우는 것이다. 세 번째는 기화실의 반응온도와 석탄층 두께를 조절하는 것이다. 이러한 기능을 실현하는 관건은 첫째, 일정한 원시 석탄층을 보장하는 것이다. 두 번째는 가스 공급량과 기화제를 합리적으로 구성하여 석탄의 기화율과 기화실의 기화강도를 높이는 것이다. 셋째, 가스 출구와 석탄 숯 출구는 가스가스가스실과 연소실의 연결부에 합리적으로 배치해야 한다. 기화실은 주로 난로체, 석탄 진입 장치, 화격자, 기화제 입구, 가스 출구, 석탄 수출로 구성되어 있다.

기화실에서는 석탄을 원료로, 공기와 수증기를 기화제로, 상압에서 석탄의 온화한 기화반응을 하여 석탄의 저온 열분해로 인한 휘발분을 석탄에서 쫓아낸다. 기화실의 온도가 설정조건에 이르면 기화실의 탈휘분점의 고온탄은 연소실의 난로로 옮겨져 강화 연소를 한다.

연소실의 주요 역할은 첫째, 가스와 석탄을 충분히 태우고 연소 효율을 높이는 것이다. 두 번째는 초기 배기 양과 연기 흑도를 낮추는 것이다. 가스화실에서 나오는 가스는 가스 출구를 통해 연소실로 분사되고, 제어가능한 2 차 바람의 요동으로 아래로 회전하여 가스화실에서 연소실로 들어가는 석탄탄 화염과 교차해 연소한다. 가스와 고정탄소 (석탄탄) 연소를 결합하여 연소를 강화하여 충분한 연소와 청결 연소의 목적을 달성하고 연소 효율을 높이다. 또한 난로에서 연소된 것은 반초탄으로 인해 발생하는 잿가루의 양이 적고 연기 농도와 연기 흑도가 상대적으로 낮기 때문이다. 동시에 연소실 위에 방폭문을 설치하여 보일러의 안전한 운행을 보장하다.

대류 가열면의 주요 역할은 연기와의 열교환을 완료하고 보일러의 정격 힘에 도달하여 보일러의 열 교환 효율을 높이는 것이다. 구조가 많고 일반 보일러와 차이가 크지 않기 때문에 대부분의 보일러는 석탄 가스화분상 연소 보일러로 개조할 수 있다. 또한 보일러에는 집진기가 필요하지 않아 보일러실의 총 투자와 점유 면적을 크게 절약할 수 있다.

석탄 가스화 상 연소 보일러 설계시 몇 가지 문제점을 발견해야한다.

1, 가스 수출과 석탄 수출의 위치와 크기를 합리적으로 배치한다.

석탄 숯 온도 제어;

가스화 제 입구 및 석탄 입구;

2 차 댐퍼 및 방폭 도어의 합리적인 설정;

5, 가스화 챔버 및 연소실 물 순환은 합리적이어야합니다.

위에서 볼 수 있듯이 석탄 가스화 분상 연소 보일러의 구조는 복잡하지 않다. 다만 전통 보일러의 앞부분에 기화실을 하나 추가하고, 원난로에 2 차 바람과 방폭문을 설치하고, 일부 제어 기술을 결합했을 뿐이다. 이 원리를 이용하여 다양한 유형의 보일러를 설계할 수 있는데, 주로 0.2t/h 부터10T

DZL2t/h 보일러 한 대를 예로 들어 보겠습니다. 개조 전후 대비는 표 2 에 나와 있다.

표 2:DZL2t/h 보일러 개조 전후의 비교

개조 전후 대비

열효율은 각각 73%, 78%, 5% 높다.

석탄량 (AII) 은 시간당 380kg/시간 356kg/시간, 석탄 절약 6.3% 입니다.

석탄의 적응성은 광갈탄 연탄 무연탄 석탄의 적응성이 넓다.

보일러 외부 부피는 5.4×2×3.2m 5.9×2×3.2m 로 보일러 길이가 1 미터 정도 늘어났다.

환경 성능은 검은 연기를 배출하고, 환경 보호는 연기 무색을 배출하지 못하며, 환경 요구 사항에 부합한다.

신형 보일러는 현대 첨단 기술, 고효율 열 전달 기술을 종합적으로 적용하여 가스 발생로와 층연 보일러를 유기적으로 결합하여 청결 연소를 실현하고 보일러 안의 그을음을 스스로 제거할 수 있다. 보일러 운행 중 연기 무색, 연기 농도 ≤ KLOC-0/00MG/NM3, 기존 보일러보다 30 ~ 50% 감소, SO2 농도 ≤ KLOC-0/200. 질소 및 산소 화합물은 400 mg/nm3 미만이며 국가 환경 보호 기준 GB13271-2001중 I 지역 요구 사항을 충족하며 열 효율은 82% 이상입니다. 비용은 전통 보일러보다 만 원도 안 들지만, 진공청소기를 절약했다. 시간당 2 ~ 3 회의 석탄 투여 횟수와 기계화 석탄과 찌꺼기를 실현할 수 있어 소방관의 노동 강도를 크게 낮췄다.

넷째, 석탄 가스화 상 연소 보일러의 특성

전통적인 석탄 연소 방식은 석탄 연소 과정에서 대량의 오염물을 발생시켜 심각한 환경오염을 초래한다. 주된 이유는 다음과 같습니다.

(1) 석탄은 산소와 충분히 접촉하기 쉽지 않아 불완전 연소를 형성하고, 연소 효율이 낮으며, 상대적으로 오염 배출을 증가시킨다.

(2) 연소 과정은 통제하기가 쉽지 않다. 예를 들어 대량의 휘발물을 석출할 때, 흔히 산소가 부족하여 연기가 석출되고 검은 연기가 난다.

(3) 고체 연료는 연소할 때 온도가 균일하지 않아 국부 고온 지역을 형성하여 대량의 질소산소화합물의 형성을 촉진한다.

(4) 원탄의 황 대부분은 SO2 연소 중에 산화된다.

(5) 처리되지 않은 고체 석탄이 직접 연소되면 대량의 먼지가 연기와 함께 배출되어 대량의 먼지 오염을 일으킬 수 있다.

석탄 가스화분상 연소 보일러는 가스가스화와 고체분상이 하나로 연소되어 환경오염 문제를 효과적으로 해결했다. 전통적인 석탄 연소 보일러에 비해 다음과 같은 장점이 있습니다.

1, 연기 농도와 연기 흑도가 낮아 친환경 성능이 좋습니다.

기화층에서 나오는 기화 가스와 건류층에서 나오는 건류가스는 결국 함께 섞여 연소실에서 2 차 공기와 충분히 혼합된다. 기체 연료이기 때문에 산소 공급이 충분하여 완전 연소가 쉬워 일산화탄소와 그을음을 다 태울 수 있다. 가스화실에서 연소실로 들어가는 열탄은 분리되어 고정탄소 연소에 대한 휘발점의 악영향을 피한다. 나머지 휘발물은 석탄 숯 내부에서 더 산화되고, 일산화탄소와 그을음과 같은 가연성 물질은 석탄층 표면을 통과할 때 연소된다. 또한 석탄이 연소될 때 발생하는 잿가루의 양이 적고 보일러는 먼지 제거 기술을 채택하여' 카본 블랙' 을 근본적으로 없애고 연기 속의 플라이 애쉬를 효율적으로 제거한다.

2, 에너지 절약, 높은 열효율.

석탄은 연소하기 전에 기화실에서 충분히 기화하고 열해함으로써 휘발물, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 악영향을 피할 수 있다. 석탄의 연소와 가스화실에서 연소실로 들어가는 열기는 연소하기 쉬우며, 석탄의 연소에 어느 정도 촉진 작용을 한다. 연소실에 들어가는 열탄은 대부분 휘발분을 제거하여 온도가 높을 뿐만 아니라 내부에 구멍이 있어 내외 확산산화반응을 증강시켜 석탄탄 연소를 강화하는 역할을 한다. 따라서 일산화탄소와 숯블랙이 과량의 공기계수를 낮추는 상황에서 연소를 충분히 하여 화학과 기계 불완전 연소의 열 손실을 줄이고 석탄의 연소 열효율을 높여 직접 석탄보다 5-/KK 를 절약할 수 있다.

3, 질소 산화물 배출이 낮다.

기화실에서 석탄층은 하부에서 불을 붙이고 하부에서 연소한다. 기화실의 온도는 일반적으로 비교적 낮으며 저온 연소에 속한다. 그리고 기화실의 과다한 공기 계수는 약 0.7- 1.0 으로 저산소 연소에 속한다. 이것은 질소 산화물 배출을 줄이기 위한 유리한 조건을 제공한다. 석탄에서 유기 질소의 화학 복용량은 작고 환원성 분위기에서 연소에 참여하지 않는 무독성 질소 분자로만 전환된다. 석탄에 함유된 질소 산화물은 석탄층 반코크의 촉매하에 반응하여 질소, 수증기, 일산화탄소를 생성하는데, 일부는 상부 복원층을 통과할 때 질소로 복원된다. 가스화실에서 휘발된 대부분의 고온 석탄이 연소실에 들어가면 충분한 산소와 강화 연소를 얻을 수 있으며, 그 중 남은 소량의 휘발물은 반초점에서 더 열해되고 산화되고, 석탄의 질소 산화물은 더 복원될 수 있으며, 생성된 담뱃재가 초점층 표면을 통과할 때 연소되어 질소 산화물의 발생과 배출을 통제하고 줄일 수 있다.

4, 특정 탈황 효과가 있습니다.

석탄의 황은 주로 무기황 (FeS2 와 황산염) 과 유기황으로 존재하며 황산염은 거의 모두 재재에 남아 석탄 오염을 일으키지 않는다. 석탄 가스화분상 연소 보일러에서 FeS2 와 석탄의 유기황은 가스화실에서 열분해반응이 발생하고 가스의 수소와 환원반응이 일어나 석탄의 황을 제거하고 황화수소 가스로 방출한다. 그리고 기화실 하부에서는 온도가 보통 800 C 정도인데, 이는 탈황제의 작용을 위한 최적의 반응온도다. 황 함량이 높은 석탄을 태우면 부서진 석탄 입자에 석회석이나 백운석을 적당히 넣으면 탈황 효과가 좋아져 연기의 이산화황 함량을 크게 낮출 수 있다.

5, 운영 제어가 간단합니다.

가스는 같은 설비의 두 장치에서 생성되고 연소되므로 별도의 가스 점화 장치를 설치할 필요가 없다. 가스는 연소실의 고온에 의해 자동으로 불을 붙이고, 조작하고 통제하기 쉬우며, 운영 관리를 단순화하고, 조작이 편리하고, 소방관의 노동 강도를 낮추고, 보일러실의 위생 조건을 개선하여 문명생산을 실현하였다.

연소 안정성, 석탄 적응력.

석탄은 보일러 가스화실의 하부에 점화되어 연소가 안정되었다. 가연성 저질 탄광과 연소점이 높은 석탄은 석탄의 적응성이 강하여 내화 지역이나 중간 찌꺼기 범위의 석탄에 적합하다. 그 중에서도 갈탄, 긴 화염탄, 접착되지 않거나 약한 연탄과 작은 구형 연탄이 이상적인 연료이다.

동사 (verb 의 약어) 결론

새로운 연소 이론과 여러 특허로 구성된 통합 기술은 석탄 가스화 분상 연소 보일러의 효율적이고 친환경적인 안정성과 선진성을 보장하고, 낡은 기술로 해결할 수 없는 낭비와 오염 문제를 극복하고 뚜렷한 경제적, 환경적 효과를 거뒀으며, 사용자들의 주목을 받고 있다. 중국은 석탄 자원이 풍부하다. 에너지 정책과 환경 요구가 갈수록 높아지면서 석탄 가스화 분상 연소 보일러는 중국에서 매우 넓은 시장 전망을 가지고 있다.