二甲醚_DME_替代燃油供锅炉点火稳燃_刘亚玲

近年来，火电厂锅炉低负荷稳燃及点火用油 量逐年增多，而油燃烧产生的油污严重影响除尘 器以及脱硫设备的安全运行，甚至导致锅炉点火 及稳燃时除尘器和脱硫系统无法投入运行。
二甲醚（ DME） 作为煤化工产品，由于其自身 优越的性能及巨大的市场潜力，近几年得到了迅 猛发展。作为“21 世纪的清洁燃料”，具有其他替 代燃料不可比拟的优势而受到大力推广，目前尚 未见将二甲醚作为火电厂点火及稳燃燃料的研究 和报道，本文从经济、技术、环保等方面对其可行 性进行分析，结果表明： 采用二甲 醚 替 代 柴 油 作 为锅炉点 火 及 稳 燃 燃 料，技 术、经 济 上 可 行，并 且能够解决锅炉点火及稳燃用油带来的一系列 问题。
由以上燃烧特性对比可知，二甲醚与燃油的 燃烧特性相近。但是二甲醚具有燃烧性能更好， 热效率更高，燃烧更充分，可靠性更高，能量利用 率更高的优势。 1． 2 技术方案的可行性
图 1 二甲醚燃烧系统图
火电厂锅炉点火系统组成简单，若火电厂将 二甲醚替代燃油作为点火和稳燃燃料对其主要设 备无需做过多改动，且燃气点火过程比燃油点火 过程简单，二甲醚的性质和锅炉点火用油接近，锅 炉点火油系统的一些基础设施也可用于二甲醚。 整个工程改造过程简单、周期短、成本费用低，具 有良好经济性。
二甲醚点火系统与燃油点火系统的主要区别 在于：
( 1) 储油罐一般不承压，而二甲醚储罐属于 三类压力容器
二甲醚采用液体储存，且二甲醚是与烃类类 似的液化气体，可按液化烃，采用球罐或卧罐在常 温下储存。对于二甲醚储罐所需压力则根据《工 艺系统工程设计技术规定》［2］（ HG / T20570） 及其 它有关规范中的要求，确定为 1． 57 MPa。根据国 家标准《石油化工企业设计防火规范》，二甲醚火 灾危险性为甲 A 类，储罐区需设置消防冷却水系 统以及一定数量的干粉灭火器，而对于泡沫灭火 系统应选用抗溶性泡沫灭火剂。
0 号轻柴油 CX HY
190 ～ 220 180 ～ 360
— — — 0． 67 － 1． 5 ～ 8． 2 — 250 ～ 300 0． 85 — 820 ～ 880 0 40 ～ 55 14． 6 250 11． 248 42 834． 51 45 883． 25 0． 262 6 11． 98 2 128
表 1 二甲醚与 0 号轻柴油物理化学性质对照表
物性 化学式 分子量 正常沸点 /℃ 熔点 /℃ 闪点 /℃ 临界密度 / kg·L － 1 临界压力 / MPa 临界温度 /℃ 爆炸极限（ 空气中） /% 蒸汽压（ 20℃ ） / MPa 气化潜热（ － 20℃ ） / kJ·kg － 1 对水的相对密度 对空气的相对密度 液态密度（ 20℃ ） / kg·m － 3 燃料含氧量 /% 十六烷值 理论空燃比 / kg·kg － 1 着火点 /℃ 理论空气量 低位发热量 / kJ·kg － 1 高位发热量 / kJ·kg － 1 1 MJ 发热量所需理论空气量 / m3 理论烟气量（ 150℃ ） / m3 绝热燃烧温度 /℃
( 3) 设置压力调节器 为了燃气在锅炉内的安全和稳定燃烧，供入 的燃气应保持所需的稳定压力。为使供给锅炉使 用的二甲醚气体降压和稳压，须经过压力调节装 置，设置减压阀（ 就地及远程控制柜） 即可。 ( 4) 燃烧器需更换为燃气燃烧器 燃油属于难蒸发的液体燃料，多采用雾化燃 烧。而二甲醚为气体，应重新选用适合的燃烧器， 并考虑相应燃料控制系统的调整，结合实际情况， 调整风管，使二甲醚获得最佳的燃烧效果。 ( 5) 二甲醚对橡胶有一定的微浸润性 其燃油供给系统中的橡胶密封件长期与二甲 醚接 触 后，会 发 生 溶 胀 老 化，力 学 性 能 也 随 之 变 差，日久失效。在选择电磁阀、调压器及密封材料 等时，要考虑材质的选用，避免采用橡胶制品。
Abstract： This paper present the technical scheme to apply dimethyl ether （ DME） as alternative fuel for the boiler ignition and stable combustion，and makes preliminary analysis of its feasibility in technology，economy and environmental protection． Key words： dimethyl ether （ DME ） ； boiler stable combustion； energy saving and emission reduction Foundation items： Science and Technology Plan Project of Shanxi Province（ 20122BBCJ70087） ； Ｒesearch Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China（ 20100191120017）
（ 4） 组成燃油的不同烃类受热后会蒸发、气化 和热分解，在空气供应不足或与燃油混合不均匀时， 一部分高碳烃因缺氧而裂解，析出炭黑形成黑烟。
对环境污染严重的废气，更环保，并且产物不易产
生高温腐蚀和低温腐蚀等，烟气几乎可以直接排
放，更环保； 再则二甲醚自身含氧，燃烧所需空气量
较少，烟气量较少，不易影响锅炉炉温，能减少不完
全燃烧损失、排烟损失等使锅炉有较高的热效率。
（ 3） 二甲醚的十六烷值高，爆炸浓度范围相
对较宽，着火温度较低，因此更容易点燃； 二甲醚
二甲醚 CH3 OCH3
46． 07 － 24． 9 － 141． 5 － 41． 4 0． 2174 5． 37 127 3 ～ 17 0． 51 460 0． 66 1． 62 668 34． 8 55 ～ 60 9． 0 235 6． 96 28 980 31 915 0． 240 7． 93 2 250
的沸点低，易气化，气化后的燃烧品质更好，二甲
醚气化后具有较快的燃烧速度，因此二甲醚燃烧
不易脱火，燃烧稳定性较好，对相同特性的风机，
使用二甲醚可以实现更大的燃烧负荷。
（ 4） 虽然二甲醚的低位发热量比轻柴油低，
但由于二甲醚在燃烧过程中所需的理论空气量低
于轻柴油，使得二甲醚产生 1 MJ 发热量所需理论 空气量及烟气量低于轻柴油，从而减少风机、除尘 脱硫等设备运行成本，同时结合现今二甲醚与轻 柴油价格折算成产生 1 MJ 热量的绝度价格后，二 甲醚更经济； 另外二甲醚的预混气热值与理论燃 烧温度均高于轻柴油。
表 1 是二甲醚与轻柴油物理化学性质及理论 燃烧计算对照表［1］。
由表 1 可看出，二甲醚较轻柴油具有以下优势： （ 1） 同等温度下，二甲醚液化气的饱和蒸汽
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2013，41( 8)
压低于轻柴油，其储存、运输更安全； 二甲醚在空
气中的爆炸下限比轻柴油高近一倍，因此在使用
过程中，二甲醚作为燃料比轻柴油更安全。
（ 2） 二甲醚的分子结构中只有 C-H 和 C-O
键，没有 C-C 键，碳链短，组分单一； 它自身带氧
（ 含氧质量分数为 34． 8% ） ，具有富氧燃烧特性。
所以二甲醚能充分燃烧，燃烧产生较少的碳粒和
微粒，锅炉炉膛内不易结渣，炉膛内部便于清洁，
燃烧后传输管道中不易有残留物质； 二甲醚不含
S，N 等元素，则不产生二氧化硫和氮氧化合物等
（ 2） 燃油产生的油污，使飞灰表面的粘性增 大，引起油雾堵塞，导致滤袋的固有阻力增加，即 便采用强力清灰也难清除，长此以往，袋式除尘器 运行阻力越来越高，造成含尘气流过滤不畅，严重 影响机组的出力和电耗。而滤袋在袋式除尘器的 投资和维护费用中，所占的比例相当大，滤袋过早 失效，将给火电厂带来高额的除尘器维护费用。对 于电除尘器，投油燃烧产生的油污也会影响电除尘 器的伏安特性和火花放电电压等。所以，许多电厂 都规定在锅炉点火或投油工况下禁止投运除尘器， 导致火电厂在投油燃烧时，烟尘排放量严重超标。
Application of Dimethyl Ether as Alternative Fuel for the Boiler Ignition and Stable Combustion
LIU Ya-ling1，2 ，SONG Chen2 （ 1． Sichuan Special Equipment Inspection Institute，Chengdu 610000，China； 2． School of Power Engineering ，Chongqing University，Chongqing 400041，China）
1 方案可行性分析
1． 1 技术可行性
二甲醚是一种最简单的醚类化合物，在常温 常压下为气体，在中等压力（ 约 0． 5MPa） 下为液 体。液体二 甲 醚 无 色、有 轻 微 的 醚 香 味、无 毒、 不致癌、不 致 变、腐 蚀 性 小； 在 大 气 中 不 会 发 生 光化学反应，因而不会对臭氧层造成伤害； 在空 气中存在一般不超过 24 h 就会降解，对环境无 污染； 常温 下 二 甲 醚 具 有 惰 性，不 易 自 动 氧 化， 但 在 辐 射 或 加 热 条 件 下 可 分 解 成 甲 烷 、乙 烷 、甲 醛等。目前国内外制取二甲醚的方法主要有一 步法、甲醇气相脱水法、生物制法、CO2 加氢法、 催化精馏法等。现今锅炉点火及稳燃用油主要 是重油、轻 柴 油 等，而 轻 柴 油 由 于 其 采 购 较 方 便，所以更常用。
2 环保可行性分析
锅炉点火及稳燃燃油会带来的一系列的环保 问题：
（ 1） 因油燃烧时，燃油中含硫量几乎全部转 变为 SO2 ，燃油的烟气中，灰分含量很少，对烟气 中硫酸蒸汽的吸附能力很弱。燃油中含氢量较 高，约为 11% ～ 14% ，则每 t 燃油燃烧能生成 1 t 左右的水蒸汽，烟气中水蒸气的分压较高，从而导 致大量的水蒸气和硫酸蒸汽在尾部受热面处凝 结，造成严重的低温腐蚀。
（ 3） 对于石灰石湿法脱硫系统，锅炉在点火 及稳燃投油燃烧时，其未燃尽的成分会随烟气进 入脱硫装置的吸收塔，在与浆液接触洗涤的过程 中，烟气中的油污被洗涤到吸收塔浆液中，使吸收
塔浆液中的有机物含量增加，形成泡沫，并且油污 也阻碍了吸收塔内石灰石颗粒的溶解，使浆液中 的 pH 值降低，影响吸收塔内硫和钙的化学反应， 进而影响脱硫效率； 同时，油污也降低了脱硫副产 品石膏的白度和纯度，增加脱水系统管路堵塞、结 垢的可能性。为此，火电厂都设置有烟气旁路系 统，在投油燃烧的情况下，使烟气改道，导致火电 厂废气排放严重超标。
第 41 卷 第 8 期 2013 年 8 月
Vol． 41 No． 8 Aug． 2013
发电技术
二甲醚（ DME） 替代燃油供锅炉点火稳燃
刘亚玲1，2 ，宋 陈2
（ 1． 四川省特种设备检验研究院，成都 610000； 2． 重庆大学 动力工程学院，重庆 400041）
摘 要： 提出了用二甲醚（ DME） 替代燃油作为锅炉点火及稳燃燃料的技术方案，并对其技术可行性、经济可 行性及环保可行性进行了初步分析。阐述了分析结果。 关键词： 二甲醚； 锅炉稳燃； 节能减排 作者简介： 刘亚玲（ 1990-） ，女，从事锅炉设备技术优化工作。 中图分类号： TK16 文献标志码： A 文章编号： 1001-9529（ 2013） 08-1751-04 基金项目： 江西省科技计划项目（ 20122BBG70087） ； 教育部留学回国人员启动基金； 高等学校博士学科点专项 科研基金（ 20100191120017）
( 2) 设置气化装置 二甲醚在进入燃烧器前，需转变为气体后，再 进行燃烧。二甲醚储罐离锅炉较远，需用管道供 应二甲醚，采用强制气化方法，汽化器可采用水热 式汽化器，也可设置简单的受热面形成简易水热
刘亚玲，等 二甲醚( DME) 替代燃油供锅炉点火稳燃
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式汽化器，另化学性质对照表物性二甲醚号轻柴油ch37127514606266834962898031915220180551425011248428345145883128化学式分子量正常沸点爆炸极限空气中蒸汽压20mpa气化潜热对水的相对密度对空气的相对密度液态密度20十六烷值理论空燃比kgkg理论空气量低位发热mj发热量所需理论空气量理论烟气量150绝热燃烧温度二甲醚燃烧系统图火电厂锅炉点火系统组成简单若火二甲醚替代燃油作为点火和稳燃燃料对其主要设备无需做过多改动且燃气点火过程比燃油点火过程简单二甲醚的性质和锅炉点火用油接近锅炉点火油系统的一些基础设施也可用于二甲醚