关于水煤浆在工业锅炉中的应用前景

第21卷第2期中国锅炉压力容器安全能与安全关于水煤浆在工业锅炉中的应用前景卜银坤(北京合鼎动力执术有限责任公司北京100012)摘要通过对水煤浆热水锅炉的设计实践,认为:只要严格按水煤浆燃料的特性参数进行专业设计水煤浆锅炉能够做到高效燃烧、髙效换热、密封岀灰除尘、安全连锁、全自动控制;水煤浆将会使一些工业锅炉廉价走向环保;水煤浆必将成为工业锅炉的主燃料。关键词水煤浆工业锅炉应用前景1前言表1常用燃料的环保性、经济性及政策支持性中国研究开发水煤浆技术始于20世纪80年代(其中价格是按2000年北京地区市场价格)初,经过20多年的努力,目前我国的水煤浆技术已经能源种类项达到国际先进水平。水煤浆具有成本低、燃烧效率水煤浆标准煤重油轻柴油煤气天然气高、容易实现低排的要求,还可以替代油燃料。我发热量国水煤浆已在一些电厂和工业炉窑中应用,取得了MNm209109313984159|359360显著经济效益和社会效益。MI Wh)价格元kg0.350.301703200901800472水煤浆简介或/m3)水煤浆是将煤研磨(通常为湿法研磨)成价格/单定粒度(平均粒度为50μm左右),与水按一定的位热值002001004080.06005013(元/MD)质量比例混合[煤:水=(65-70(29-34)],再添加燃烧%9965-758-999少量的添加剂(1%左右),经过强力搅拌而形成的煤水两相流浆体3]。整个过程是在常温下进环保达达标不达标达标达标达标达标达标标性行的,不仅保持了煤炭原有的物理特性,而且具政策支鼓励限制不鼓励不鼓励不鼓励鼓励不鼓励有良好的流动性和稳定性,能够像燃料油那样持性易于装卸、贮存、管道输送及雾化燃烧,可以广泛应用于工业炉窑、工业锅炉及电站锅炉中,其3目前水煤浆工业锅炉存在的主要问题中超低灰水煤浆还可以直接代替油燃料而应用水煤浆的制浆和燃烧技术虽然比较成熟,但在于柴油机和燃汽轮机。中小型工业锅炉中的应用却很少,究其原因,主要有水煤浆一般由低灰、高发热量、高挥发分的以下几个有待完善的技术问题原煤或洗选精煤加工而成,其在燃料家族中的1)锅炉的炉型和结构设计大都是在原层燃煤环保性、经济性和政策支持性见表14。炉的基础上略加改动而成,没有真正按水煤浆的特由表1可见:在等热值条件下,价格从低往性参中国煤化工定、锅炉启停性差等高的燃料依次为标准煤、水煤浆、重油、天然特点CNMHG气、煤气、轻柴油、电;水煤浆是性价比较好的2)水煤浆燃烧机的煤浆雾化效果及其和旋流环保洁净燃料。燃烧空气的混合、配比的可调性较差,造成燃烧火炬66·中国锅炉压力容器安全第21卷第2期不能稳定地处于理想状态。表3锅炉热力计算典型数据汇总3)供浆管道和气化介质管道的设计不够合理,项目燃烧辐射室蛇形管空气预热器对流区对流区影响锅炉的启停性和负荷的可调性。φ5l×3.0;451×4.04)锅炉运行中的灰尘清除、排烟除尘及脱硫不换热管规格/md63.5×40d32×3.0ψ32×3.0够彻底,造成排放达标不理想,从而严重制约了锅换热面积/m21260407115.68炉的应用范围。烟气流通截面积/m25.90492.22242.1564烟气流速/(m/s)15522气流通截面积/m0.13594Ⅱ型水煤浆热水锅炉简介空气流速/(m/s)1607771)结构、参数及热力计算有效容积/m3642具有代表性的∏型42MW水煤浆热水锅炉,结构见图1,主要设计参数见表2,热力计算汇总见表3。入口烟温P℃C1778.5269(理论燃烧温度)/913.630829000出口烟温/C913.6308290.00001680000入口介质温度出口介质温度r℃吸热量/kW2533.194161154752551373345热流密度/(kW/m)8458012.78592.36042)产品结构设计的特点(1)按水煤浆收到基参数进行设计6严格按选定的山西大同A噩原煤加工成的水煤浆收到基参数进行设计(水煤浆的详细数据见热力计算书),计算的程序及方法按世界许多国家目前仍在采用的参考文献5]进行(2)采用无锅筒强制循环方式出口水温95℃以下的热水锅炉,国内外大多采用无锅筒强制循环结构,其最大特点是,省去锅图1QXS42-1,255/0-A"水煤浆热水锅炉结构示意图筒,使结构变得简单、体积小、成本低,更重要的1全密封出灰装置2非金属固定炉排3水煤浆燃烧器接口4点火温度传感器安装孔5观火孔6旋焰墙7辐射受热面是,强制循环可获得较大的传热系数和较高的运8折焰墙9平台和扶梯10.主集气罐11.热水出口阀门行安全性。12副集气罐13防爆门14炉膛烟气出口15对流受热面(3)采用∏型锅炉结构16回水人口阀门17.空气预热器18烟气出口∏型锅炉结构在大型动力锅炉中应用较多,水表2QXS42-1259570-A锅炉主要参数煤浆在这种炉型中相对容易获得好的运行效果。需名称数值名称数值要强调的是:在锅炉炉膛底部的煤浆着火区,水冷度额定热功率MW42炉膛容积/m326.42应接近于0,同时在煤桨喷射前方一定距离应有热反额定工作压力MPa1251炉膛平均截面积m2水压试验压力MPa1.65辐射受热面积/m2射墙,使热烟气得以卷吸回流,以便于水煤浆预热、额定出水温度r95对流受热面积/m212604蒸发和着火;燃烧室的几何形状,应有利于火焰对炉额定回水温度r℃70设计燃料山西大同An膛核安的盒度应保证燃料在其出口前原煤水煤浆完中国煤化工设计排烟温度/C160额定燃料消耗量(kgCN,M含其储热的一部分Q快殳计热效率/%88‖外形尺寸/重量/m)65×4.0×7.5/55锅炉容水量/g200最大运输件尺寸速反射给刚喷入的煤浆,以满足水煤浆预热、蒸发、重量/(m/)60×4.0×30/11着火所需要的着火热Q,而且能够使煤浆着火后的第21卷第2期中国锅炉压力容器安全67·高温火焰和烟气旋转上升,使一次风和可燃物充(8)采用全密封出灰装置分混合,从而提高燃烧速度和燃烧效率,同时也大全密封出灰装置不但能密封出灰,而且可以现大提高了火焰对炉膛的充满度。当然,煤浆着火场装袋,现场封口并移储,把原本是污染的废弃灰尘后,其释放热量的一部分Q将辐射并储存于旋焰变成了价格不菲的建筑材料,可谓一举两得。墙中。在稳定燃烧情况下,旋焰墙的温度为800℃左右,而且在任一△时间段内,Q=Q=Q。只有Q、Q、5结论Q处于热平衡状态时,水煤浆才能不断喷入,不断1)水煤浆是节能、环保、性价比较高的洁净煤及时着火和燃烧,锅炉才能维待正常和安全运行。燃料,可以像油一样方便地分散使用,必将成为分散图1中的折焰墙是将高温火焰或烟气逼向燃烧室性较强的工业锅炉的主燃料。前顶部,防止走近路离开炉膛,进一步提高了火焰2)了解并掌握水煤浆的特性,利用它可以替代和烟气对炉膛的充满程度,对燃料燃尽和炉内换一些锅炉的油燃料。使锅炉不但廉价而且环保。热都是十分有利的3)水煤浆锅炉系统的设计,能够做到高效燃(4)实现全程逆流换热烧、高效换热、密封出灰除尘、安全连锁、全自动本锅炉采用∏型结构,又采用强制介质大循控制,这也是一些中小型工业锅炉走向环保的环方式,给全程逆流换热创造了条件。全程逆流捷径。换热,不但可缩小主机体积、降低钢材消耗,而且4)进人WTO以后,国内外产品竞争主要表现可以获得较低的排烟温度,从而提高热效率、节在:先进的设计技术,精确的制造技术,在线监测并约能源。分析技术和安全联锁自动控制的运行技术。相信(5)采用整体横置空气预热器水煤浆工业锅炉,特别是设计合理的水煤浆工业锅对于水煤浆这种含水35%,难着火、燃烧不易稳炉,一定会成为环保型工业锅炉中的主体。定的具体情况,设置空气预热器是十分必要的。本产品采用了整体横置式空气预热器,其本体和锅炉参考文献底座一体化,空气在管内走,烟气在管外走,换热管岑可法,等煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用技端完全置于锅炉后部的左、右两侧。这种结构不但术杭州:浙江大学出版社,1997便于检修,而且由于横向冲刷换热,所以还可以获2崔秀玉水煤桨制浆、燃烧、应用洁净煤技术,水煤浆专得较高的换热系数刊,2002(6)采用耐火非金属固定炉排作为炉底结构3张荣曾水煤浆制浆技术北京:科学出版社,1996水煤浆点火是一大难题,燃烧器附近的炉膛4卜银坤浅谈使用天然气的安全性、环保性、经济性、方便温度必须在600~80℃时才能将煤浆喷入着火燃性工业锅炉,2002(1)烧,另外,在不影响炉膛正常燃烧的情况下,不但5北京锅炉厂设计科译锅炉机组热力计算标准方法北京要及时清除积灰,而且炉底结构也是值得重视的。械工业出版社,1976(收稿日期2004-07-23)采用耐火非金属固定炉排,可以把高价复杂的油点火过程简化为低价简单的人工炉排上加煤或木书讯柴加热点火过程,还能为安全密封清灰创造条件。特种设备检验检测机构质量管理体系要求15.00元木柴或原煤点火,是水煤浆锅炉行之有效的点火特种设备检验检测机构鉴定评审细则26.00元方法。特种设备检验检测机构核准规则26.00元(7)采用现场模板制作的钢筋耐火混凝土墙体工中国煤化工46.00元本产品炉墙采用钢筋耐火混凝土结构,现场制*《铺CNMHG判》作模板,一次浇铸,上下与集箱衔接处采用石棉绳《锅炉安装监督检验规则》解析8.00元或其它弹性耐热材料填充,可靠性强。