水煤浆燃烧技术在胜利油田的应用

研究与开发·水煤浆燃烧技术在胜利油田的应用23文章编号:004-8774(200503-2304水煤浆燃烧技术在胜利油田的应用吴东垠李吉武2许晖〔Ⅰ.天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津3000722胜利发电厂东营2570873.辽宁机电职业技术学院丹东118002)The Application of Liquid Coal SlurryCombustion Technology in Shengli Oil Field第一作者:吴东垠1966-),男,内蒙赤峰WU Dong-yin LI Ji-wu XU Hui人博士,主要从事电站1. State Key Laboratory of Engines Tianjin University Tianjin300072 China;锅炉的运行和诊断及液2. Shengli Power Plant Dongyin2357087, China3. Liaoning Mechanical and体燃料的燃烧等工作。Electrical Professional Technical College Dandong 118002 China摘要水煤浆燃烧技术主要包括两种型式即水煤浆雾化-悬浮燃烧和水煤浆流化床燃烧技术目前在胜利油田以上两种水煤浆燃烧技术均有运行的实例。文章比较了两种燃烧技术的优劣水煤浆流仳床燃烧技术实现了水煤浆的低温燃烧解决了水煤浆雾化-悬浮燃烧带来的易于结焦、运行不稳定等问题同时抑制了热力型NO、的生成与排放系统简单成本低具有较多的优势。文章推荐水煤浆流化床燃烧技术。关键词水煤浆雳化结焦流化悬浮燃烧中图分类号IK229文献标识码1前言行业,节约和替代燃料油的目标是1500万石油是重要的战略资源历来被世界各国所重胜利油田作为中国的第二大油田,年产原油约视。自1993年起中国就成为石油净进口国,到27Mt而在生产和生活上每年要消耗原油达96万2003年中国的石油进囗量已猛增到9114万+。t这相当于一座中小型油田的年产量。为了有效利预计到2020年中国对国际石油市场的依赖程度将用宝贵的石油资源减少工业生产和生活对石油资高达50%不但外汇压力很大而且对中国国民经源的不合理消耗提高企业经济效益胜利石油管理济的发展和经济安全产生重大影响。如果没有非常局早在1994年就对两台容量分别为3MW和7MW重大的勘探发现在可预见的将来冲国原油供给不的筒型盘管燃油热水锅炉进行了水煤浆改造试烧工会有明显的增加年产量大概会在1.6-1.7亿t之作,采用雾化燃烧方式作了很好的技术储备。间而随着国民经济的增长预计2005、2010、20152000年胜利电厂与东北电力学院合作成功地开发年中国原油消费将达到2.43亿t、2.%6亿t和3.6了水煤浆流化床高效低污染燃烧技术200l年8月亿t石油短缺在中国已成为不可回避的严峻现实。底新上1座年产0.5Mt的水煤浆厂并对生产和生目前全国每年用在发电、石油化工和其它行业的工活用燃油锅炉房进行大面积技术改造并取得了成业炉窑的燃油消耗量约40005t约占全国石油消功积累了许多宝贵经验耗量的1/5。为此中国提出了在十五”期间的节2中国煤化工油具体目标“到2005年在工业增加值平均增长CNMHG流体燃料水煤浆的制10%的情况下,节约和替代石油2000万t"。其中备和燃烧技术是以煤炭代替石油的一项重要的成熟电力、石油化工、钢铁、建材和化工五大重点用技术以煤代油已列为我国的一项基本能源政策。最早研制的是油煤浆大约49%的固体煤与油混合收稿日期2004-1222而成其中包括2%~4%的煤中内在水分与0.15%24工业锅炉2005年第3期总第91期)0.20%的化学添加剂油煤浆是上世纪70年代在220th级电站锅炉等燃烧水煤浆就是典型的范例。美国发展起来的一种以煤代油的新型洁净燃料洏而200年胜利油田应用水煤浆雾化-悬浮燃烧技真正实现商业化的是日本,由于油煤浆中煤含量最术对5座采暖锅炉房的8台锅炉进行了改造并新高只能达到50%使用油煤浆代油只能用煤取代油增4台锅炉共计13台当年冬季燃烧水煤浆2.3耗的35%1979~1981年瑞典、美国率先研制成功万t从运行实绩来看该技术还需要不断完善,完全不用油的水煤浆,由60%左右的煤粉、35%左水煤浆流化床燃烧技术是近年才发展起来的新右的水和1%左右的添加剂通过物理加工而成,具型燃烧技术由胜利石油管理局胜利发电厂水煤浆有象油一样易于装卸、储存、泵送及直接雾化燃烧等锅炉改造技术开发部与东北电力学院共同研制开特点23作为燃料,它不仅具有价格低廉燃烧稳发该技术2001年开发成功,并获得了国家专利定、燃烧效率高的优势洏而且还具有降低污染物排00年在胜利油田得到了较大规模的推广全油田放、节能和环保效益好等优点是一种理想的代油燃垬计改造和新增锅炉20台(个别锅炉由雾化-悬料,可广泛应用于工业锅炉、民用锅炉、工业窑炉及浮燃烧改为流化床燃烧)总容量达300u/h,当年燃电站锅炉市场前景十分广阔。水煤浆技术旨在最烧水煤浆6.54万大限度地发挥煤作为能源的潜能作用同时又实现3.1水煤浆雾化-悬浮燃烧最少的污染物排放达到煤的高效、清洁利用的目目前水煤浆雾化-悬浮燃烧方式在75t/h及的220t/h级以上的电站锅炉上已获得成功应用在工我国从上世纪80年代初开始水煤浆技术的研业锅炉上也是成功的但仍存在一些问题。在1994究工作国內最早研制油煤浆的是中国科学院并在年胜利石油管理局对两台容量分别为3MW和鞍山电站燃油锅炉上进行了油煤浆旳燃烧中试,Mw的筒型盘管燃油热水锅炉进行水煤浆改烧工1983年通过国家鉴定。中国政府十分重视这项技作就是采用雾化燃烧方式图1是工业锅炉的水煤术成立了国家水煤浆研究工程中心”组织了几浆雾化-悬浮燃烧系统流程图。十家单位经过20多年的研究、开发与工业实践其在图1中储油罐3和供油泵4用于启动点火,中包括4个五年计划的攻关在电站、炉窑和工业锅储浆罐5、供浆泵6和过滤器7组成的供浆系统与炉代油燃烧水煤浆制气旳硏究开发及工程实践方空压机1和储气罐2组成的供气系统在燃烧器附近面取得了突破性进展,在制浆工艺、添加剂、储存和通过气动雾化喷嘴喷入燃烧室除灰系统包括尾部运输、燃烧工艺和技术等方面均取得了多项成果。烟道的除尘器和炉底的灰渣斗和捞渣机在后面的中国在水煤浆制备和燃烧旳硏究开发及工程实践方谂述中可知水煤浆流化-悬浮燃烧技术不需要炉面取得了很大进展成为目前理想的代油燃烧技底的灰渣斗和捞渣杋这是水煤浆流化-悬浮燃烧术4。随着技术的不断发展在制浆成本有所下降技术的优点之的情况下燃油锅炉改烧水煤浆技术也日益成熟特别是目前石油价格居高不下,为全面推广水煤浆代油技术创造了条件也为水煤浆的发展带来了新的eJ契机。3水煤浆燃烧技术的比较水煤浆燃烧技术主要包括两种型式即水煤浆5′1314雾化-悬浮燃烧和水煤浆流化床燃烧技术,目前在图1水煤浆雾化一悬浮燃烧系统流程图胜利油田以上两种水煤浆燃烧技术并存同时运行,I-空压机2-储气罐3-储油罐4-供油泵如胜东社区共4台采暖锅炉其中两台锅炉采用水5储错K世,7过滤器8-燃烧器煤浆雾化-悬浮燃烧技术两台锅炉采用水煤浆流中国煤化工10除尘器11灰渣斗化床燃烧技术,下文将比较两种燃烧技术的优劣。CNMHG引风机15烟囱水煤浆雾化-悬浮燃烧应用较早也是传统的水煤浆雾化一悬浮燃烧方式具有如下优点水煤浆燃烧技术在75Uh及220h级以上的电站1)燃油锅炉改烧水煤浆时不需要新增场地锅炉均有成功的先例山东白杨河电厂、北京燕山石无需复杂的供煤和制粉系统,设备改造量小投资化公司第三热电站、茂名电厂、汕头万丰热电厂少见效快经济性好是石油的理想替代燃料研究与开发·水煤浆燃烧技术在胜利油田的应用25(2应用于电站锅炉时燃烧效率在98%以上,10锅炉效率达到90%~91%负荷调节范围为40%l00%具有与同容量电站煤粉锅炉相当的燃烧性能3)工业锅炉的水煤浆燃烧效率达90%99%锅炉效率达80%~90%。对于改造的锅炉般都能达到油/浆两用要求但其出力有一定的差别燃油时能达到满出力燃烧水煤浆时原设计为图2水煤浆流化床燃烧系统流程图燃油的锅炉一般能达到80%以上的出力原设计为1-储浆罐2-供浆泵3-储油罐4-供油泵5-粒化器6-水煤浆悬浮-流化床锅炉燃煤的锅炉能够达到满出力。7-热烟气发生器8-油枪9-鼓风机10除尘器但该项燃烧技术在小吨位的工业和民用锅炉上引风机12烟囱改造应用后却带来了一系列的问题主要是灰和渣水煤浆流化床燃烧方式主要有以下优点的处理问题相对比较困难工人的劳动强度大容易1)实现了着火燃烧后的水煤浆颗粒团的循环造成环境污染其次燃烧稳定性和负荷调节性能较燃烧与可燃气体的燃尽具有较高的燃烧效率燃烧差正因为存在以上技术问题加之受当时原油价格效率可达98%以上等因素的影响,该技术一直未在胜利油田获得大面2)实现了水煤浆的低温燃烧解决了水煤浆积推广悬浮燃烧带来的易于结焦运行不稳定安全性差的3.2水煤浆流化床燃烧技术问题保证了被改造锅炉的出力同时抑制了热力型2000年5月受当时国际市场上原油价格大幅NO的生成与排放飙升的影响胜利石油管理局委托下属二级单位胜3)含有石灰石成分的媒体物料辅之低温燃利发电厂对胜南社区南苑锅炉房5℃14MW)锅炉进烧技术实现了水煤浆燃烧过程中的直接脱硫,减少行水煤浆代替渣油的试烧改造工作于2001年成功了SO,的排放脱硫系统简单、成本低进一步提高的开发了水煤浆流化床高效低污染燃烧技术200了水煤浆的环保效益年利用该技术对所属的滨南胜滨锅炉房、纯梁纯绣(4)负荷调节特性好可在110%~30%额定负锅炉房、河口南区锅炉房、河口东区锅炉房等的锅炉荷范围内稳定运行。水煤浆雾化-悬浮燃烧方式对进行了水煤浆锅炉改造,该项技术在国内外居于领水煤浆的雾化要求较高由于雾化煤浆杂质等原先地位。因易发生燃烧恶化甚至灭火的情况应用该项技术水煤浆的流化床高效低污染燃烧的杋理就是:可以使上述情况得以彻底改观。在流化床內添加一层惰性物料这层惰性物料经过(5)对不同品质的水煤浆适用性强从而满足加热后成为具有一定热容量的热床体此时加入燃水煤浆品质波动的要求。避免了因水煤浆粘度、粒料当具有一定热容量的惰性物料在床体内上升到度、杂质等因素造成的浆枪出力变化、枪头堵塞,甚定温度并达到燃料的着火热时,燃料开始着火燃至灭火等的发生因此降低了制浆成本烧并释放热量。水煤浆采用粒化器粒化方式采用6)锅炉运行参数稳定操作简单,燃烧效率气携雾化机理粒化风压仅为5000-8000Pa压力高适用范围广适合各种参数的水煤浆锅炉。较低常压供浆水煤浆的粒度可调,直径范围为2(7)锅炉启动迅速、节油,负荷响应能力强,可lomm对水煤浆的要求不高比雾化喷嘴的可靠实现运行过程的压火再启动无需用油,适用于锅性明显提高炉频繁启动的要求图2是应用水煤浆流化床高效洁净燃烧技术的3.3两种水煤浆燃烧技术的对比性分析锅炉系统流程图,它由水煤浆储存、供给系统点火中国煤化工浆流化床高效洁净燃系统风烟除尘系统组成与水煤浆雾化-悬浮燃烧烧CNMHG-悬浮燃烧方式相比系统〔如图1)相比不需要空气(或蒸汽)雾化系燃烧室强度増大改造后锅炉的岀力降低少甚至可统、水煤浆过滤系统、高压供浆系统和除渣系统等,以不降低岀力其次不发生灭火放炮等事故提高大幅度地简化了运行环节,提高了系统的可靠了燃料在炉膛内的安全性。性水煤浆流化床燃烧技术对水煤浆没有雾化要工业锅炉2005年第3期总第91期)求对水煤浆的粒度和质量要求也不高省略了燃烧问题就目前的运行状况而言可以保证一个采暖期器与雾化浆枪不需要复杂的雾化空气系统和高压(4个月)以上目前该技术仍在完善之中。力的供浆系统及过滤器等设备无需水力或其它的4结论除渣设施系统简单可靠简化了运行操作降低了胜利油田近两年部分燃油锅炉改烧水煤浆后劳动强度降低了运行成本和一次性投资费用。可替代原油和重油25万t经济效益十分显著特别对于中小型锅炉〔尤其对于改造锅炉)燃烧水是在目前国际原油价格持续攀升具有更重要的现煤浆面临的锅炉结焦、燃烧不稳定、除灰、除渣及稳实意义,燃室强度等技术难题不是水煤浆在小型锅炉应用水煤浆燃烧技术主要包括两种型式即水煤浆中才发现和存在的问题其实小型锅炉直接燃烧煤雾化-悬浮燃烧和水煤浆流化床燃烧技术目前在粉也会遇到类似的难题。在燃烧过程中尤其在小胜利油田以上两种水煤浆燃烧技术并存水煤浆流空间燃烧过程中很难解决好燃烧稳定和防止结焦ˆ化床髙效洁净燃烧技术优势较多建议推广该种燃这对矛盾结焦是由于燃烧温度、空气动力场和炉膛烧方式空间等因素决定的而为使水煤浆稳定、可靠地在锅参考文献炉炉膛中雾化燃烧褀燃烧温度一般控制在1500~[Ⅰ]凃玉髙杨玉峰.中囯石油安全战略构想J]中囯能l600℃已超过灰的熔点温度极易造成结焦。这源,2004,26(8):49难题的解决与否是中小锅炉能否连续稳定运行的[2l健雄毛健全赵树民煤的清洁燃烧M]北京:科关键,目前胜利油田正对水煤浆雾化-悬浮燃烧方学出版社1998式进行改进包括加装稳燃室和炉保等目前正在完3瑞典皇家科学院苏联科学院.煤炭的广泛利用对环境的影M]北京:中国环境科学出版社J990善之中。而水煤浆流化床高效洁净燃烧技术避开了[4谵詹隆,中国水煤浆技术的发展[J]煤炭科学技术,这一难题因此胜利油田新改造和新上的锅炉均采199624(4)10-13用水煤浆流化床燃烧技术。[5]马玉峰李建强万启科等.水煤浆燃烧技术及其发展当然水煤浆流化床高效洁净燃烧技术还存在[J]洁净煤技术2003,93):13-17风帽和炉墙磨损等问题这也是流化床锅炉常见的上接第20页)改造其中包括29MW大型热水锅炉5台14MW以项就可实现十几亿元并可减轻环境污染的压力,下热水锅炉共计改造20多台。都取得了令人满意社会效益和经济效益十分可观。如果将该项技术推的效果。广、应用到锅炉产品的设计、制造上不但可以推动可调式锅炉炉拱的主要特点及技术创新在于整个锅炉行业产品的技术进步提升锅炉产品的科“煤变、拱变烟气在前拱上的撞击点不变"。锅炉技含量和高附加值还会为制造厂创造丰厚的利润,炉拱向万能型”多煤种的方向迈出了坚实的一步,同时必将为我国的节能事业和创建节能型社会做出结束了锅炉炉拱固定不变的历史,为锅炉结构设计贡献及产品进步提供了一项先进技术。为在用锅炉节能5结论改造提供了一项切实可行的办法为节约能源改善应用可调式锅炉炉拱这项专利技术对在用工环境事业的不断向前发展将起到推动作用做出应业锅炉的煤种适应性及节能技术改造获得成功。在有贡献。辽宁、内蒙等地对不同型号、不同容量的锅炉进行了中国煤化工CNMHG