4.2MW燃水煤浆热水锅炉的开发

研究与开发4.2MW燃水煤浆热水锅炉的开发文章编号:1004-8774(2004)03-29-034.2MW燃水煤浆热水锅炉的开发张智刚,唐强,朱文蓓,曹子栋(西安交通大学能动学院,西安710049)摘要:介绍了4.2MW燃水煤浆热水锅炉的结构、设计运行参数、锅炉的工作过程先进性。研究结果对水煤浆锅炉的开发与设计提供了可靠的理论依据与数据。关键词:热水锅炉;水煤浆;设计中图分类号:TK229文献标识码:A第一作者:张智刚2002年Development of 4. 2MW Coal-Water Mixture毕业于西安交通大(CWM) Fired Hot-water boiler学热能工程系并免试攻读硕士研究生。主要从事锅炉ZHANG Zhi-gang, TANG Qiang, ZHU Wen-bei, CAO Zi-dong设计,电站锅炉气( Energy and power College, Xian Jiaotong University,Xian710049, China)包在线监测系统,烟气脱硫脱氨等研Abstract: The paper introduced construction, design and operation parameters,work究,目前已在国内processes and strongpoint of4. MW CWM fired hot-water boiler. The study results would pro-外发表论文6篇vide reliably theoretical basis and datum for the developing and design for CWM boilerKey words Hot Water Boiler; Coal- Water Mixture; Design1引言燃用水煤浆,已达到了长期连续运行,并且有明显的随着我国工业化进程的加快,未来我国对能源环保和经济效益的需求将呈强劲增长态势。在我国的能源资源中,2CWM(Coal- Water mixture)的擷目前探明可使用的煤的储量约为2万亿吨,预计可CWM是将煤粉碎到80%通过200目(74mm)使用500~700年。而石油探明可使用的储量则仅后,以65%~70%不同粒度分布的煤粉、30%~够使用20~30年。在未来的几十年内,我国石油的35%的水和约1%的表面活性剂制成的一种流动性供需缺口将越来越大。因此,为缓解我国石油进口良好的流体,其发热量低于煤粉,而粘度比重油有很压力,保障能源与经济安全,亟需从我国经济发展全大的改进。局出发,结合我国资源、技术和经济条件,寻求行之CWM的基本特点如下有效的燃油替代技术。水煤浆是一种很好的代油燃(1)在使用管理方面,作为一种液体燃料.与煤料,水煤浆技术是我国现阶段成熟的可以推广的粉相比,管道输浆具有运量大、投资少、损耗少、不占项代油、环保、节能技术。我国水煤浆代油市场潜力地,其储藏性和运输性要好些;巨大。据统计,全国锅炉烧油量约为40Mt/a,用户(2)没有煤的自燃、煤粉爆炸等危险,可作为分布在电力、化工、冶金等行业。如果能够推广水煤种安全燃料浆技术,则其经济效益和社会效益都是巨大的,并且中国煤化工直接(喷雾》燃烧;会增强我国能源工业独立自主的能力,对经济建设和国家发展有不可估量的作用。现在全国已有十余化、心NMHG重油那样进行负荷变台水煤浆专用锅炉和几十台燃油或燃煤锅炉改造成3锅炉结构锅炉采用双纵锅筒D型布置,采用负压室燃燃收稿日期:2003-12-18烧方式,以水煤浆为燃料。锅炉右侧为燃烧室,由于工业锅炉2004年第3期(总第85期)水煤浆火炬要求有一定的长度,所以需要燃烧室的锅炉采用平衡通风,空气经鼓风机,以旋风的形长度较长,约为4.5m。在锅炉前部增加—个碹口作式通过燃烧器送入炉膛,加强炉内气流的扰动和混为稳燃源,水煤浆雾炬由前墙雾化喷嘴喷λ,在燃烧合,减少锅炉旳燃烧损失。从锅炉岀来旳烟气进入器旋风的配合下,在燃烧室完成燃烧。燃烧室四周空气预热器、除尘器,最后通过引风机、烟囱排入大布置水冷壁受热面(炉底耐火材料的辐射有助于水气。煤浆的着火),主要以辐射换热方式吸收烟气的热在锅炉前墙中心布置一只旋流燃烧器,燃烧器量,燃烧室的长度足够保证燃料完全燃尽,从炉膛中心管內布置水煤浆喷枪。为了保证燃料的着火燃分离下来的灰落入下部的灰斗內,燃烧产生的烟气烧和火焰的稳定,设计采用撞击式雾化喷嘴和轴流经过转向室进入锅炉左侧的对流管束,然后排岀锅式旋流燃烧器炉。为了加强对流換热效果将对流烟道分隔成两4锅炉主要设计参数个(烟气)回程,提高了烟气的流动速度,达到了很好锅炉主要设计参数见表1、表2、表3。的冲刷效果(如图1)表1锅炉额定参名称符号额定热功率Q额定出水压力MP额定出水温度额定进水温度表2锅炉热平衡计算结果名称符号单位结果炉膛出口过量空气系数燃料输入热量kJ/kg18900.0排烟温度冷空气温度排烟热损失机械不完全燃烧损失化学不完全燃烧损失灰渣热损失散热损失锅炉热效率保温系数0.973锅炉有效利用热kJ/kg4188.5图1锅炉结构简图燃料消耗量903.6表3热力计算结果汇总名称单位炉膛对流管束1对流管束2空气预热器受热面积进口烟温970.0出囗烟温970.0466,0260,0150.0烟气流速17.4工质流速传热系数kw/(m C)0.0650.0570.039平均温差V凵中国煤化工115.0吸热量10251.3CNMHG870.65锅炉特点(2)此锅炉茧然是目然循环锅炉.但经过水动(1)如图1所示,快装锅炉结构简单、紧凑,便力计算得知,下降管、上升管具有较大的工质流速,于加工、运输,锅炉锅筒合理偏置,解决了锅炉锅筒远远超过它的安全水速;而且平均水温具有90C的与对流管束焊接时直管段长度不够的问题。欠焓,管子岀口水温具有80C的欠焓,可见此锅炉·供热工程天然气热电冷三联供的探讨具有良好的循环工况度水平比燃煤粉低200℃左右,并使炉内呈还原性(3)用空气预热器代替省煤器,空气预热器设气氛,NO3排放也很低(如表4所示)。计成多回程逆流型式,换热效果好,体积小,紧贴在(5)燃烧效率达96%~99%或更高,锅炉效率锅炉后墙,使整个锅炉尺寸变小在90%左右达到燃油锅炉等同水平。燃烧调节方(4)水煤浆的原料是经过洗选的,含灰和硫都便,运行稳定可靠,一般50%负荷均可稳定燃烧。大为降低,大量水分的存在降低了炉内温度,总体温表4污染物排放环保指标渣含碳量灰含碳量除尘率烟尘排放SO排放NOx排放mg/m4,39(北京标准150)(北京标准300)北京标准6506锅炉运行效果及灰渣清理200h,燃料消耗量按0.9t/h,则节约燃料费约为47锅炉用燃油直接点火,等到整个燃烧室升温至万元/a(如表6)800℃以上后,直接将水煤浆喷入,水煤浆被燃油的如果大型电厂自行制浆,其水煤浆的成本可大明火直接点燃。旋流燃烧器具有良好的回流特性,为降低,可以节省大量的运行费用。大量的高温回流烟气可以保证水煤浆的稳定着火和表6不同锅炉燃料的价格和热值比较燃烧。实际运行表明,着火性能良好,火焰明亮、稳水煤浆单价240元/t1600元/t该锅炉如果发生结渣现象主要是炉膛前部炉底热值5500kcal/kg1万 kcal/kg4500 kcal/kg部分,可以在炉膛右侧墙设置压缩空气吹渣口把炉8结论渣吹向左侧墙;也可以设置人工打渣孔,将炉渣推向(1)该快装锅炉结构简单、紧凑,便于加工、运左侧墙下部,在左侧墙下部设置落渣口和渣坑(如图输,锅炉锅筒合理偏置解决了锅炉锅筒与对流管束1所示),落入渣坑的炉渣从前墙下部相应位置人工焊接时直管段长度不够的问题扒出。炉膛的后半部与前部采用同样的结构,后半(②)4.2MW燃水煤浆热水锅炉对水煤浆的煤质部落入灰坑的灰从后墙下部人工扒出。要求低,与煤粉炉相比,烟尘和二氧化硫浓度大大降在第一对流管束右下部沿锅筒长度设置落灰坑低,锅炉不冒黑烟炉内呈还原性气氛,NO3排放也和灰道墙,灰道和況灰坑相连,在前后墙设置人工扒很低灰门,定时由人工从前后墙的灰门中将落灰清除;第(3)水煤浆喷嘴雾化性能好,着火及燃烧稳定对流管束也是同样方法处理,在左侧设置落灰口性能良好,负荷调节方便,负荷变化范围为50%和灰坑,从左侧或前后墙处人工扒出110%均可稳定燃烧,起热快,启停自如表5燃料成分特性分析(4)燃烧效率达96%~99%,锅炉效率在90%元素分析/%工业分析/%左右达到燃油锅炉等同水平.节省燃料费用。kJ/k参考文献50.563.194.520.880.334.553620189001]陈学俊,陈听宽.锅炉原理[M].北京:机械工业出版社7水煤浆的制备与运行成本[2]岑可法,等.水煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应水煤浆燃料的制备是在水煤浆制浆厂中完成用技术[M].杭州:浙江大学出版社,199的,一般包括如下的过程:原煤的洗选、添加剂(分散3林宗虎张永照等.热水锅炉手册M].北京:机械工业剂和稳定剂)的添加、水的配备、研磨、储存等。水煤浆制备的工艺流程通常有两种,即一段磨工艺流程[4]上海工业锅炉研究所,等.工业锅炉设计计算方法[M]经效T业锅炉项目办公室,2002和二段饜工艺流程,我国现在的水煤浆厂大多采用中国煤化工煤泥水煤浆燃烧试验研究段磨工艺流程制备水煤浆。这种方法的特点是工CNMHG-39艺简单,投资低,水煤浆质量优良6]赵钦新,惠世恩,等燃油燃气锅炉结构设计及图册[M]初步估算运行成本,采用八一制浆厂水煤浆,到西安:西安交通大学出版社,2002厂价按500元/t计算,油价按1600元/t,按2.1t水煤浆可以代替lt油计算,供热负荷4.2MW,年运行