水煤浆锅炉节能的探索与实践

科学研究中国医学装备2009年10月第6卷第10期 China Medical Equipment2009 October Vol.6NO.10水煤浆锅炉节能的探索与实践张福勇孙旭忠宋洪国①张静娜①[文章编号]1672-8270(2009)10-003405[中图分类号]R197[文献标识码]B[摘要]近几年来,受国家能源政策和燃油价格因素的影响,供热行业面临着降低成本、提高效益和适应市场的需要,供热燃料结枃正在朝着节能、环保、经济的方向调整,供热技术和供热方式呈现多元化发展趋势。水煤浆作为一种新型的高效、低污染代油代煤燃料,得到了广泛的推广和应用。结合泰安市中心医院引进水煤浆锅炉后的实际经济效益对水煤浆锅炉的推广进行了各项可行性分析,并分析了应用水煤浆锅炉的社会效益[关键词]水煤浆;可行性分析;社会效益Energy saving in coal- water mixture boiler/ Zhang Fuyong, Sun Xuzhong, Song作者简介Hongguo, etal// China Medical Equipment, 2009, 6(10): 34-38张福勇,男,(1970-,本[Abstract] In recent years, the heat-supplying industry has faced the problem of科学历,泰山医学院影像医学与核医学技术reducing cost and promote benefits to meet the needs of market due to changes在职硕士研究生(在in national energy policy and increase in price of oil. The fuel structure is being读)。泰安市中心医院adjusted to energy conservation, environmental protection. The coal-water slurryhas got broad extension and application as one kind of late-model high-effect and院务部副部长兼后勤服low- contamination fuel to replace oil and coal. In this paper, the authors analyzed务总公司总经理。the actual economic benefit of the technology applied in our hospital to determine its social benefit[Key words] Coal-water slurry; Feasibility analysis; Social benefit[First-author's address] Logistics Department, Taian Central Hospital, Taian 271000, China1水煤浆简介项涉及多门学科的系统技术,水煤浆具有燃烧效率水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料,高、污染物排放低等特点;可用于电站锅炉、工业锅是燃料家族的新成员,它是由65%1不同分布的煤,炉和工业窑炉代油代气、代煤燃烧,是当今洁净煤技35%+1的水和约1%的化学添加剂制成的混合物,经术的重要组成部分。过多道严密工序,层层筛选煤炭中燃烧不充分成份及2水煤浆的特性产生污染的S.A等杂质,仅将碳本质保留下来,成为2.1水煤浆具有一定的浓度和粘度水煤浆的精华,它具有石油一样的流动性,热值相当水煤浆的浓度是指浆中煤颗粒的重量百分比。于石油的一半,被称为液态煤炭产品。水煤浆技术包浓度大,固体煤粒比较多,水煤浆的发热值高,对燃括水煤浆制备、储运、燃烧、添加剂等关健技术,是烧有利;但浓度增大,水煤浆的粘度升髙,对输送与①泰安市中心医院后勤服务总公司山东泰安27100034 ZHONGGUO YIXUEZHUANGBEI中国医学装备200年10月第6卷第10期水煤浆锅炉节能的探索与实践一张福勇等科学研究雾化不利。因此,燃烧用高浓度水煤浆的浓度最好在水煤浆具有上述特性是相互依存制约的。因而可65%以上,而粘度为(1000±200)MPa·s,发热量用罐体储存,用泵输送,能进行雾化燃烧,也可以流应达18.8MJ/kg以上。化燃烧。用于电站锅炉、工业锅炉与工业窑炉等耗能2.2水煤浆的粒度级配合理设备,代油、代气、代煤水煤浆合理粒度级配是通过最佳磨矿工艺达到3水煤浆技术在我国的发展概况的,它直接影响其粘度大小、流变特性的奷坏与燃烧水煤浆是⑧0年代初岀现的一种新型煤基流体燃效果的优劣。为使煤颗粒充分燃烧。粒度应当越细料,可广泛用于工业锅炉、民用锅炉、工业窑炉及越好,限上率不大于2%,透筛率应不小于98%。其中电站锅炉,是国际上公认的洁净煤燃料。本世纪70年200目以下不应少于75%。使其大颗粒煤之间的空隙代,世界能源界就开始了对水煤浆的研究,我国从由小颗粒充填,小颗粒之间的空隙由更小颗粒充填,“六五”到“八五”都将其列为国家重点攻关项目。以保证煤颗粒间能达到较高的堆积效率,一般应大于在80年代初,我国在水煤浆技术上取得突破,走在75%,形成空隙最小的堆积,方可获得水煤浆综合优了世界前列。经过20年的实验硏究,生产应用及发良特性。展,水煤浆已在国内的电力、石油、化工、煤炭、2.3水煤浆具有良好的流变特性建材、冶金及市政等多个行业得到应用。据国家水流变特性是水煤浆的重要特性,它直接影响水煤煤浆工程技术硏究中心的不完全统计,目前全国水浆的储存、输送和雾化燃烧效果的妤坏。适当的搅拌煤浆设计生产能力巳经达到3000万吨/年,从事水煤强度与剪切速度,可使浆液的流变特性由屈服假塑性浆技术硏发,水煤浆生产及应用的单位达到了百余向牛顿流体转变,并可降低其粘度,提高成浆性。因家。可以说在全国绝大部分的省、市、自治区都在而水煤浆具有剪切变稀效应,即剪切速率增加,粘度搞水煤浆、用水煤浆。水煤浆燃料已在20余台电厂变小。所以,在水煤浆制备、输送和炉前燃烧前专设燃料锅炉、300余台工业锅炉和数百台各式各样的工搅拌装置,防止发生软沉淀,并使其变稀,以获得更业窑炉上成功燃用。水煤浆所具有的代油、环保、好的应用效果。节能等优势逐渐显现出来,并得到社会上越来越多2.4水煤浆具有一定的稳定性单位的肯定。所谓水煤浆的稳定性,是指在储存、输送过程4水煤浆锅炉可行性分析中,能保持其物性均匀、稳定的性能。水煤浆成浆之4.1技术可行性分析具备一定的稳定性,固、液相产生分离,形成硬沉表1燃烧用水妹菜国家技术指标B/1855202淀,将无法应用;即使发生软沉淀,经剪切搅拌,因(一级标准)具有流变特性,使其粘度变小,适合输送、燃用序号项目单位技术指标2.5水煤浆颗粒悬浮特性浓度煤具有疏水表面,对水不浸润。如果煤颗粒与水<1200直接混合,则煤颗粒成团凝聚,二者出现界面。但加平均粒度微米<75入化学添假剂后,对煤颗粒起到乳化作用,使原由的疏水性对分散剂疏水性的吸附,变为亲水基朝外,形灰分(Ad成水化膜,转化为亲水性。改变了煤颗粒间的表面活硫分<0.35性,降低了煤水界面间的张力,大大提高了煤颗粒表挥发份面的湿润性,使煤颗粒均匀地分散悬浮在水介质中发热量大卡/公斤>4600阻止了煤颗粒的团聚沉淀。因而,保证了水煤浆具有灰熔点低粘度、高浓度、良好的流动性和稳定性。ZHONGGUOYIXUE ZHUANGBEI 35科学研究中国医学装备2009年10月第6卷第10期水煤浆锅炉节能的探索与实践一张福勇等表2水煤浆工业锅炉与其它燃料锅炉的运行燃料费对比表价低于煤价。因此,燃浆比水煤浆天然气燃煤更经济。燃料单价600吨/元2.3元/立方米3500元/吨550元/吨理论原煤节约率锅炉效率>90%(3196.8-2577.4)/3196.8燃料燃尽效率>98%>99>99%×100%=19.3%吨蒸汽所需热量60006000160006000以水煤浆替代油,一台6燃料低位发热量4500千卡/Kg8000千卡/Kg9000千卡/Kg5000千卡/Kg吨/时工业锅炉,年节约燃料费用=447.54-166.54=281吨蒸气所需燃料160.64Kg84立方米74Kg万元,费用降低62.8%吨蒸气所需燃料费(元)193.2以水煤浆代天然日燃料费(元)5551.49l1128149185860.8气,一台6吨/h工业锅年燃料费(万元)333.84447.54炉,年节约燃料费用2577.4吨(热值年消耗原煤量3196.8吨(热值=333.84-166.54=167.3万5000千卡/Kg)5000千卡/Kg元,费用降低50.11%根据煤炭性质和用户需要,国内已开发出不同品实际工程中,随着工业锅炉吨位的升高,水煤浆锅种水煤浆产品,包括供电站大型锅炉、工业中小型锅炉热效率进一步提升,燃水煤浆比燃煤更加节约炉燃用的高浓度精煤水煤浆;供小型采暖锅炉、工业以中心医院锅炉房为例,2006年改造前,采用2台窑炉燃用的经济型水煤浆;供化工制料的气化水煤浆10T、1台6、2台4T老式燃煤型锅炉为驻地近15万m2和环保型水煤浆。尤其在制备高浓度精煤水煤浆产品的院区和家属区实施供暖服务,年消耗煤炭约7000方面已在国内建成多座规模不同的水煤浆生产厂,工吨,折算每平方米燃煤成本为28元/d。2006年实施水业设计、生产技术成熟,设备完全国产化。煤浆悬浮流化床燃烧技术改造后,选用两台SZS10-新建或改造后锅炉,全燃水煤浆运行平稳、操作1.25-T,一台SHS15-1.25/300-T型水煤浆锅炉对调节方便、燃烧效率均在98%以上,锅炉热效率均在院区和家属区实施供暖,年消耗水煤浆约500吨屯,年85%以上。改造的锅炉还可以根据用户要求,保留愿耗浆成本为370万元,综合考虑水煤浆改造初期投资烧油或烧气系统以及增加的媒体物料、电量、轻油消耗等费用,实施水煤浆的国家技术标准见表1所示。从表1可以看出,一级水煤浆的灰分、硫分都很表3锅炉烟气污染物排放比较低,发热量4600大卡/kg,在燃烧时采用类似于油燃料水煤浆重油Ⅱ类烟煤气的雾化喷燃方式,燃尽率很高,因此最终污染物的排放量远低于燃煤,综合环保指数高于固体原煤燃燃料灰除尘效率90%4.2经济可行性分析烟尘排放浓度mg/Mm3117.20133.33122水煤浆工业锅炉与其他燃料的对比见表2。GB13271、Ⅱ时段/M基本参数:6t/h,日运行12h,平均负荷80%,Ⅱ类区要求一烟尘燃料含硫量%0.442.5日产气量57.6蒸吨,年运行300d。从表2可以看出水煤浆燃尽效率和热效率与层燃炉内脱硫率锅炉相比大幅度提高,可以为国家节约煤资源。在小SO排放浓度mgMm590.63037-845型工业锅炉燃料成本上,水煤浆与煤基本持平,甚至B13271,Ⅱ时段mg/MiⅡ类区要求-SO3随着煤炭价格的上扬,浆的加工成本的降低,出现浆36 ZHONGGUO YIXUE ZHUANGBEI医学装备200年10月第6卷第10期水煤浆锅炉节能的探索与实践一张福勇等科学研究回浆空气压缩机储浆罐空气调压器浆管压力表输浆泵转子流量计表压力表炉膛烧器三通阀门球阀水泵水蓍水池图1水煤浆锅炉设备系统图水煤浆代油技术改造后,每平方米燃料成本可降低水煤浆炉前供应系统由储浆和搅拌罐、供浆泵元/d左右,具有较为可观的经济效益。过滤器和流量计、压力表等组成。制备好的水煤浆储4.3环保可行性分析存在储罐或搅拌罐里,利用供浆的压力,把水煤浆送结合表3,可以做出如下分析到炉前喷嘴中;炉前布置水煤浆回路和泵的转速结合4.3.Ⅰ水煤浆制备和使用条件清洁燃水煤浆与曾燃起来进行水煤浆流量调节。煤相比,煤浆在制备时通常采用湿磨工艺,所以无粉尘用于水煤浆雾化的压缩空气由空压机提供,炉前污染,工艺简单,安全性好。还可以结合制浆工艺,治设置压力表和流量计,能在线检测压缩空气的流量和理其他工业废液及城市污泥。水煤浆在运输和储存过压力,并可以进行调节程中时密閉的条件,不会造成用户区环境污染,燃烧时5.2水煤浆锅炉的燃烧控制流程炉前非常清洁。锅炉的燃烧控制,是通过控制燃烧器火焰的大小4.3.2燃烧污染物的排放可以达标。水煤浆的灰含量和风门的大小来实现的。燃烧控制主要分为以下几般在6%以下,燃烧后的烟气经多管除尘处理后,即可部分满足环保要求。若经水膜除尘\静电除尘或布袋除尘5.2.1启动附机就可以满足高标准环保排放标准启动引风机→启动空压机→启动搅拌器→启动螺4.3.3水煤浆含有约35%的水,其燃烧火焰温度比煤粉杄泵一启动喷淋泵→启动在线过滤器→启动水煤浆燃燃烧时低100~200℃;炉膛升温比较迅速,短时间内烧机就可以达到600~800℃,避免了燃煤锅炉加煤时低温5.2.2启动点火的控制燃烧不充分的重度污染过程。在一般性烟气含硫量锅炉启动→给水泵给水到正常水位→引凤机含尘量等最终环保排放指标上,均优于国家标准。吹扫炉膛→启动油泵→点火→小火燃烧→大火燃烧5水煤浆锅炉的燃烧系统开始喷浆→浆量增大一停→油→正常燃烧。5.1水煤浆锅炉的设备系统5.2.3停炉控制ZHONGGUO ZHUANGBEI 37科学研究中国医学装备200年10月第6卷第10期水煤浆锅炉节能的探索与实践一张福勇等关闭进浆阀门,开始清洗喷枪→压缩空气吹扫位成本,增强竞争力,大幅度提高经济效益的切实可5s,水冲洗3s→鼓风机吹扫炉膛→鼓凤机停,停炉。行的重要途径,有着极高的推广应用价值和广阔的发5.2.4异常燃烧控制展前景。火焰探测装置主要有三种:光敏电阻、离子棒、7结束语紫外线自从20世纪70年代水煤浆技术诞生以来,水煤浆锅炉在启动后点火不成功:则停炉、声光报警、锅炉就伴随水煤浆技术在不断摸索前进,各种燃油、出现点火失败。燃煤锅炉改造技术大量涌现,使得水煤浆锅炉愈发成在正常运行中岀现锅炉突然熄火时:则停炉、声熟。到目前已开发岀适合各种用途的水煤浆锅炉,包光报警、并需要人工复位后做全面检査清洗,确认无括电站用锅炉和工业用锅炉。可以看到,水煤浆作为误再进行启动运行。是一种较为理想的代油、代煤燃料,在我国中小型锅6应用水煤浆锅炉的社会效益炉上应用推广,具有较为广阔的空间和可观的经济效水煤浆代油代煤具有良奷的社会效益。我国是煤益和社会效益。未来随着燃油锅炉的减少,水煤浆锅炭资源丰富而石油资源匮乏的国家,如用水煤浆代替炉的经济优势将逐渐増强,水煤浆锅炉的环保优势将燃油或燃煤,不仅可以充分利用和节省煤炭资源,保突显岀来,因此,在环保要求较高的地区,水煤浆锅护生态环境,还可以节省因进口而花费的大量外汇,炉将会有一番作为。随着国家能源政策的进一步调缓解石油緊缺和价格被动对国民经济的制约。国家经整,以及环保要求的逐渐提高,水煤浆工业锅炉的应贸委《节约和替代燃料油“十五”规划》已明确提用将越来越广泛,开发、使用水煤浆工业锅炉将具有出,到2005年,全国要节约和替代燃料油1600万吨,广阔的前景。其中,节约燃料油226万吨,占21.2%:替代燃料油参考文献1262万吨,占79.9%。作为节约和替代燃料油的重要]夏德宏,王世均水煤浆的应用特性及其测试方技术途径,水煤浆代油对我国能源的可持续发展,保法[J].钢铁,1991(2).障我国能源安全具有重要的战略意义[2]张学林.积极推进水煤浆技术的工业应用[J.中水煤浆是一种煤基洁净燃料,燃烧效率高,与国能源,1991(7)煤粉比,由于水煤浆有低灰低硫的特点,排烟含尘量(3]杨家存,高翔,邵士泉在中小锅炉燃用水煤浆可和含硫量有较大幅度的降低,烟气林格曼黑度可达零行性分析[J.科技信息,2004(6):50-51.级,各项排放指标均达到环保要求,可减少环境污(4]武云甫,田峰,高岩,等水煤浆在区域供热上的染,改善工人的劳动环境和居民的生活环境。对于燃大规模推广应用前景分析[A].全国供热行业热煤的单位,由于无煤场和制粉系统,具有生产流程简源技术研讨会论文集化、节省人力和资金投入较少的特点,另外,其环境[s]历彦君,王俊,陈玉瑞浅谈分层给煤装置的选粉尘、噪音污染也有很大的降低,也提高了燃料使用型及应用维护J].工业锅炉,2006(3).全过程中的安全性。水煤浆由于其流动性好,便于[6]王勇,刘萍,煤气化燃烧在中小型锅炉的应用管道运输,管道运输投资少、占地少、运行费用也较[J.节能与环保,2006(12)低]刘振南,姚舜,岑树海.广西工业锅炉运行现状从资源上看,目前我国已具备了成熟的水煤浆分析及对策[J.装备制造技术,2008(9)生产制备技术和定型生产设备,生产的水煤浆稳定性[8]任慧忠,张传聚,栾俊,等.工业锅炉“V”形炉好,浓度高、有较好的流动性,能够顺利地实现泵送底尺寸对锅炉初始排尘浓度的影响[.节能技和雾化。且国美已建成许多大型的水煤浆厂,水煤浆术,2007(1)的供应不存在问题。因而在重油和天然气价格较高的地区,水煤浆代油、代气、代煤是保护环境、降低单收稿日期:2009-07-2938 ZHONGGUO YIXUE ZHUANGBEI