水煤浆在工业窑炉中的应用现状及发展

第34卷第8期煤炭科学技术2006年8月水煤浆在工业窑炉中的应用现状及发展梁兴,何国锋,王秀月,詹隆国家水煤浆工程技术研究中心,北京100013)摘要:介绍了水煤浆在工业窑炉中的应用现状,针对几种工业窑炉的特点,对今后在工业窑炉中进一步推广应用水煤浆进行了可行性分析。关键词:水煤浆;工业窑炉;应用现状中图分类号:TD534.4文献标志码:B文章编号:0253-2356(2006)08-0080-0Application status and development of coal water mixture toindustrial oven and boilerLIANG Xing, HE Guo-feng WANG Xiu-yue ZHAN LongNational Research Center of Coal Water Mixture Engineering and Technology, Beijing 100013, China中国煤炭资源丰富,而石油资源相对匮乏械、陶瓷、玻璃、有色冶金及其他行业,每年的耗2005年石油净进口量已达1.362亿t,对外依存度油量约为2000万t。以煤代油的途径有多种,水达到42.9%。目前,国际原油价格不断上涨,国煤浆技术是目前最现实可行的一项代油技术。因此际能源形势已经严重地影响到中国的能源安全。因有必要对水煤浆在各种工业窑炉中代油燃烧的情况此,出于国家发展战略和企业经济效益的需要,以进行分析,为工业窑炉代油的决策工作提供参考。煤代油已成必然趋势。目前,中国的压缩燃油工作虽然取得了一定的成绩,但是距离完成国家下达的工业窑炉对燃料的要求压缩燃油计划还有差距,而工业窑炉仍在燃用大量据不完全统计,我国目前分布在全国各地的窑的燃料油,按耗油量排序依次是:钢铁、化工、机炉约6万余台,主要特点是类型多、数量大、分布点,并根据实际需要随时测风,应根据测风结果采事故现场勘察,便携式瓦斯检测仪被置于工作取措施,进行风量调节。另一方面要求所有采掘工地点以外280m处,开工也未进行瓦斯检测,点火作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点、有人起焊点燃瓦斯,引起爆炸。员作业的地点都应纳入检查范围,低瓦斯矿井中每由此可见,此区域的开采如果严格按《煤矿班至少2次。通风管理部门对此区域始终是微风状安全规程》及相关规定进行认真审批、施工单位态的危害、产生瓦斯大量排出的可能性认识不足制定并认真执行有针对性的开采技术及安全管理措工作疏忽大意,长时间未进行此区域风量测试调施,悲剧就一定不会发生。整、有害气体的检查。导致大量有害气体积聚、爆参考文献炸事故的发生。3)职工安全意识淡薄。《煤矿安全规程》规1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M]北京:煤炭工定:矿长、矿技术负责人、爆破工、采掘区队长业出版社,2004通风区队长、工程技术人员、班长、流动电钳工下中国煤化工井时,必须携带便携式甲烷检测仪,以便检查作业CNMHG河北唐山人,硕士,高级工程地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时,必须停止作业,浓度达到1.5%时,必须停止工作,切断电收稿日期:2006-04-08;责任编辑:曾康生源,撤出人员,进行处理。第34卷第8期煤炭科学技术2006年8月广、要求苛刻、改烧水煤浆有一定的困难。工业窑6)启动点火。对于一些频繁启停的窑炉,炉类型按照用途分,主要有加热、熔炼、焙烧、烧要求燃料的点火容易并且快捷。结、干燥、煅烧、热处理等。其中相当一部分窑炉从以上工业窑炉对燃料的要求可知,由于水煤由于工艺需求,使用燃料油或夭然气作为燃料,每浆中灰分的存在,烟气中的清洁性很难达到要求,年燃料油和天然气的消耗量非常大。工业窑炉对燃这也就成为燃油窑炉改烧水煤浆的最大障碍。料的要求主要有以下内容(1)窑炉温度。根据各窑炉热工要求的不同,2水煤浆在工业窑炉中的应用现状工业窑炉对温度的要求从1~2℃到1600℃以上不早在”六五”期间中国就开始了水煤浆在工寺业窑炉中代油燃烧技术的研究,作为国家科技攻关2)燃烧稳定性。某些需要连续运行的窑炉计划任务,在长春市保温材料厂进行了在隧道式干尤其要求燃料能长期、稳定、高效地连续燃烧.燥窑中水煤浆代油燃烧的工业性试验,并取得了成(3)烟气清洁性。由于工艺上的要求,某些功。试验总计进行了1250h,共烧水煤浆187t。窑炉对燃料中的灰分十分敏感,燃料中的灰分非常试验中平均燃烧效率为95.92%,火焰温度在冷风容易污染产品。因此,这些窑炉要求烟气必须十分助燃条件下可达1500℃,燃烧室温度为1200~清洁或是烟气中的灰分对产品质量影响不大。1300℃,烟气排放的各项指标均达到国家规定的4)窑炉气氛。大致可分为中性或轻微氧化环保要求。此后,又在大型轧钢加热炉、锻造加热性、必须呈还原性和无要求几种情况炉等炉型上进行了试验,也取得了成功(表1)5)负荷调节性。对于一些工况需要调整的这些试验研究的成功为我国水煤浆在工业窑炉上的窑炉,要求其负荷能在较大的范围内加以调节。实际应用提供了技术依据和宝贵经验。表1水煤浆在工业窑炉中代油燃烧试验燃烧效率/%dso,)(NO,)mg:m-3烟尘浓度/mg长春保温材料厂95,92桂林钢厂轧钢加热炉莱芜钢铁总厂锻造加热炉连云港玻璃厂玻璃窑炉0.0417%0.0269%注:SO3)人NO3)为硫化物、氮氧化物浓度;*为质量分数。目前水煤浆在工业窑炉中的应用主要集中在建表2热风炉使用情况材和冶金行业,其中应用最广泛的是陶瓷厂喷雾干热风炉热负荷/台数/燃浆量节约资金燥塔中的热风炉。在山东、福建、广东、湖南等型号台万万元·a地,已有百余家大型陶瓷企业的200余台热风炉由0.8649.2-555.9原来燃烧柴油、重油、天然气、焦炉煤气等改烧水2500777.6-1672.8煤浆,每年的燃烧量超过200万t,经济效益十分11.4184325529.6-11913.6显著水煤浆热风炉的主要优点:结构简单,便于操17.852073.6-5168作,同时喷雾干燥塔投料也很方便,粉料产量600021.420.4321296-2791.4单炉单塔粉料产量最大可达15t/h)和质量均不下降,废气污染物排放不大于原燃油干燥塔。但中国煤化工浆还在干燥窑、膨化是,由于单台热风炉的耗浆量比较少,均采用炉前窑、CNMH缋造加热炉、型钢加热间歇式制浆的供浆方式,制浆用的煤源很不稳定炉和烧结矿加热炉上得到实际应用。这些炉窑从总直接影响到水煤浆的燃烧质量。目前燃用水煤浆的体来说对水煤浆中的灰分不是十分敏感,通过提高热风炉使用情况见表2助燃空气温度、调节燃烧器位置和调节配风等措施第34卷第8期煤炭科学技术2006年8月来满足窑炉的热工要求,即达到窑炉所需的温度及用遇到了很大的障碍,这也是限制水煤浆推广应用其窑內的温度分布。经实践证明,以燃烧水煤浆替的一个重要因素。代或部分替代重油,不仅能够满足工业炉窑加热工艺的要求,还可以获得十分可观的经济效益。实际3发展前景应用情况见表3-41水煤浆技术发展逐步走向成熟,水煤浆作为燃料完全可以满足工业窑炉的要求,应用前景广阔。表3水煤浆在工业窑炉中的应用以下几种炉型应成为重点发展对象。炉刑烧浆量/节约资金3.1耐火材料倒焰窑万ta1万元a目前烧制耐火材料多采用倒焰窑,而且生产厂株洲化工集团磷肥厂干燥窑0.56约200家比较集中,例如山西阳泉耐火材料厂的燃煤倒焰湖南某保温材料厂膨化窑约1.5窑就有上千座。倒焰窑主要以烧煤为主,属层燃燃济南裕兴化工总厂回转加热炉烧,燃烧效率低(60%~70%),热效率低,污染唐山轧钢厂带钢加热炉2约600严重。经试验研究表明,如果改烧水煤浆,虽然耐迁安烧结矿厂团矿烧结炉36约100唐山鸿达热轧有限责任公司带钢加热炉0.58172.86火材料制品的烧制成本略髙于燃煤或与燃煤持平,山东某钢钢锭加热炉1.1约但是燃烧效率高(98%以上),能耗低(可节能苏州林通染料化工厂烧碱炉5.010%左右),烧制温度易控制,大大缩短制品的烧新疆中泰化学公司烧碱炉0.50制周期。另外,排放物中的灰尘、SO,及NO,含量绍兴轧钢厂轧钢加热炉2.0约700明显减少。因此,倒焰窑改烧水煤浆具有节能与环保的双重功效。从实际应用看,工业窑炉改烧水煤浆是完全可3.2隧道式干燥窑行的,在保证产品质量和达到环保要求的前提下隧道式干燥窑要求窑内温度为200~500℃,节约了大量的燃料油,降低了产品成本,提高了企因此,必须使重油在副压〔燃烧炉内的炉压维持业市场竞争力,同时也符合当前国家的能源与环保在-70Pa左右)下燃烧,以便向炉内吸入大量冷政策。但值得关注的是水煤浆技术在工业窑炉上仍风,保证生成的烟气温度不致过高。但这样会使重然没有得到更进一步的推广应用,从目前水煤浆在油不完全燃烧、窑内大量积炭以及烟囱冒黑烟。为工业窑炉上的使用情况看,还存在以下问题此,在试验过程中,通过加长燃烧炉体、采用轴向1)工业窑炉尤其是小型窑炉的燃浆量较少可动叶轮式配风器实施强制鼓风助燃、加装烟道闸多采用炉前制浆,与集中制浆相比,制浆用原料没板控制炉压以及增设冷风吸入通道等改造措施,兼有保障,水煤浆的质量也很不稳定,对水煤浆的燃顾了水煤浆的燃烧要求和干燥窑旳工艺要求,使试烧非常不利,很容易造成超标排放,有时还会影响验取得了成功。试验表明,对炉子结构进行必要而产品的质量且工程量较小的改造,既能保证水煤浆高效、稳定2)由于水煤浆技术是一个跨行业、多学科地燃烧(燃烧效率94.1%~97.35%),又能满足的综合性技术,一个成熟完善的成套水煤浆技术是产品低温加热工艺的要求,同时经济效益也非常显保证其顺利推广应用的一个重要因素,但是在这方者面还有所欠缺,在技术整合、各相关设备配套方面3.3玻璃窑炉还有待加强。玻璃窑炉所需要的温度是1580~1600℃,因〔3)有些地方环保观念不强,在燃烧水煤浆此目前所使用的燃料以高热值燃料——重油和天然的同时许多环保措施〔如除尘、脱硫、脱氮等)气为主,主要靠火焰辐射传递热量。另外,为保证并没有同步实施,虽然取得了很好的经济效益,但玻璃中国煤化工分的含量必须严格控同时也造成了严重的环境污染。制。CNMH(用水煤浆代油燃烧4)目前,能使用水煤浆的窑炉多是一些对必须考虑水煤浆燃烧温度和煤中灰分对玻璃熔液组灰分不敏感的,而一些对灰分比较敏感的窑炉成的影响。从以前的试验结果来看,当助燃空气温〔如玻璃窑炉、高档陶瓷砖窑炉等),水煤浆的使度为9℃(取低限),过量空气系数为1.1时第34卷第8期煤炭科学技术2006年8月实际窑温达到1628℃,完全可以保证玻璃原料熔合适的雾化器,燃烧水煤浆可以满足一般工业窑炉化所需的温度。在水煤浆燃烧之后,约有80%的热负荷调节的需要。灰和约2%未燃尽的煤屑(燃烧效率为98%)进(6)水煤浆的启动点火。通常采用油或天然入玻璃熔液中,必须调整玻璃配料比例以控制玻璃气先将燃烧炉加热到一定温度(>800℃),然后熔液的组成,使其满足玻璃成分的波动范围,保证喷入水煤浆后利用炉内的高温环境点燃。目前使用玻璃质量。另外,透明玻璃对铁非常敏感,必须选比较广泛的预燃式水煤浆燃烧器,就具有易于点火用煤灰中铁含量非常低的煤作为制浆煤种3。的优点,在桂林钢厂的试验中,进行了冷风、冷随着水煤浆制浆和燃烧技术的发展,尤其是高浆、冷炉的启动点火试验,只用了10min即完成温燃烧技术、水焦浆制浆与燃烧等新技术的研究整个点火过程,这说明水煤浆的点火并不困难。对为水煤浆在工业窑炉中进一步推广应用奠定了坚实于那些启停频繁的窑炉而言,只要做好停烧过程中的基础。能满足水煤浆燃烧对工业窑炉的要求有以的保温措施,点火在热炉状态下进行,启动点火将下几个方面更加容易。1)水煤浆的燃烧温度。在常温空气助燃条件下,水煤浆在热负荷为1.26GJ/(m3:h)的室结语状炉内燃烧时,火焰温度最高可达1500℃以上。经过20多年不断地研究与发展,水煤浆技术如果提高助燃空气的预热温度,火焰温度将会达到及其工业应用已趋于成熟,工业窑炉中已得到了应1600℃以上,完全可以满足需要高燃烧温度窑炉用,不仅降低了产品的生产成本,提高企业的市场的要求。对于温度要求低的窑炉,可以通过烟气的竞争力,还在污染物排放达标的前提下节约了大量降温处理来满足要求。的燃料油,符合当前国家的能源和环保政策。一方2)水煤浆燃烧的稳定性。如果能精心设计面国际原油价格持续上涨,另一方面工业窑炉仍然燃烧器并合理组织炉内燃烧,就能实现水煤浆髙在燃烧大量的重油,为了企业旳发展和建立资源节效、稳定地燃烧。在这方面国内外已经取得了成熟约型社会,工业窑炉以煤代油势在必行。以煤代油的经验,如果能进一步提高喷嘴耐磨材料的寿命并对合理利用能源、缓解石油供需矛盾具有重大的现完善水煤浆某些专用设备,将会使水煤浆燃烧的稳实意义和深远的历史意义。定性得到更大的提高。参考文南3)烟气清洁性。水煤浆的灰分通常在5%左右,同时水煤浆燃烧后不可避免地会出现未燃尽的1]张晓峰,戴财胜,李湘临.水煤浆在干燥窑上的应用炭,因此烟气的清洁性将成为水煤浆是否能在窑炉[A]水煤浆技术推广应用研讨会论文集[C]北京:国中利用的一个重要因素。对于一些原来就燃煤或是家水煤浆工程技术研究中心,2005]邢学法,王成杰,王玉水.水煤浆在铬盐回转燃油加热炉火焰不与窑炉内的产品直接接触的工业窑炉而言,上的应用[A]水煤浆技术推广应用研讨会论文集[C]烟气的清洁性不会对窑炉内的产品产生较大的影北京:国家水煤浆工程技术研究中心,2005响。但是,对于一些对灰分比较敏感的窑炉,普通[3]崔秀玉,水煤浆在工业炉窑上的应用[J]洁净煤技术水煤浆就不再适用了,需考虑其他燃烧物,如精细2002(水煤浆专刊)水煤浆、水焦浆和严格净化水煤浆燃烧产物等。[4]刘建忠,周俊虎.水煤浆在烧碱炉上的应用[A]水煤浆技术推广应用研讨会论文集[C]北京:国家水煤浆工程4)窑炉气氛。经试验证明,水煤浆燃烧后技术研究中心,200烟气的中的水分要低于重油,燃烧水煤浆的窑炉内[5]陈正树.浮法玻璃[M]武汉:武汉理工大学出版社气氛与重油大体相同,即成弱氧化性。因此,所有烧油的工业窑炉改烧水煤浆不会产生由于燃料改变造成窑炉内气氛影响产品质量的后果。而对于需要中国煤化工,湖北孝感人,硕士,现在还原性气氛的窑炉,只需控制燃烧过程中的空气过国家YHaCNMHG煤浆燃烧工作。T:010gxing@126.com量系数小于1即可(5)负荷调节性。目前国内所研制的水煤浆收稿日期:2006-05-26;责任编辑:刘军娥雾化器的调节比值大多在3以上,只要设计和选用83