工業(yè)鍋爐2013年第5期(總第141期)文章編號(hào):10048774(2013)05002004燃水煤漿熱水鍋爐的設(shè)計(jì)張方春,史向華,王麗(山東泰安山鍋集團(tuán)有限公司,山東泰安271038)摘要結(jié)合水煤漿燃料特性,指出其對(duì)鍋爐結(jié)構(gòu)的影響,并重點(diǎn)介紹了一臺(tái)SHS141.25/115/70J型鍋爐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:水煤漿;燃料特性;設(shè)計(jì)思路;結(jié)焦中圖分類(lèi)號(hào):TK29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADesign of Coal Water Mixture Fired Hot Water boiler第作者:張方春(1974-),高級(jí)工程ZHANG Fang-chun, SHI Xiang-hua, WANG Li師,1995年畢業(yè)于天Shangdong Tai'an Shankou Boiler Group Co. Ltd., Tai'an 271038, China)津理工學(xué)院熱能工程系,長(zhǎng)期從事鍋爐Abstract: Combined with the characteristics of coal water mixture, points out its influence to the的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。structure of boiler, mainly describes the key points needed to be paid attention to in designing of oneSHS14-1.25/115/70- J boilerKey words: coal water mixture; fuel characteristics design ideas; coking0前言1.2水煤漿與煤粉燃燒比較水煤漿是通過(guò)制漿技術(shù),在制漿廠把精洗過(guò)的圖1為煤粉與水煤漿燃燒的溫差曲線。由圖1固態(tài)煤燃料和清水(29%)一起在特制的研磨機(jī)中可知:各重量比的水煤漿釋放水分的吸熱過(guò)程在%)的添加劑攪拌均勻后轉(zhuǎn)100-200℃,水分蒸發(fā)吸熱高峰在150℃附近,且變成為可用泵輸送的流態(tài)煤燃料。水煤漿鍋爐爐前所含水分越高吸熱量越大。含水重量比為10%和燃料系統(tǒng)設(shè)備和燃油鍋爐十分相似,水煤漿可以像20%的水煤漿與煤粉的溫差波動(dòng)曲線懸殊不大,且重油一樣用壓縮空氣或壓力蒸汽進(jìn)行霧化后燃燒在水分被蒸發(fā)后,由于水分對(duì)煤粉的吸附與蒸發(fā),增易著火,燃燒穩(wěn)定保留了煤粉的燃燒特性,但啟動(dòng)加了煤粉顆粒的孔隙率,利于揮發(fā)分的析出,促進(jìn)時(shí)間比煤粉爐要短,負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)。CO的氧化,因此在開(kāi)始燃燒放熱初期,水煤漿的放1水煤漿的燃燒分析熱量反而高于煤粉的放熱量。當(dāng)水的重量比達(dá)30%~40%時(shí),其溫差曲線比煤粉低,由此可以認(rèn)為1.1水煤漿成分含水分重量份額超過(guò)30%的水煤漿將導(dǎo)致著火及水煤漿在制造過(guò)程中進(jìn)行凈化處理,可除去原燃燒困難。因而需要解決水煤漿初期多出的水分的料煤中灰分的50%-75%,黃鐵礦(無(wú)機(jī)硫)的蒸發(fā)問(wèn)題,即需要一部分熱量將多出的水分蒸發(fā)。40%~90%,同時(shí)可回收原料煤發(fā)熱量的90%這是水煤漿燃燒需解決的重點(diǎn)問(wèn)題。水分較大,將98%。水煤漿和制作水煤漿的原料煤的成分和特性引起爐內(nèi)燃燒溫度下降、煙氣量增加爐內(nèi)吸熱量減比較如表1。表1水煤漿和制造水煤漿的原料煤成分和特性比較升溫率10℃/min項(xiàng)目原料煤(一種煙煤洗煤)水媒漿二1灰分10%硫分0.6%基線水分發(fā)熱量/(kJ·kg2)3000027000中國(guó)煤化工—物理形態(tài)CNMHG%漿固態(tài)液態(tài)圖1煤粉與水煤漿燃燒的溫差曲線收稿日期:201302-18研究與開(kāi)發(fā)燃水煤漿熱水鍋爐的設(shè)計(jì)少,對(duì)流受熱面吸熱量增加。同時(shí),水分多時(shí)需要較2.1鍋爐結(jié)構(gòu)高的熱空氣溫度,亦即需要布置更多的空氣預(yù)熱器該鍋爐結(jié)構(gòu)型式為SHS型,雙鍋筒橫置式Ⅱ型受熱面。布置。如圖3所示。1.3水煤漿火焰分析對(duì)已投入運(yùn)行的水煤漿鍋爐燃燒火焰測(cè)量和觀察,發(fā)現(xiàn)水煤漿火焰清晰,且亮度很強(qiáng),水煤漿的燃燒火焰發(fā)射能力一般較低,搖曳閃爍較小,從火焰溫度分布看,水煤漿總體溫度比煤粉溫度低約200℃溫度最高點(diǎn)比煤粉燃燒提前了1~1.5m,后部衰減程度較快,這說(shuō)明水煤漿火焰要比煤粉短,且有提前的趨勢(shì)(如圖2)。1—水煤漿噴口2—火焰2水煤漿鍋爐設(shè)計(jì)圖2水煤漿火焰情況SCT1—燃燒器2一爐膛3—鍋筒4—一級(jí)空預(yù)器5—省煤器6—二級(jí)空預(yù)器圖3鍋爐簡(jiǎn)圖2.1.1煙氣流程為1.25MPa,介質(zhì)平均溫度只有92℃,該額定壓力水煤漿燃燒生成的煙氣從爐膛后部上方煙窗流下的飽和蒸汽溫度可達(dá)194℃,具有102℃的欠焓,岀,經(jīng)凝渣管后進(jìn)入對(duì)流管束,在對(duì)流管束內(nèi)部作上就是與鍋爐出口溫度比較也有79℃的欠焓,且能保下三次曲折,再?gòu)纳喜砍隹诖跋蚝罅髦廖膊繜煹酪雷C上升管內(nèi)水的流速在0.6m/s以上(水動(dòng)力計(jì)算次流過(guò)第一級(jí)空預(yù)器、省煤器和第二級(jí)空預(yù)器后排中已體現(xiàn)),可充分保證水動(dòng)力的安全性,為減小循出鍋爐。環(huán)水泵的能耗,將鍋爐循環(huán)阻力控制在0.0926742.1.2水循環(huán)方式MPa。每個(gè)循環(huán)回路高位設(shè)有排汽閥,低位設(shè)有排該鍋爐采用強(qiáng)制循環(huán)方式(水系統(tǒng)流程如圖污閥。水循環(huán)回路通過(guò)以上優(yōu)化設(shè)計(jì),更能保證鍋4),克服了自然循環(huán)鍋爐爐內(nèi)循環(huán)水量不足、管內(nèi)爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。流速低易結(jié)垢、易爆管的缺點(diǎn)。該鍋爐的運(yùn)行壓力旁路系統(tǒng)回水煤器]一右上輯-位右側(cè)水冷右下集輯H中國(guó)煤化工壁CNMH出水總闖一集汽罐鍋筒對(duì)流管束上升[下鍋簡(jiǎn)對(duì)流管束下一[上鍋筒圖4鍋爐水系統(tǒng)流程工業(yè)鍋爐2013年第5期(總第141期)2.1.3灰、渣排除系統(tǒng)二級(jí)空氣預(yù)熱器206.7m水煤漿經(jīng)燃燒后生成的灰渣,主要通過(guò)下部排排煙溫度173℃灰、排渣口排出。各排灰、渣口需接入沖灰溝,沖灰排煙熱焓l1879.63kJ/kg溝內(nèi)的灰渣可由水力出灰沖至灰坑。固體不完全燃燒熱損失q42%2.2鍋爐參數(shù)及設(shè)計(jì)計(jì)算氣體不完全燃燒熱損失q30.5%221鍋爐主要性能熱力計(jì)算參數(shù)排煙熱損失q29.688%額定熱功率14MW散熱損失qs51.3%額定出口壓力1.25MPa灰渣物理熱損失q60.000%出水溫度115℃鍋爐總熱損失∑q13.49%回水溫度70℃鍋爐熱效率η86.51%設(shè)計(jì)燃料水煤漿(醯級(jí))Qn。=17150kJ/kg鍋爐有效利用熱Q50400000kJ/h受熱面積輻射/對(duì)流9.37m2302.8m2燃料消耗量B339697kg/h一級(jí)空氣預(yù)熱器206.7m2計(jì)算燃料消耗量Ba332903kg/h省煤器236m22.2.2熱力計(jì)算匯總?cè)绫?。表2熱力計(jì)算匯總名稱(chēng)爐膛防渣管對(duì)流管束級(jí)空預(yù)器省煤器二級(jí)空預(yù)器進(jìn)口煙溫℃10501008出口煙溫℃1050376290242煙氣流速/(m·s2)5.848.76/13.811.44對(duì)流放熱系數(shù)/[W·(m2:℃)]62.38/36.3247.49輻射放熱系數(shù)/[W·(m2·℃)"]42.12有效系數(shù)0.650.80傳熱系數(shù)[W·(m2·℃)]26.1325.1324.15煙氣放熱量/(kJ·kg)7026.7474.96471912.2705.0熱力計(jì)算誤差校核/(kJ·kg2)Qm/100-(Ql+Q+Q+Q。)(1-94100)=62.8比值△Q/Qnx100%=68.2/17150×100%=0.4%<0.5%2.2.3鍋爐水動(dòng)力計(jì)算如表3表3鍋爐水動(dòng)力計(jì)算名稱(chēng)口水溫/℃出口水溫/℃流速/(m·s")流動(dòng)阻力/Pa重位壓頭Pa總阻力/Pa省煤器70.0073.740.67l860.5610065.512021.2進(jìn)水管道73.7473.742.3123992.2992.2側(cè)水冷壁73.7484.531.20533285891.380465.6聯(lián)通管1.131660.1332331.2533991.38前后水冷壁0.81293885459.0管東下降94.621148321.10.00(抵消)8344.18管束上升0.66145.26141.37出水集箱114.00114.001.511894.091894.09出水閘閥114.00114.00162.350.00162.35鍋爐總阻力△P1+AP2+AP3…+△P1o=92674Pa2.3鍋爐設(shè)計(jì)要點(diǎn)到了22m3,爐膛出口高度設(shè)置在11m左右。2.3.1爐膛設(shè)計(jì)在進(jìn)行爐膛設(shè)計(jì)時(shí),首先要選擇爐膛截面形狀鍋爐爐膛布置見(jiàn)圖5。爐膛高度H為925m,和尺寸,其技術(shù)指標(biāo)是爐膛截面熱角荷爐膛長(zhǎng)度控制在4m以上,布置有2m長(zhǎng)的預(yù)燃室,中國(guó)煤化工寬約1.5m。預(yù)燃室前水平布置兩臺(tái)燃燒器,燃燒CNMHG(1)器高度h為1.55m,火焰最高溫度點(diǎn)的相對(duì)高度,xF為爐膛橫截面積,用燃燒器處的爐膛截面積=h/H=0.168;X~=x+Δx=0.2676,爐膛容積達(dá)熱負(fù)荷,作為燃燒器區(qū)域水冷壁熱負(fù)荷的指標(biāo)。燃·研究與開(kāi)發(fā)·燃水煤漿熱水鍋爐的設(shè)計(jì)燒器區(qū)域每米爐膛高度所具有的水冷壁面積是和爐固下來(lái),就會(huì)粘結(jié)在爐膛出口處的受熱面上,形成大膛橫截面的周界長(zhǎng)度成正比的,爐膛的截面熱負(fù)荷塊渣而使鍋爐無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。qs越小,就表示在同樣的燃燒釋放熱量(BQ灬m,),該鍋爐的爐膛容積熱負(fù)荷為:q,=478kW/m3爐膛截面積F越大,燃燒區(qū)域每米爐膛高度沿橫截稍小于小容量煤粉鍋爐的熱負(fù)荷(一般小容量煤粉面周界所具有的輻射受熱面越多,就越不容易在此鍋爐的爐膛容積熱負(fù)荷在580~755kW/m3),說(shuō)明處結(jié)渣。其爐膛足夠大,有利于燃料的燃盡2.3.3針對(duì)爐管結(jié)焦采用的控制技術(shù)(1)一改以前水煤漿鍋爐爐膛加高衛(wèi)燃帶的慣例,去除了燃燒室水冷壁內(nèi)壁的衛(wèi)燃帶,降低了爐壁的溫度。同時(shí),為改善水煤漿的燃燒,布置兩級(jí)空預(yù)器,且把第一級(jí)空預(yù)器放在省煤器前部,使熱空氣溫度可提高到230℃左右,可加快水煤漿中水分的蒸發(fā),有效地改善了水煤漿的燃燒。(2)將爐壁管內(nèi)介質(zhì)設(shè)計(jì)為強(qiáng)制循環(huán),介質(zhì)流速可達(dá)1.1m/s左右,可以有效地降低管壁溫度,使7之不會(huì)發(fā)生結(jié)焦。(3)為防止水煤漿燃燒后產(chǎn)生的灰塵大量帶入對(duì)流受熱面,我們將燃料二次風(fēng)布置在喉口處收腰點(diǎn)的后墻上,以減緩未燃盡煤粒的上升速度,增加燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間,使燃料與二次風(fēng)充分混合,并使1—測(cè)壓管2—防爆門(mén)3一打焦門(mén)4一檢查門(mén)5一燃料中固定碳在中溫環(huán)境下燃盡,減輕燒結(jié)現(xiàn)象,并看火門(mén)6一撥火門(mén)7—爐膛吹灰器8—爐膛二次風(fēng)管圖5爐膛內(nèi)部布置圖使大量灰塵回落入爐膛底部。在爐膛寬度方向的底該鍋爐燃燒器處的爐膛截面熱負(fù)荷為1166部設(shè)有水沖式除渣設(shè)備,在燃盡室橫向沖刷的兩組kW/m2;蘇聯(lián)資料推薦的最大允許爐膛截面熱負(fù)荷對(duì)流管束兩側(cè)分別設(shè)有落渣斗。單層布置燃燒器時(shí),煙煤取1740kW/m2(煤粉鍋2.3.4鍋爐的出渣和除灰爐)。由此可見(jiàn)該鍋爐完全能保證通風(fēng)截面,維持①爐膛內(nèi)的灰渣通過(guò)除渣設(shè)備從爐內(nèi)排出。爐燃料的充分燃燒,也能保證沿橫截面周界能布置有膛底部配有水沖除灰裝置在燃盡室和對(duì)流管束底足夠的輻射受熱面。部配用四套落灰裝置,爐膛出灰頻次可根據(jù)鍋爐負(fù)2.3.2爐膛容積熱負(fù)荷荷和水煤漿特性而定。在爐膛內(nèi)設(shè)置了十一個(gè)打焦如果鍋爐所燃燒的燃料量不變,而縮小鍋爐爐門(mén),以便對(duì)爐膛內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控和打焦。膛容積V時(shí)就會(huì)使每立方米的爐膛容積內(nèi)每小時(shí)②本鍋爐前、后管程各裝有一臺(tái)吹灰器,使用壓燃燒燃料所釋放的熱量增多,這個(gè)指標(biāo)稱(chēng)為“爐膛縮空氣進(jìn)行吹灰。落下的灰進(jìn)入底部沖灰斜槽也容積熱負(fù)荷”用q來(lái)表示:由水管將灰沖入煙灰沉降池。在主機(jī)出煙口處設(shè)有BO落灰放灰裝置,用于煙道井的出灰。鍋爐尾部配有ar, nee kW/m'(2)靜電除塵裝置,有利于環(huán)境保護(hù)。式中B——燃料消耗量,kg/h3結(jié)束語(yǔ)Q燃料低位發(fā)熱量,kJkg某用戶(hù)鍋爐房安裝了兩臺(tái)SHL14MW熱水鍋V1——爐膛容積,m3爐(配有換熱機(jī)組),實(shí)際供暖面積23萬(wàn)m2,在從式(2)可以看出,爐膛容積的大小取決于所2011年和2012年只運(yùn)行了一臺(tái)鍋爐,實(shí)際運(yùn)行時(shí)選用q,值的高低,如果q,值過(guò)高,就會(huì)使?fàn)t膛容積間為125天和整個(gè)采暖期98%的用戶(hù)室內(nèi)V過(guò)小。爐膛容積越小,爐壁四周上布置的水冷壁溫度在18-2中國(guó)煤化工運(yùn)行數(shù)據(jù)(平面積H也就越小。爐內(nèi)輻射受熱面積H的大小將均值)為:鍋爐CNMH為65℃;供影響爐內(nèi)傳熱,爐內(nèi)輻射受熱面積不夠時(shí),燃燒產(chǎn)物水壓力0.8MPa;鍋爐流量480m3/h;換熱機(jī)組供水溫將得不到足夠的冷卻,灰渣不能從熔融狀態(tài)完全凝(下轉(zhuǎn)第63頁(yè))環(huán)保技術(shù)·基于流態(tài)重構(gòu)的循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術(shù)排放在90~160mg/m3(標(biāo)態(tài)),稍加噴氨時(shí)即可達(dá)國(guó)家GB132232011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)到100mg/m3以下,實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示為21.61mg/m23準(zhǔn)》中鍋爐尾部煙氣SO,和NO,排放均小于100(標(biāo)態(tài)),此時(shí)SNCR脫硝可達(dá)到75%以上。特別是mg/m3(標(biāo)態(tài))的要求。應(yīng)用在爐膛旋風(fēng)分離器入口處噴入NH3的SNCR參考文獻(xiàn)脫硝技術(shù)可達(dá)效率要求凈煙氣NO,濃度小于100[1]楊石楊海瑞,呂俊復(fù)等基于流態(tài)重構(gòu)的節(jié)能型循環(huán)mg/m3(標(biāo)態(tài))(干基,6%含氧量,以NO2計(jì)),還原流化床鍋爐技術(shù)[冂].電力技術(shù),2010,19(2)劑采用尿素,噴氨氨氮摩爾比(NSR)小于1.4,氨逃[2) Yang HR, Zhang H, Yang S,eta. Effect of Bed Pressure逸率:607mg/m3(標(biāo)態(tài))(體積百分比)以下,對(duì)鍋Drop on Performance of a CFB Boiler, ENeRGY FUELS爐效率等的影響小于04%200923(6):2886-2890[3]楊建華,楊海瑞,岳光溪,循環(huán)流化床二次風(fēng)射流穿透規(guī)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行及測(cè)試結(jié)果,基于流態(tài)重構(gòu)超低律的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程,2008,28(4):509-513排放循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)燃料含硫量小于1%時(shí),在采用了多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)后,就可以達(dá)到》》》》》》》》》》》》》》)》》》》》》》》》》》D》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》}》》方》(上接第23頁(yè))臺(tái)14MW水煤漿鍋爐,如果一年運(yùn)行2400小時(shí)度60℃;平均回水溫度40℃;供水壓力0.4MPa;將比燒油節(jié)約680余萬(wàn)元成本。圍流量520m3/h;水煤漿燃料消耗量3600kg/h;排參考文獻(xiàn)煙溫度148℃;排煙處O2含量8.31%;排煙處H2「1]岑可法煤漿燃燒流動(dòng)、傳熱和氣化的理論與應(yīng)用技術(shù)含量0.01%;排煙處CO含量0.01%;正反平衡平[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1997均熱效率86.9%。[2]趙明泉.鍋爐結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大因此該水煤漿鍋爐的熱效率接近燃油鍋爐,比學(xué)出版社,1987普通鏈條爐排鍋爐高近十個(gè)百分點(diǎn),在同等熱值下3]李龍,薛建光.SZ5系列水煤漿鍋爐的設(shè)計(jì)[冂].工業(yè)鍋爐,2007(2)大大節(jié)約了燃煤消耗量。水煤漿鍋爐的燃料耗量大約是燃油鍋爐的2倍,但燃料價(jià)格只是輕油的1/5?！贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰?上接第52頁(yè))鹽水投入加熱設(shè)備,直接進(jìn)入除氧器,為熱量利用創(chuàng)(4)電機(jī)功率小(4kW),耗電少,轉(zhuǎn)速低,爐渣造條件。將1000℃左右高溫物料冷卻在100℃以與渣機(jī)內(nèi)壁通道磨損少,渣機(jī)使用壽命延長(zhǎng),檢修費(fèi)下,使物料的熱量有效回收,如果按平均排渣量用降低。2th計(jì)算,其每小時(shí)回收的熱量達(dá)1887.83MJ,折(5)改造后排放的渣溫低,有效保護(hù)輸渣設(shè)備合熱值20.93MJ/kg的原煤約90kgh,每天可節(jié)約(皮帶)。原煤2.16t,每年節(jié)約原煤648t,折合人民幣32.46)改為滾筒冷渣機(jī)后,減少一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)萬(wàn)元機(jī)的負(fù)擔(dān),減少動(dòng)力能耗。(8)投入冷渣機(jī)改造后一年節(jié)約的費(fèi)用為原氣槽式冷渣機(jī)冷卻風(fēng)量為4018m3/h;3"爐62640元+324000元=386640元,而設(shè)備投資引風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行引風(fēng)量約為10000,故所占208000元,不到1年可以回收投資成本。的引風(fēng)量比例為4018/100000=4%;正常運(yùn)行時(shí)5結(jié)論次風(fēng)風(fēng)量為60000m3/h,渣機(jī)流化冷卻風(fēng)量為多年的運(yùn)行情況說(shuō)明,CFB鍋爐使用氣槽式冷4018m/h,所耗占的一次風(fēng)風(fēng)量比例為4018/渣器在運(yùn)行中存在著很多問(wèn)題,影響了鍋爐的安全6000067%。改為滾筒冷渣機(jī)后每天節(jié)約的電穩(wěn)定運(yùn)行。采用滾筒冷渣機(jī)后既解決排渣困難的問(wèn)耗費(fèi)用:(250kW×0.8×4%+250kW×0.8題,又提高了鍋爐運(yùn)行的安全性能。星湖熱電廠此6.7%-4kW)×24h×0.5元/kWh=208.8元,項(xiàng)改造很好中國(guó)煤化工了良好的經(jīng)濟(jì)年以10個(gè)月運(yùn)行計(jì),年節(jié)約費(fèi)用為20.8×30×10效益值得同CNMHG=62640元。參考資料(7)使用除鹽水為渣機(jī)冷卻水(工業(yè)冷卻水備[1]盧嘯風(fēng)大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M]北京:中用)除鹽水換熱后水溫可達(dá)到70℃左右,相當(dāng)除電力出版社,2006