研究與開發(fā)4.2MW燃水煤漿熱水鍋爐的開發(fā)文章編號(hào):1004-8774(2004)03-29-034.2MW燃水煤漿熱水鍋爐的開發(fā)張智剛,唐強(qiáng),朱文蓓,曹子棟(西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院,西安710049)摘要:介紹了4.2MW燃水煤漿熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)、鍋爐的工作過程先進(jìn)性。研究結(jié)果對(duì)水煤漿鍋爐的開發(fā)與設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞:熱水鍋爐;水煤漿;設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TK229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A第一作者:張智剛2002年Development of 4. 2MW Coal-Water Mixture畢業(yè)于西安交通大(CWM) Fired Hot-water boiler學(xué)熱能工程系并免試攻讀碩士研究生。主要從事鍋爐ZHANG Zhi-gang, TANG Qiang, ZHU Wen-bei, CAO Zi-dong設(shè)計(jì),電站鍋爐氣( Energy and power College, Xian Jiaotong University,Xian710049, China)包在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),煙氣脫硫脫氨等研Abstract: The paper introduced construction, design and operation parameters,work究,目前已在國內(nèi)processes and strongpoint of4. MW CWM fired hot-water boiler. The study results would pro-外發(fā)表論文6篇vide reliably theoretical basis and datum for the developing and design for CWM boilerKey words Hot Water Boiler; Coal- Water Mixture; Design1引言燃用水煤漿,已達(dá)到了長期連續(xù)運(yùn)行,并且有明顯的隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快,未來我國對(duì)能源環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的需求將呈強(qiáng)勁增長態(tài)勢(shì)。在我國的能源資源中,2CWM(Coal- Water mixture)的擷目前探明可使用的煤的儲(chǔ)量約為2萬億噸,預(yù)計(jì)可CWM是將煤粉碎到80%通過200目(74mm)使用500~700年。而石油探明可使用的儲(chǔ)量則僅后,以65%~70%不同粒度分布的煤粉、30%~夠使用20~30年。在未來的幾十年內(nèi),我國石油的35%的水和約1%的表面活性劑制成的一種流動(dòng)性供需缺口將越來越大。因此,為緩解我國石油進(jìn)口良好的流體,其發(fā)熱量低于煤粉,而粘度比重油有很壓力,保障能源與經(jīng)濟(jì)安全,亟需從我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展全大的改進(jìn)。局出發(fā),結(jié)合我國資源、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件,尋求行之CWM的基本特點(diǎn)如下有效的燃油替代技術(shù)。水煤漿是一種很好的代油燃(1)在使用管理方面,作為一種液體燃料.與煤料,水煤漿技術(shù)是我國現(xiàn)階段成熟的可以推廣的粉相比,管道輸漿具有運(yùn)量大、投資少、損耗少、不占項(xiàng)代油、環(huán)保、節(jié)能技術(shù)。我國水煤漿代油市場(chǎng)潛力地,其儲(chǔ)藏性和運(yùn)輸性要好些;巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國鍋爐燒油量約為40Mt/a,用戶(2)沒有煤的自燃、煤粉爆炸等危險(xiǎn),可作為分布在電力、化工、冶金等行業(yè)。如果能夠推廣水煤種安全燃料漿技術(shù),則其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是巨大的,并且中國煤化工直接(噴霧》燃燒;會(huì)增強(qiáng)我國能源工業(yè)獨(dú)立自主的能力,對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家發(fā)展有不可估量的作用?，F(xiàn)在全國已有十余化、心NMHG重油那樣進(jìn)行負(fù)荷變臺(tái)水煤漿專用鍋爐和幾十臺(tái)燃油或燃煤鍋爐改造成3鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐采用雙縱鍋筒D型布置,采用負(fù)壓室燃燃收稿日期:2003-12-18燒方式,以水煤漿為燃料。鍋爐右側(cè)為燃燒室,由于工業(yè)鍋爐2004年第3期(總第85期)水煤漿火炬要求有一定的長度,所以需要燃燒室的鍋爐采用平衡通風(fēng),空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī),以旋風(fēng)的形長度較長,約為4.5m。在鍋爐前部增加—個(gè)碹口作式通過燃燒器送入爐膛,加強(qiáng)爐內(nèi)氣流的擾動(dòng)和混為穩(wěn)燃源,水煤漿霧炬由前墻霧化噴嘴噴λ,在燃燒合,減少鍋爐旳燃燒損失。從鍋爐岀來旳煙氣進(jìn)入器旋風(fēng)的配合下,在燃燒室完成燃燒。燃燒室四周空氣預(yù)熱器、除塵器,最后通過引風(fēng)機(jī)、煙囪排入大布置水冷壁受熱面(爐底耐火材料的輻射有助于水氣。煤漿的著火),主要以輻射換熱方式吸收煙氣的熱在鍋爐前墻中心布置一只旋流燃燒器,燃燒器量,燃燒室的長度足夠保證燃料完全燃盡,從爐膛中心管內(nèi)布置水煤漿噴槍。為了保證燃料的著火燃分離下來的灰落入下部的灰斗內(nèi),燃燒產(chǎn)生的煙氣燒和火焰的穩(wěn)定,設(shè)計(jì)采用撞擊式霧化噴嘴和軸流經(jīng)過轉(zhuǎn)向室進(jìn)入鍋爐左側(cè)的對(duì)流管束,然后排岀鍋式旋流燃燒器爐。為了加強(qiáng)對(duì)流換熱效果將對(duì)流煙道分隔成兩4鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)個(gè)(煙氣)回程,提高了煙氣的流動(dòng)速度,達(dá)到了很好鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1、表2、表3。的沖刷效果(如圖1)表1鍋爐額定參名稱符號(hào)額定熱功率Q額定出水壓力MP額定出水溫度額定進(jìn)水溫度表2鍋爐熱平衡計(jì)算結(jié)果名稱符號(hào)單位結(jié)果爐膛出口過量空氣系數(shù)燃料輸入熱量kJ/kg18900.0排煙溫度冷空氣溫度排煙熱損失機(jī)械不完全燃燒損失化學(xué)不完全燃燒損失灰渣熱損失散熱損失鍋爐熱效率保溫系數(shù)0.973鍋爐有效利用熱kJ/kg4188.5圖1鍋爐結(jié)構(gòu)簡圖燃料消耗量903.6表3熱力計(jì)算結(jié)果匯總名稱單位爐膛對(duì)流管束1對(duì)流管束2空氣預(yù)熱器受熱面積進(jìn)口煙溫970.0出囗煙溫970.0466,0260,0150.0煙氣流速17.4工質(zhì)流速傳熱系數(shù)kw/(m C)0.0650.0570.039平均溫差V凵中國煤化工115.0吸熱量10251.3CNMHG870.65鍋爐特點(diǎn)(2)此鍋爐繭然是目然循環(huán)鍋爐.但經(jīng)過水動(dòng)(1)如圖1所示,快裝鍋爐結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,便力計(jì)算得知,下降管、上升管具有較大的工質(zhì)流速,于加工、運(yùn)輸,鍋爐鍋筒合理偏置,解決了鍋爐鍋筒遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它的安全水速;而且平均水溫具有90C的與對(duì)流管束焊接時(shí)直管段長度不夠的問題。欠焓,管子岀口水溫具有80C的欠焓,可見此鍋爐·供熱工程天然氣熱電冷三聯(lián)供的探討具有良好的循環(huán)工況度水平比燃煤粉低200℃左右,并使?fàn)t內(nèi)呈還原性(3)用空氣預(yù)熱器代替省煤器,空氣預(yù)熱器設(shè)氣氛,NO3排放也很低(如表4所示)。計(jì)成多回程逆流型式,換熱效果好,體積小,緊貼在(5)燃燒效率達(dá)96%~99%或更高,鍋爐效率鍋爐后墻,使整個(gè)鍋爐尺寸變小在90%左右達(dá)到燃油鍋爐等同水平。燃燒調(diào)節(jié)方(4)水煤漿的原料是經(jīng)過洗選的,含灰和硫都便,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,一般50%負(fù)荷均可穩(wěn)定燃燒。大為降低,大量水分的存在降低了爐內(nèi)溫度,總體溫表4污染物排放環(huán)保指標(biāo)渣含碳量灰含碳量除塵率煙塵排放SO排放NOx排放mg/m4,39(北京標(biāo)準(zhǔn)150)(北京標(biāo)準(zhǔn)300)北京標(biāo)準(zhǔn)6506鍋爐運(yùn)行效果及灰渣清理200h,燃料消耗量按0.9t/h,則節(jié)約燃料費(fèi)約為47鍋爐用燃油直接點(diǎn)火,等到整個(gè)燃燒室升溫至萬元/a(如表6)800℃以上后,直接將水煤漿噴入,水煤漿被燃油的如果大型電廠自行制漿,其水煤漿的成本可大明火直接點(diǎn)燃。旋流燃燒器具有良好的回流特性,為降低,可以節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。大量的高溫回流煙氣可以保證水煤漿的穩(wěn)定著火和表6不同鍋爐燃料的價(jià)格和熱值比較燃燒。實(shí)際運(yùn)行表明,著火性能良好,火焰明亮、穩(wěn)水煤漿單價(jià)240元/t1600元/t該鍋爐如果發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象主要是爐膛前部爐底熱值5500kcal/kg1萬 kcal/kg4500 kcal/kg部分,可以在爐膛右側(cè)墻設(shè)置壓縮空氣吹渣口把爐8結(jié)論渣吹向左側(cè)墻;也可以設(shè)置人工打渣孔,將爐渣推向(1)該快裝鍋爐結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,便于加工、運(yùn)左側(cè)墻下部,在左側(cè)墻下部設(shè)置落渣口和渣坑(如圖輸,鍋爐鍋筒合理偏置解決了鍋爐鍋筒與對(duì)流管束1所示),落入渣坑的爐渣從前墻下部相應(yīng)位置人工焊接時(shí)直管段長度不夠的問題扒出。爐膛的后半部與前部采用同樣的結(jié)構(gòu),后半(②)4.2MW燃水煤漿熱水鍋爐對(duì)水煤漿的煤質(zhì)部落入灰坑的灰從后墻下部人工扒出。要求低,與煤粉爐相比,煙塵和二氧化硫濃度大大降在第一對(duì)流管束右下部沿鍋筒長度設(shè)置落灰坑低,鍋爐不冒黑煙爐內(nèi)呈還原性氣氛,NO3排放也和灰道墻,灰道和況灰坑相連,在前后墻設(shè)置人工扒很低灰門,定時(shí)由人工從前后墻的灰門中將落灰清除;第(3)水煤漿噴嘴霧化性能好,著火及燃燒穩(wěn)定對(duì)流管束也是同樣方法處理,在左側(cè)設(shè)置落灰口性能良好,負(fù)荷調(diào)節(jié)方便,負(fù)荷變化范圍為50%和灰坑,從左側(cè)或前后墻處人工扒出110%均可穩(wěn)定燃燒,起熱快,啟停自如表5燃料成分特性分析(4)燃燒效率達(dá)96%~99%,鍋爐效率在90%元素分析/%工業(yè)分析/%左右達(dá)到燃油鍋爐等同水平.節(jié)省燃料費(fèi)用。kJ/k參考文獻(xiàn)50.563.194.520.880.334.553620189001]陳學(xué)俊,陳聽寬.鍋爐原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社7水煤漿的制備與運(yùn)行成本[2]岑可法,等.水煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和氣化的理論與應(yīng)水煤漿燃料的制備是在水煤漿制漿廠中完成用技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,199的,一般包括如下的過程:原煤的洗選、添加劑(分散3林宗虎張永照等.熱水鍋爐手冊(cè)M].北京:機(jī)械工業(yè)劑和穩(wěn)定劑)的添加、水的配備、研磨、儲(chǔ)存等。水煤漿制備的工藝流程通常有兩種,即一段磨工藝流程[4]上海工業(yè)鍋爐研究所,等.工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)計(jì)算方法[M]經(jīng)效T業(yè)鍋爐項(xiàng)目辦公室,2002和二段饜工藝流程,我國現(xiàn)在的水煤漿廠大多采用中國煤化工煤泥水煤漿燃燒試驗(yàn)研究段磨工藝流程制備水煤漿。這種方法的特點(diǎn)是工CNMHG-39藝簡單,投資低,水煤漿質(zhì)量優(yōu)良6]趙欽新,惠世恩,等燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及圖冊(cè)[M]初步估算運(yùn)行成本,采用八一制漿廠水煤漿,到西安:西安交通大學(xué)出版社,2002廠價(jià)按500元/t計(jì)算,油價(jià)按1600元/t,按2.1t水煤漿可以代替lt油計(jì)算,供熱負(fù)荷4.2MW,年運(yùn)行