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摘 要:本文章主要是介绍水煤浆锅炉本体结构设计、点火及稳定燃烧、炉膛除灰清渣及水煤浆锅炉的控制系统,以及对比燃油燃气锅炉的社会经济清洁环保。
关健词:水煤浆;结构设计;清洁环保
一、 开发水煤浆锅炉的意义
当前,我国政府正在大力推进节约型社会建设,因此必须大力发展节约型经济、循环经济、环保经济,提高资源利用率,控制污染排放总量。发展水煤浆技术,实施煤的洁净化应用,贯彻国家“以煤代油,压缩燃油”的能源政策,合理利用能源,加强环境保护,而水煤浆正是一种可以替代油的燃料,它以煤为主体,但具有油一样的液体流动性和良好的稳定性。近几年由于油价偏高和环保水平提高,水煤浆得到大面积推广应用,这给水煤浆的发展带来很好的机遇,因此水煤浆锅炉应运而生。以水煤浆替代重油、天然气和煤,能够压缩石油进口,缓解能源安全威胁,降低燃料使用成本,减少燃煤带来的严重大气污染,正是由于这种原因我厂根据本厂的发展规划,重点抓新产品发展,开发研制了(2~10t/h)小型水煤浆锅炉,具有技术先进、效率高、安装方便等特点,可以替代小型燃煤、燃油锅炉,节约能耗,减轻环境污染,该产品具有较强的市场竞争能力和较高的经济效益,非常适合中小型企业。
二、我厂开发的水煤浆锅炉的设计特点
1、水煤浆工业锅炉结构设计及炉型选择
虽然水煤浆锅炉在炉内和煤粉一样同属于悬浮空间燃烧,但是燃烧的过程具有明显的不同:由于水煤浆中含30%左右的水分要吸收一定的热量并经过一定时间才能蒸发完毕,因此水煤浆表现出着火慢、燃烧难的问题,水煤浆燃烧水分蒸发、着火、燃烧及燃烧过程快慢以及燃烧效率决定于浆体起初压力雾化特性和蒸发着火区的环境温度以及后期的火焰烟气的离散走向。
因水煤浆与油、煤粉相比,其燃尽较为困难,燃尽时间也长,为保证水煤浆颗粒在炉膛内充分燃尽,要求炉膛有足够的流程长度。故水煤浆锅炉本体均较长,辐射受热面积、对流受热面积均较大,锅炉出力、效率均较高。
对于小型水煤浆锅炉(2~10t/h),因考虑锅炉房的投资、设备的安装周期、原有锅炉房的改造等因素,一般用户要求锅炉主机以快装形式出厂,同时因无燃烧设备,使实现主机整装成为可能。所以我厂设计的水煤浆锅炉均为快装炉。炉型均为“D”型水管结构,炉型选择主要思路是:“D”型炉能有较大的炉膛空间,炉膛结构尺寸满足水煤浆燃烧的要求,且较易实现整装,受热面布置方便。
2、点火及稳定的燃烧
因水煤浆中含30%左右的水分,其着火点温度较高(一般为900℃),故水煤浆快速着火、稳定燃烧是水煤浆锅炉设计成败的关键。我们主要通过设计合理的炉膛结构、选择正确的点火方式和增设空预器等措施来实现水煤浆的快速、稳定的燃烧。
炉膛结构上,炉膛前部设计了绝热的预燃室以保证炉膛前部有较高的温度,使水煤浆快速着火和稳定燃烧。
本系列锅炉采用柴油点火方式:柴油点火的优点是点火快速,操作方便,锅炉房环境好,污染物排放少。缺点是点火成本较高。
在尾部受热面增设空预器可提高炉膛温度,对水煤浆的着火和稳定燃烧很有利,且提高了锅炉效率。
3、安全的燃烧系统。
⑴.该锅炉在炉膛前侧布置燃烧器,水煤浆燃烧器的作用是将煤浆在浆泵压力和压缩空气和压力蒸汽的共同作用下,通过专用喷嘴雾化成无数个彼此独立的直径为75um左右的水煤浆液滴悬浮于一定范围空间,同时配以旋流或直流的燃烧空气,在煤浆喷口由进急远适当混合,从而确保雾化的煤浆液滴,在一定温度下进行着火和燃烧,因此,水煤浆燃烧器主要包括煤浆雾化喷嘴和可调配风装置两部分组成。
⑵.在锅炉顶部布置一只防爆门。
(3)在前墙及左侧墙布置有吹灰装置,使整个系统更加安全可靠。
4、炉膛除灰、清灰及锅炉出灰系统
a.炉膛清灰:为保证炉膛内的积灰能得到及时清除,防止结焦,同时要求在锅炉运行时能进行安全出灰操作。我们采取是用压缩空气吹灰的方式进行清灰。
b.出灰:我们设计的出灰方式为灰沟加水力冲灰。主机下共三条灰沟,炉膛下一条用于炉膛出灰,对流管束下一条用于出管束的细灰,燃烬室下一条用于燃烬室出灰,三条灰沟直接通到刮板出渣机,进行出灰。
5、水煤浆锅炉系统控制功能
①.安全水位、超压(超温)、熄火的自动告警、联锁保护功能;
②.自动给水(补水)及缺水告警功能;
③.各种控制参数的连续数显功能,有炉膛温度、排烟温度、空预器出口热风温度、炉膛负压及大功率辅机的电流、电压的显示。
三、社会经济效益及环保情况分析
1.社会经济效益
水煤浆的经济性如何?看与之相比的燃料,首先以以我厂20t/h水煤浆和1t/h燃油锅炉为例,两种锅炉年产量都为3000蒸吨,额定负荷运行,水煤浆锅炉燃料消耗量为2.971吨/时,标煤市场价675元/吨,水煤浆市场价590元/吨,把水煤浆换算成标准煤为:2.971x20x300x(3000÷20)X590÷675=233.7万吨/年;燃油锅炉燃料消耗量为0.075吨/h,标煤市场价675元/吨,油市场价2500元/吨,把油换算成标准煤为:0.075x20x300x(3000÷1)X2500÷675=500万吨/年。水煤浆锅炉与燃油锅炉相比:燃油锅炉-水煤浆锅炉=500-233.7=266.3万吨/年。由上述例子看出若与燃油、气相比,则肯定是经济的,若与精煤相比则肯定是不经济的。因此不能笼统地相比来得出是否经济。如果现在已有一台燃油的电站锅炉,则对锅炉改造后燃用水煤浆虽然改造锅炉要投资,锅炉出力要降低,肯定是有经济效益的。而将一台已燃用煤炭的锅炉改造为燃用水煤浆则大可不必。不仅要花改造费,而且燃料成本将大大提高(水煤浆价高于精煤价),不但没有经济效益而且经济效益反而更差,不如改烧精煤好。因此不能笼统地说"水煤浆有很好的经济效益"。
2.环保情况
水煤浆是采用洗选后的低灰低硫精煤制成的,因此其本身就是洁净煤技术的一种,当然它的环保效益要比燃用原煤好,但如果已有的燃用原煤锅炉为了环保要求将锅炉改造为可以燃用水煤浆则毫无必要,因为还不如不改锅炉而改烧精煤,同样可以达到环保要求。当然燃用水煤浆的环境效益就更不能与燃油、气相比了。因此对于水煤浆有"很好的环境效益"这一说法就需要更好地去对比分析来确定。但可以这样说:燃用水煤浆的环境效益不如燃用油气,与燃用精煤相同,比燃用原煤好。
四、.结论及建议
水煤浆是煤炭高效与洁净利用技术的产物,了解并掌握它的特性,利用它可以使一些锅炉廉价走向环保,可以代替一些燃油锅炉和燃油炉窑的油燃料,其社会经济效益是不容忽视的。所以这对于我们开发设计水煤浆锅炉是有利的,水煤浆锅炉系统的设计能够做到高效燃烧、高效换热、密封出灰除尘、安全连锁、全自动控制,对于贫油富煤的我国来说是非常适合的,也对一些中小型工业锅炉走向环保的捷径。
参考文献:
[1]古大田,方子风,等废热锅炉.北京:化学工业出版社,2002.9.
[2]卜银坤、王绍华、汪景武.水煤浆及其在工业锅炉中的应用[J].工业锅炉,2005,(2).
[3]锅炉机组热力计算标准方法。机械工业出版社.1973.
关健词:水煤浆;结构设计;清洁环保
一、 开发水煤浆锅炉的意义
当前,我国政府正在大力推进节约型社会建设,因此必须大力发展节约型经济、循环经济、环保经济,提高资源利用率,控制污染排放总量。发展水煤浆技术,实施煤的洁净化应用,贯彻国家“以煤代油,压缩燃油”的能源政策,合理利用能源,加强环境保护,而水煤浆正是一种可以替代油的燃料,它以煤为主体,但具有油一样的液体流动性和良好的稳定性。近几年由于油价偏高和环保水平提高,水煤浆得到大面积推广应用,这给水煤浆的发展带来很好的机遇,因此水煤浆锅炉应运而生。以水煤浆替代重油、天然气和煤,能够压缩石油进口,缓解能源安全威胁,降低燃料使用成本,减少燃煤带来的严重大气污染,正是由于这种原因我厂根据本厂的发展规划,重点抓新产品发展,开发研制了(2~10t/h)小型水煤浆锅炉,具有技术先进、效率高、安装方便等特点,可以替代小型燃煤、燃油锅炉,节约能耗,减轻环境污染,该产品具有较强的市场竞争能力和较高的经济效益,非常适合中小型企业。
二、我厂开发的水煤浆锅炉的设计特点
1、水煤浆工业锅炉结构设计及炉型选择
虽然水煤浆锅炉在炉内和煤粉一样同属于悬浮空间燃烧,但是燃烧的过程具有明显的不同:由于水煤浆中含30%左右的水分要吸收一定的热量并经过一定时间才能蒸发完毕,因此水煤浆表现出着火慢、燃烧难的问题,水煤浆燃烧水分蒸发、着火、燃烧及燃烧过程快慢以及燃烧效率决定于浆体起初压力雾化特性和蒸发着火区的环境温度以及后期的火焰烟气的离散走向。
因水煤浆与油、煤粉相比,其燃尽较为困难,燃尽时间也长,为保证水煤浆颗粒在炉膛内充分燃尽,要求炉膛有足够的流程长度。故水煤浆锅炉本体均较长,辐射受热面积、对流受热面积均较大,锅炉出力、效率均较高。
对于小型水煤浆锅炉(2~10t/h),因考虑锅炉房的投资、设备的安装周期、原有锅炉房的改造等因素,一般用户要求锅炉主机以快装形式出厂,同时因无燃烧设备,使实现主机整装成为可能。所以我厂设计的水煤浆锅炉均为快装炉。炉型均为“D”型水管结构,炉型选择主要思路是:“D”型炉能有较大的炉膛空间,炉膛结构尺寸满足水煤浆燃烧的要求,且较易实现整装,受热面布置方便。
2、点火及稳定的燃烧
因水煤浆中含30%左右的水分,其着火点温度较高(一般为900℃),故水煤浆快速着火、稳定燃烧是水煤浆锅炉设计成败的关键。我们主要通过设计合理的炉膛结构、选择正确的点火方式和增设空预器等措施来实现水煤浆的快速、稳定的燃烧。
炉膛结构上,炉膛前部设计了绝热的预燃室以保证炉膛前部有较高的温度,使水煤浆快速着火和稳定燃烧。
本系列锅炉采用柴油点火方式:柴油点火的优点是点火快速,操作方便,锅炉房环境好,污染物排放少。缺点是点火成本较高。
在尾部受热面增设空预器可提高炉膛温度,对水煤浆的着火和稳定燃烧很有利,且提高了锅炉效率。
3、安全的燃烧系统。
⑴.该锅炉在炉膛前侧布置燃烧器,水煤浆燃烧器的作用是将煤浆在浆泵压力和压缩空气和压力蒸汽的共同作用下,通过专用喷嘴雾化成无数个彼此独立的直径为75um左右的水煤浆液滴悬浮于一定范围空间,同时配以旋流或直流的燃烧空气,在煤浆喷口由进急远适当混合,从而确保雾化的煤浆液滴,在一定温度下进行着火和燃烧,因此,水煤浆燃烧器主要包括煤浆雾化喷嘴和可调配风装置两部分组成。
⑵.在锅炉顶部布置一只防爆门。
(3)在前墙及左侧墙布置有吹灰装置,使整个系统更加安全可靠。
4、炉膛除灰、清灰及锅炉出灰系统
a.炉膛清灰:为保证炉膛内的积灰能得到及时清除,防止结焦,同时要求在锅炉运行时能进行安全出灰操作。我们采取是用压缩空气吹灰的方式进行清灰。
b.出灰:我们设计的出灰方式为灰沟加水力冲灰。主机下共三条灰沟,炉膛下一条用于炉膛出灰,对流管束下一条用于出管束的细灰,燃烬室下一条用于燃烬室出灰,三条灰沟直接通到刮板出渣机,进行出灰。
5、水煤浆锅炉系统控制功能
①.安全水位、超压(超温)、熄火的自动告警、联锁保护功能;
②.自动给水(补水)及缺水告警功能;
③.各种控制参数的连续数显功能,有炉膛温度、排烟温度、空预器出口热风温度、炉膛负压及大功率辅机的电流、电压的显示。
三、社会经济效益及环保情况分析
1.社会经济效益
水煤浆的经济性如何?看与之相比的燃料,首先以以我厂20t/h水煤浆和1t/h燃油锅炉为例,两种锅炉年产量都为3000蒸吨,额定负荷运行,水煤浆锅炉燃料消耗量为2.971吨/时,标煤市场价675元/吨,水煤浆市场价590元/吨,把水煤浆换算成标准煤为:2.971x20x300x(3000÷20)X590÷675=233.7万吨/年;燃油锅炉燃料消耗量为0.075吨/h,标煤市场价675元/吨,油市场价2500元/吨,把油换算成标准煤为:0.075x20x300x(3000÷1)X2500÷675=500万吨/年。水煤浆锅炉与燃油锅炉相比:燃油锅炉-水煤浆锅炉=500-233.7=266.3万吨/年。由上述例子看出若与燃油、气相比,则肯定是经济的,若与精煤相比则肯定是不经济的。因此不能笼统地相比来得出是否经济。如果现在已有一台燃油的电站锅炉,则对锅炉改造后燃用水煤浆虽然改造锅炉要投资,锅炉出力要降低,肯定是有经济效益的。而将一台已燃用煤炭的锅炉改造为燃用水煤浆则大可不必。不仅要花改造费,而且燃料成本将大大提高(水煤浆价高于精煤价),不但没有经济效益而且经济效益反而更差,不如改烧精煤好。因此不能笼统地说"水煤浆有很好的经济效益"。
2.环保情况
水煤浆是采用洗选后的低灰低硫精煤制成的,因此其本身就是洁净煤技术的一种,当然它的环保效益要比燃用原煤好,但如果已有的燃用原煤锅炉为了环保要求将锅炉改造为可以燃用水煤浆则毫无必要,因为还不如不改锅炉而改烧精煤,同样可以达到环保要求。当然燃用水煤浆的环境效益就更不能与燃油、气相比了。因此对于水煤浆有"很好的环境效益"这一说法就需要更好地去对比分析来确定。但可以这样说:燃用水煤浆的环境效益不如燃用油气,与燃用精煤相同,比燃用原煤好。
四、.结论及建议
水煤浆是煤炭高效与洁净利用技术的产物,了解并掌握它的特性,利用它可以使一些锅炉廉价走向环保,可以代替一些燃油锅炉和燃油炉窑的油燃料,其社会经济效益是不容忽视的。所以这对于我们开发设计水煤浆锅炉是有利的,水煤浆锅炉系统的设计能够做到高效燃烧、高效换热、密封出灰除尘、安全连锁、全自动控制,对于贫油富煤的我国来说是非常适合的,也对一些中小型工业锅炉走向环保的捷径。
参考文献:
[1]古大田,方子风,等废热锅炉.北京:化学工业出版社,2002.9.
[2]卜银坤、王绍华、汪景武.水煤浆及其在工业锅炉中的应用[J].工业锅炉,2005,(2).
[3]锅炉机组热力计算标准方法。机械工业出版社.1973.