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[摘 要]本文阐述了水煤浆有关特性参数的理解和确认原则，有效控制和利用水煤浆的特性参数对于水煤浆成功应用于工业锅炉具有非同小可的影响，提出了设计水煤浆工业锅炉应当注意的问题，人为水煤浆将是一些工业锅炉走向环保的捷径。
[关键词]水煤浆；工业锅炉；应用发展
中图分类号：TK229.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0355-01
1 前言
水煤浆作为一种洁净煤燃料，虽然问世已有近百年的历史，但是真正受到重视和发展的时间应当算是2O世纪7O年代初。当时美国、瑞典、意大利、英國、日本和俄罗斯等国家，投入大量的人力、物力和财力，对水煤浆的制浆、贮运和燃烧技术进行了研究和开发，并首先使水煤浆在一些电厂获得了成功应用。
中国研究开发水煤浆技术始于20世纪8O年代初，经过20多年的努力，目前我国的水煤浆技术已经达到国际先进水平。水煤浆具有成本低、燃烧效率高、容易实现低排、环保要求，还可以替代油燃料。
因此，推广应用水煤浆燃料，对于富煤贫油的我国经济建设，具有非常重要的意义，如今，我国的水煤浆厂数量和总设计能力均居世界第一位，水煤浆已经成为商品化的洁净燃料。
水煤浆的制浆和燃烧技术虽然比较成熟，在一些电厂和工业炉窑中也获得过成功应用，但是在量大面广的中小型工业锅炉中的应用实例却很少，而且存在一些有待改进和完善的技术问题 J。对此，笔者通过对 Ⅱ型 QXS4.2一1.25/95/70一AHI 水煤浆热水锅炉的系统设计实践，浅谈对水煤浆及其在工业锅炉中的应用的认识，旨在进行技术交流。
2 水煤浆及其特性
水煤浆是将煤研磨（通常为湿法研磨）成一定粒度（平均粒度为 50p，m左右），与水按一定的质量比例混合[煤：水 =（65～7O）：（34～29）]，再添加少量的添加剂（1%左右），经过强力搅拌而形成的煤水两相流浆体 J。因为整个过程是在常温下进行的，所以它不仅保持了煤炭原有的物理特性，而且具有良好的流动性和稳定性，能够像燃料油那样易于装卸、贮存、管道输送及雾化空间燃烧，可以广泛应用于工业炉窑、工业锅炉及电站锅炉中，其中超低灰水煤浆还可以直接代替油燃料而应用于柴油机和燃气轮机。
水煤浆一般由低灰、高发热量、高挥发分的原煤或洗选精煤加工而成，不但燃烧效率高、节能和环保，而且价格低廉。
2.1 水煤浆的特性
水煤浆的特性除了常规燃料中的碳 （C）、氢
（H）、氧（O）、氮（N）、硫（s）、灰分（A）、水分（ ）、发热量（Q）、挥发分（ ）、灰熔点（t）外，还应当包括固体浓度、粒度、粘度和稳定性。为了便于水煤浆燃烧计算从而合理进行锅炉结构设计，便于运输、储存、管道供浆及压力雾化设计，必须提供水煤浆的上述特性数据。表2是我们公司用于设计 Ⅱ型 QXS 4.2一1.25/95/70一Anl 水煤浆热水锅炉的水煤浆收到基有关特性数据，严格地讲，它的准确性将直接关系到锅炉结构设计的合理性，锅炉运行的良好性。因为水煤浆目前尚无完善的可供设计的特性数据，所以有必要对表 2中有关数据的确认作进一步说明。
（1）水煤浆的固体浓度水煤浆的固体浓度就是水煤浆中含煤的质量百分比。提高水煤浆的浓度虽然能够提高水煤浆的发热量，但通常浓度每增加 l%，粘度将增加数百 mPa·sl2J。粘度过大，不利于水煤浆的雾化和完全燃烧，也不利于运输和管道输送。因此，水煤浆的浓度通常要控制在65% ～70% ，水煤浆锅炉正常运行时，其在线水煤浆浓度通常不超过66%，当然，理想实用的水煤浆浓度还受到煤质和制浆技术的影响。
（2）水煤浆中煤的粒度
水煤浆中煤的粒度水煤浆中煤的粒度大小和级配关系到煤浆的粘度，直接影响煤浆的触变性、稳定性和雾化燃烧效果。合格的水煤浆平均粒度应为 5O～55 m，最大粒度应控制在 300～m以内，且最大粒度不应超过总量的2%，75%的粒度应当小于741azn，1O m的粒度含量应为20%左右，
（3）水煤浆中的水分水分是水煤浆成浆的重要成分，它包含煤中的内在水分和制浆过程中外加的水分，它的多少将直接影响水煤浆的特性参数，通常为 33%左右，而且 ，同等情况下，适当提高水煤浆体系pH值，会改善其静态稳定性。
（4）水煤浆的稳定性
水煤浆是一种固液两相混合物，很容易出现固液分离，形成硬沉淀或软沉淀。硬沉淀是底部为粗颗粒、顶部为细颗粒的高度分级沉淀物，由于沉淀物颗粒由大到小有序堆积，结构密度大，很难被分散；软沉淀是颗粒之间的絮凝所形成的多孔疏松集团，没有高度分级现象，很容易被分散，因而，这种软沉淀在水煤浆技术中被认为是允许的。水煤浆在静态储存期间，能够维持不产生硬沉淀的时间长短，称为水煤浆的稳定性，一般应达到 3个月时间。
显然，稳定性是反映水煤浆质量的重要指标，通常分为 A、B、C、D四个等级I2J。
A级：稳定性最好，在有效期内，浆体能够保持初始状态，固液分布均匀，固液分布无析水和沉淀现象；
B级：比A级稍差，在有效期内，允许有少量析水和软沉淀存在；
c级：浆体稳定性较差，存在较多的析水和软沉淀，但能通过剪切搅拌基本恢复初始状态，从而满足使用要求；
D级：稳定性最差，极易产生硬沉淀，一般视为不合格水煤浆，应当禁止销售出厂。
2.2 水煤浆在工业锅炉中的应用
虽然水煤浆在炉内和干煤粉一样同属于悬浮空间燃烧，但是燃烧的过程却具有明显的不同：由于含水 35%左右的水煤浆 ，要吸收一定热量并经过一定时间才能完成蒸发过程，因此，水煤浆表现出着火慢、燃烧难的现象；水煤浆水分蒸发、着火、燃烧及燃尽过程的快慢以及燃烧效率，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；由于水煤浆燃烧后生成的烟气中，水蒸气分压力较大，所以水煤浆锅炉的安全经济排烟温度相对要高些。据此，水煤浆锅炉结构设计应注意以下几个问题。
严格按具有代表性的水煤浆的应用状态化学元素等特性参数（收到基参数）进行燃烧计算，同时选
择针对性较强的热力计算方法进行锅炉结构设计、受热面积的布局和安全经济排烟温度的确定。鉴于QXS4.2—1.25/95/70一A1I 强制循环水煤浆热水锅炉，完全模拟了大型动力锅炉的 rl型结构，非常接近资料l9有关计算公式的原始计算模型l9’loJ，因此，按资料 进行热力计算并确认锅炉的结构尺寸和受热面积的布置，理论上会使锅炉设计得更加合理，运行更加可靠。rl型锅炉结构在大型动力锅炉中应用较多，非常适合煤粉的空间悬浮燃烧，不但便于受热面布置，容易系列化设计，而且运行中受热面不易污染、能够使锅炉一次排放降到最低程度，同时便于检修。水煤浆在这种锅炉中运行情况良好的国内外许多先例足以证明，水煤浆在这种炉型中相对容易获得好的运行效果。需要强调的是：在锅炉炉膛下部的煤浆着火区，水冷度应接近于 0，同时在煤浆喷射前方一定距离应有热反射墙，使热烟气得以卷吸回流，以便于水煤浆预热、蒸发和着火；燃烧室的几何形状，应有利于火焰对炉膛的充满度；燃烧室的高度，应保证燃料在其出口前完全燃尽。
3 结束语
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，可以替代一些燃油锅炉和燃油炉窑的油燃料，其社会效益和经济效益都是不可忽视的。
[关键词]水煤浆；工业锅炉；应用发展
中图分类号：TK229.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0355-01
1 前言
水煤浆作为一种洁净煤燃料，虽然问世已有近百年的历史，但是真正受到重视和发展的时间应当算是2O世纪7O年代初。当时美国、瑞典、意大利、英國、日本和俄罗斯等国家，投入大量的人力、物力和财力，对水煤浆的制浆、贮运和燃烧技术进行了研究和开发，并首先使水煤浆在一些电厂获得了成功应用。
中国研究开发水煤浆技术始于20世纪8O年代初，经过20多年的努力，目前我国的水煤浆技术已经达到国际先进水平。水煤浆具有成本低、燃烧效率高、容易实现低排、环保要求，还可以替代油燃料。
因此，推广应用水煤浆燃料，对于富煤贫油的我国经济建设，具有非常重要的意义，如今，我国的水煤浆厂数量和总设计能力均居世界第一位，水煤浆已经成为商品化的洁净燃料。
水煤浆的制浆和燃烧技术虽然比较成熟，在一些电厂和工业炉窑中也获得过成功应用，但是在量大面广的中小型工业锅炉中的应用实例却很少，而且存在一些有待改进和完善的技术问题 J。对此，笔者通过对 Ⅱ型 QXS4.2一1.25/95/70一AHI 水煤浆热水锅炉的系统设计实践，浅谈对水煤浆及其在工业锅炉中的应用的认识，旨在进行技术交流。
2 水煤浆及其特性
水煤浆是将煤研磨（通常为湿法研磨）成一定粒度（平均粒度为 50p，m左右），与水按一定的质量比例混合[煤：水 =（65～7O）：（34～29）]，再添加少量的添加剂（1%左右），经过强力搅拌而形成的煤水两相流浆体 J。因为整个过程是在常温下进行的，所以它不仅保持了煤炭原有的物理特性，而且具有良好的流动性和稳定性，能够像燃料油那样易于装卸、贮存、管道输送及雾化空间燃烧，可以广泛应用于工业炉窑、工业锅炉及电站锅炉中，其中超低灰水煤浆还可以直接代替油燃料而应用于柴油机和燃气轮机。
水煤浆一般由低灰、高发热量、高挥发分的原煤或洗选精煤加工而成，不但燃烧效率高、节能和环保，而且价格低廉。
2.1 水煤浆的特性
水煤浆的特性除了常规燃料中的碳 （C）、氢
（H）、氧（O）、氮（N）、硫（s）、灰分（A）、水分（ ）、发热量（Q）、挥发分（ ）、灰熔点（t）外，还应当包括固体浓度、粒度、粘度和稳定性。为了便于水煤浆燃烧计算从而合理进行锅炉结构设计，便于运输、储存、管道供浆及压力雾化设计，必须提供水煤浆的上述特性数据。表2是我们公司用于设计 Ⅱ型 QXS 4.2一1.25/95/70一Anl 水煤浆热水锅炉的水煤浆收到基有关特性数据，严格地讲，它的准确性将直接关系到锅炉结构设计的合理性，锅炉运行的良好性。因为水煤浆目前尚无完善的可供设计的特性数据，所以有必要对表 2中有关数据的确认作进一步说明。
（1）水煤浆的固体浓度水煤浆的固体浓度就是水煤浆中含煤的质量百分比。提高水煤浆的浓度虽然能够提高水煤浆的发热量，但通常浓度每增加 l%，粘度将增加数百 mPa·sl2J。粘度过大，不利于水煤浆的雾化和完全燃烧，也不利于运输和管道输送。因此，水煤浆的浓度通常要控制在65% ～70% ，水煤浆锅炉正常运行时，其在线水煤浆浓度通常不超过66%，当然，理想实用的水煤浆浓度还受到煤质和制浆技术的影响。
（2）水煤浆中煤的粒度
水煤浆中煤的粒度水煤浆中煤的粒度大小和级配关系到煤浆的粘度，直接影响煤浆的触变性、稳定性和雾化燃烧效果。合格的水煤浆平均粒度应为 5O～55 m，最大粒度应控制在 300～m以内，且最大粒度不应超过总量的2%，75%的粒度应当小于741azn，1O m的粒度含量应为20%左右，
（3）水煤浆中的水分水分是水煤浆成浆的重要成分，它包含煤中的内在水分和制浆过程中外加的水分，它的多少将直接影响水煤浆的特性参数，通常为 33%左右，而且 ，同等情况下，适当提高水煤浆体系pH值，会改善其静态稳定性。
（4）水煤浆的稳定性
水煤浆是一种固液两相混合物，很容易出现固液分离，形成硬沉淀或软沉淀。硬沉淀是底部为粗颗粒、顶部为细颗粒的高度分级沉淀物，由于沉淀物颗粒由大到小有序堆积，结构密度大，很难被分散；软沉淀是颗粒之间的絮凝所形成的多孔疏松集团，没有高度分级现象，很容易被分散，因而，这种软沉淀在水煤浆技术中被认为是允许的。水煤浆在静态储存期间，能够维持不产生硬沉淀的时间长短，称为水煤浆的稳定性，一般应达到 3个月时间。
显然，稳定性是反映水煤浆质量的重要指标，通常分为 A、B、C、D四个等级I2J。
A级：稳定性最好，在有效期内，浆体能够保持初始状态，固液分布均匀，固液分布无析水和沉淀现象；
B级：比A级稍差，在有效期内，允许有少量析水和软沉淀存在；
c级：浆体稳定性较差，存在较多的析水和软沉淀，但能通过剪切搅拌基本恢复初始状态，从而满足使用要求；
D级：稳定性最差，极易产生硬沉淀，一般视为不合格水煤浆，应当禁止销售出厂。
2.2 水煤浆在工业锅炉中的应用
虽然水煤浆在炉内和干煤粉一样同属于悬浮空间燃烧，但是燃烧的过程却具有明显的不同：由于含水 35%左右的水煤浆 ，要吸收一定热量并经过一定时间才能完成蒸发过程，因此，水煤浆表现出着火慢、燃烧难的现象；水煤浆水分蒸发、着火、燃烧及燃尽过程的快慢以及燃烧效率，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；由于水煤浆燃烧后生成的烟气中，水蒸气分压力较大，所以水煤浆锅炉的安全经济排烟温度相对要高些。据此，水煤浆锅炉结构设计应注意以下几个问题。
严格按具有代表性的水煤浆的应用状态化学元素等特性参数（收到基参数）进行燃烧计算，同时选
择针对性较强的热力计算方法进行锅炉结构设计、受热面积的布局和安全经济排烟温度的确定。鉴于QXS4.2—1.25/95/70一A1I 强制循环水煤浆热水锅炉，完全模拟了大型动力锅炉的 rl型结构，非常接近资料l9有关计算公式的原始计算模型l9’loJ，因此，按资料 进行热力计算并确认锅炉的结构尺寸和受热面积的布置，理论上会使锅炉设计得更加合理，运行更加可靠。rl型锅炉结构在大型动力锅炉中应用较多，非常适合煤粉的空间悬浮燃烧，不但便于受热面布置，容易系列化设计，而且运行中受热面不易污染、能够使锅炉一次排放降到最低程度，同时便于检修。水煤浆在这种锅炉中运行情况良好的国内外许多先例足以证明，水煤浆在这种炉型中相对容易获得好的运行效果。需要强调的是：在锅炉炉膛下部的煤浆着火区，水冷度应接近于 0，同时在煤浆喷射前方一定距离应有热反射墙，使热烟气得以卷吸回流，以便于水煤浆预热、蒸发和着火；燃烧室的几何形状，应有利于火焰对炉膛的充满度；燃烧室的高度，应保证燃料在其出口前完全燃尽。
3 结束语
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，可以替代一些燃油锅炉和燃油炉窑的油燃料，其社会效益和经济效益都是不可忽视的。