水煤漿鍋爐設備使用注意事項幾點思考

摘要:水煤漿作為一種新型煤基流體潔凈環保燃料，既保留了煤的燃燒特性，又具備類似重油的液態燃燒應用特點，是目前我國一項現實的潔凈煤技術。研究分析了水煤漿鍋爐和水煤漿鍋爐設備，提出了水煤漿鍋爐設備使用注意事項幾點思考。

關鍵詞:水煤漿 鍋爐設備 燃燒特點 注意事項

0 引言

能源是重要的戰略資源，是保障經濟社會持續快速健康發展的物質基礎。隨著世界能源資源的緊缺，環境污染的加重，節能減排已經成為世界經濟和社會發展的重大任務。水煤漿(CWM)是一種新型煤基流體潔凈環保燃料，既保留了煤的燃燒特性，又具備類似重油的液態燃燒應用特點，是目前我國一項現實的潔凈煤技術。水煤漿作為節約和替代石油以及潔凈煤利用的示范與推廣技術，對于發揮中國煤炭資源優勢，既符合國情要求，又可保證能源安全，具有現實和長遠意義[1，2]。本文主要探討了水煤漿鍋爐設備使用相關問題。

1 水煤漿鍋爐預燃室

當水煤漿進入爐腔燃燒前，先在一個容積比較小的燃燒室內被點燃，并形成火炬，然后穩定的火焰直接噴入爐膛，繼續燃燒，直至燃盡，其優點如下:由于預燃室是根據燃燒空氣動力學穩燃原理設計的，體積小，調節靈活，可以針對不同水煤漿的性能，建立合理的氣流結構，使煤漿在其中完成水分的蒸發、揮發份析出、點燃以及穩定燃燒;由于穩燃性能優越，水煤漿可在冷風條件下起動和穩定燃燒。可簡化設備和起動工作量，節省大量點火用油;當鍋爐改裝為燃用水煤漿時，爐膛改造工作量小。

在眾多預燃室中，偏置射流預燃室有其獨特的優點。霧化了的水煤漿和空氣混合物以一定速度通過下偏置的一次風管直射入內壁襯有耐火材料燃燒室有限空間，由于它對周圍介質的差吸，在預燃室上都出現一個很大的回流區。在一次風口下側近底部處有一股起吹灰和控制燃燒作用的控制射流，它一方面增大了射流出口附近的湍流度，另一方面又對主射流起引射作用。使上半部的回流區更強大。形成一個穩定的高溫熱源，點燃煤漿顆粒。使之穩定并強化燃燒.回流區的大小和位置以及吹灰效果，可通過調節一次風主射流和控制射流來達到。

熱態試驗表明，在預燃室內，上半部溫度高，下半部溫度低。頭部溫度低， 尾部強度高。中心溫度明顯高于壁面附近溫度，這種溫度分布正是這種非對稱射流預燃室能強化燃燒，又能做到不結渣，積灰的原因所在。

對不同性質的水煤漿，預燃室出口溫度1250~1350℃，爐膛火焰溫度1300~1400℃，火焰長度約6米，燃燒效率96%~98%。

采用預燃室裝置燃燒水煤漿，對油爐改造是一個突出的優點，它的燃燒組織主要在預燃室內部和爐膛結構關系不很大，爐膛的作用僅是燃盡和冷卻熾熱煙氣，預燃室配置低壓噴嘴后在改造中小型油爐領域內將有很大的天地。目前這種燃燒方式在北京印染廠多臺燃油，煤鍋爐上改裝采用。

2 水煤漿燃燒器

水煤漿鍋爐設計特色在于爐前供漿系統燃燒器和爐膛結構的設計。爐前供漿系統良好工作的前提是要有合格的煤漿，取決于供漿廠的工藝和添加劑的慣合量，煤漿一旦發生沉淀，則是很難處理的。其二是漿泵和閥門的耐磨性，良好的漿泵壽命在2000小時以上。閥門過濾器易堵塞也是個問題，這就需要有制訂切實可行的合理的操作規程。

水煤漿燃燒器又稱配風器，是水煤漿燃燒的又一個關鍵設備。理論研究表明:水煤漿著火熱的主要來源是依靠高溫煙氣的對流加熱，這就對燃燒配風的組織以獲得使得煤漿霧炬能有效地得到加熱，成為水煤漿著火的關鍵。同時，合理的配風是加強燃燒室內湍動度，提高水煤漿燃燒速度和燃燼度的關鍵。合理的配風還將影響到污染物的排放，分段送風可以控制NOx的生成和排放，同時合理的配風還將增加燃燒經濟性。

根據水煤漿燃燒特性，可采用水煤漿旋流燃燒器。旋流燃燒器是利用旋轉射流的特性設計而成的燃燒器，因為不僅旋流燃燒器有較大的噴嘴擴張角，使射流較短，能在較短的爐室中完成燃燒過程，而且在強旋流的內部形成一個回流區，滿足煤漿著火所需的回流煙氣量的要求旋轉射流不僅從射流外側卷吸周圍介質，還從回流區中卷吸介質，故它有較好的“抽氣\"能力，使大量高溫煙氣回流到火炬根部，保證燃料順利著火和火焰穩定燃燒。

旋流燃燒器的特性:①組織良好的空氣動力場，使煤漿氣流能夠及時著火。②燃燒運行可靠，燃燒器不易燒壞、磨損，爐膛不發生滅火。③有較好的燃料適應性和負荷的調節性。風速和風量能夠根據負荷和煤漿種類的變化而準確調節。④便于調節和自動控制。⑤能使噴霧霧化和爐膛合理配合。

旋流型燃燒器在工業鍋爐和窯爐上已廣泛應用。我國在北京造紙一廠20t/h、60t/h及新建的35t/h鍋爐上以及廣西桂林鋼廠、山東萊蕪鋼廠等工業窯爐上應用的燃燒器均為旋轉型燃燒器。我國在工業上應用于20t/h鍋爐的旋流型然燒器屬于軸向可動葉輪式。

其特點是一、二次風分別進風，一次風采用固定葉輪式穩焰器，但可沿軸線前后移動以便調節中心回流區和火陷位置，二次風采用可調切向式葉片。燃燒器出口裝有耐火材料制成的旋口。試驗表明水煤漿著火穩定，無脫火現象，燃燒效率可達98%。

應用于60t/h鍋爐的油一水煤漿兩用旋流燃燒器。其特點是分中心風、一次風、二次風分別進風，便于在試驗中加以調整，尋找最佳的結構和運行參數來適應油及水煤漿兩種燃料的著火和燃燒需要。二次風選用軸向可動葉輪，中心風及一次風采用固定葉輪，一次風及二次風裝有擴口。

U型火焰與W型火焰一樣屬于頂燃爐，具有火焰行程長、二次風可分級送風，爐出口速度場及溫度場偏差小等特點，較適合于低揮發分煤粉及水煤漿的燃燒。早期采用小容量U型爐燒無煙煤比較多。60年代起，美國Forster Wheeler公司和法國Stun Indusrtil公司以及日本日立BW公司相繼把U型火焰發展為W型。目前，這種爐型已在國內許多電廠得到應用。我國新設計的35t/h水煤漿專用鍋護的輔助燃燒器屬于這一類型。

四角燃燒器燃燒方式很廣泛地應用于我國電站鍋爐，白楊河電站230t/h燃油鍋爐改造方案中選用的側二次風布置的水煤漿燃燒器是四角燃燒方式。該燃燒器是我國“六五”、“七五”水煤漿攻關成果的基礎上開發出來的，燃燒器可以全燒水煤漿和全燒油或水煤漿和油混燒。燃燒器的結構共分七層，依次自下而上是第一層為下二次風噴口，第二、三、四層為側二次風布置的水煤漿燃燒器，第四層也可用于燒油，第五、六層為油燃燒器，第五層也可以作為水煤漿燃燒時的上二次風，第七層為三次風噴口。在額定負荷下，燃燒水煤漿時停用第六層油燃燒器，燃油時投用第四、五、六層燃燒器。鍋爐進行單角燃燒水煤漿的試驗。試驗表明:該燃燒器的改造設計能滿足水煤漿燃燒的要求，保證鍋爐的安全運行。

3 燃用水煤漿鍋爐的特點

①可以泵送、裝卸、用罐貯存;流量可通過閥門控制:鍋爐房爐前燃料系統設備和燃油機組十分相似。②可以像油一樣霧化后燃燒，易著火，燃燒穩定。保留了煤粉的燃燒特性。啟動時間短，負荷變動適應性強(可在40%負荷穩定運行)。燃燒效率一般為97%~99%。③約含30%水分，在常溫全封閉狀態下輸送不會爆炸、自燃，降低了貯存運輸的防火要求。④沒有煤炭在貯運過程中的物料損失(約3%)，鍋爐現場沒有龐大且粉塵飛揚的煤場、輸煤、制粉及干燥系統。環境衛生、噪音與燃油機組相似。⑤爐后除塵除渣設備及灰場容量比燃煤機組要小許多。灰場容量僅為燃煤機組的1/4。灰場揚塵對大氣造成的二次污染較小。⑥爐內燃燒溫度比煤粉爐低100℃~200℃，NO排放相對較低。⑦在爐前煤漿中均勻加石灰水(約3%)，爐內脫硫率約可達50%，一般比煤粉爐要高。燃油含硫量一般約為2%，也存在脫硫費用昂貴的問題。⑧由于燃用水煤漿機組燃料系統類似于燃油機組，運行管理、維護檢修簡單，低灰水煤漿對受熱面的磨損大大低于燃煤鍋爐，減少了檢修工作量，從而可減少人力和資金的投入。并且其安全可靠性還優于燃油機組。⑨水煤漿在常溫下磨制，比燃煤機組在熱風干燥過程中制粉散熱損失小。水煤漿燃燒率高達99%，即使剩5%左右的爐灰渣，其中的90%也是生產水泥的優質原料。

4 水煤漿鍋爐注意事項

4.1 水煤漿鍋爐必須有蓄熱室，為保證蓄熱室能盡快蓄熱升溫，一般都不設受熱面，但水煤漿正常燃燒后，又會因溫度太高而結焦，為了解決此矛盾，可在蓄熱室兩側墻增加冷卻風管，并有風門調節。根據蓄熱室的溫度情況增加或減少風量，來調節蓄熱室兩側墻溫度避免結焦，同時，該風還可起到擾流助燃作用，改善鍋爐燃燒工況，效果明顯。

4.2 控制一次風和水煤漿的混合。顯然，一次風若在水分蒸發階段結束之前過早和過量地與水煤漿混合會延長蒸發階段的過程。可以認為，水煤漿蒸發階段不需要一次風，一次風應盡可能在水分蒸發階段基本結束之時逐漸和水煤漿混合。

4.3 二次風量宜分級加入。水煤漿一旦水分基本蒸發完畢，其燃燒過程本質上屬于煤粉燃燒。但比同類煤種的煤粉燃燒難度大，大量的水分吸收了大量的汽化熱，使燃燒溫度降低100℃以上，加上煤漿結團后顆粒增大，使燃燒過程延長。此外，粗大的漿團容易分離掉入爐底，使爐渣含炭量加大。所以，根據煤漿的特點，將二次風分作底部風、上部風、中間風、側邊風等有選擇地送入爐內是很有必要的。

4.4 水煤漿燃燒系統的應用涉及到水煤漿來源、廠區儲存、水煤漿燃燒負荷設計、燃燒器及輔機參數的選擇等逐個環節，需要認真分析、設計，應對補充燃燒水煤漿原有的排煙設備等進行核算。

4.5 對水煤漿的出廠價格、運輸價格和增加的發電量等因素做出合理的經濟技術分析。確定合理的經濟性，對設備穩定運行要求較高的電廠，水煤漿質量的選擇至關重要。

4.6 水煤漿應定期攪拌，攪拌的周期和時間需與供漿單位確認。在系統設計時要考慮管道內水煤漿的流動，采用循環回路，避免管道內沉積堵塞。

4.7 水煤漿燃燒器的設計要求較高，在選擇燃燒器時要充分考慮它的使用壽命、燃燒效果和燃燼等因素。

4.8 設備應定期清洗和切換運行，包括卸漿泵、過濾器、供漿泵及其相應的連接管道。

4.9 管道閥門(包括儀表閥)全部采用球閥，增大流通面積。

5 結語

本文主要探討了水煤漿鍋爐設備相關知識，指出水煤漿含灰量低，有利于環境保護。應當指出，目前我國配制水煤漿一般都采用經過洗選的優質煤，含灰量、含水量均低，燃燒特性較好， 以便能盡快解決油爐燒水煤漿的課題。

參考文獻:

[1]李毅，楊公訓，高松.水煤漿鍋爐的發展及現狀[J].熱能動力工程. 2007.22(6).

[2]成預林，季云金，徐永前.水煤漿鍋爐應用與系統設計[J].工業鍋爐. 2008.(6).