燃煤鍋爐改水煤漿鍋爐的探討

文 // 趙旭 青島特利爾環(huán)保鍋爐工程有限公司

隨著環(huán)境問題和能源問題日益嚴(yán)重，采用潔凈煤技術(shù)，既能提高鍋爐的熱效率，又能減少環(huán)境污染。因此，常規(guī)循環(huán)流化床燃煤鍋爐改造為燃水煤漿鍋爐成為現(xiàn)在的一個發(fā)展方向。但使用循環(huán)流化床鍋爐燃燒水煤漿會對爐膛的換熱、循環(huán)物料的使用等產(chǎn)生影響，因此，本文主要根據(jù)水煤漿的特性和循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，對燃燒水煤漿鍋爐的換熱、物料循環(huán)等問題進(jìn)行探討。

1 水煤漿的主要特性

（1）水煤漿被俗稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品，由65%的不同顆粒分布的煤和34%的水及1%的添加劑的混合物。其低位發(fā)熱值為17000～19000kJ/kg，水分高（30%）、灰分低(＜10%)。

（2）水煤漿燃燒穩(wěn)定、充分、爐膛充滿度好，燃燒效率達(dá)96%～98%；鍋爐熱效率可達(dá)90%。

（3）水煤漿為液體，罐裝和管道輸送，不需要大的推煤場地以及鏟車等設(shè)備，減少了占地面積和輸送、存儲過程帶來的損失和污染。

2 水煤漿鍋爐改造中遇到的問題

2.1 爐膛傳熱問題

懸浮燃燒的水煤漿，進(jìn)入爐膛后迅速形成較大的顆粒團(tuán)，在流化床內(nèi)較高的斷面熱負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)高的燃燒效率。水煤漿由于其含水分高，因此著火比煤粉爐延遲，火焰溫度也低。但由于水分有增加燃燒的作用，因此水分對燃燒效率影響不大。但其燃燒生成的煙氣量要比同等常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐的煙氣量要大很多，這就導(dǎo)致熱力計(jì)算中爐膛的傳熱系數(shù)偏高，也就是在實(shí)際水煤漿鍋爐運(yùn)行中，傳熱系數(shù)較低，導(dǎo)致爐膛受熱面吸熱量不足，同時由于水煤漿灰分的含量少，所以固體顆粒間的傳熱量也會降低，這樣就會更大限度地減少鍋爐爐膛的傳熱系數(shù)，所以在爐膛的設(shè)計(jì)改造中，選取一個合適合理的傳熱系數(shù)尤為重要。

循環(huán)流化床鍋爐中的傳熱包括氣體與固體顆粒間的傳熱，床層與水冷壁間的傳熱，床層與爐內(nèi)埋管間的傳熱或外置式換熱器中鼓泡床層與埋管間的傳熱，以及旋風(fēng)分離器或其他一次分離器內(nèi)的傳熱。鍋爐中傳熱面的大小與分布對鍋爐熱效率及其熱量輸出影響很大，但是由于實(shí)驗(yàn)困難以及商業(yè)機(jī)密不愿公開的原因，目前文獻(xiàn)報道的有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)相當(dāng)少。

考慮到由于水煤漿燃料水分的增大，燃燒生成的三原子氣體的數(shù)量也急劇增大，這樣對于鍋爐的輻射傳熱會有益處。因此，筆者根據(jù)對75t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐的改造設(shè)計(jì)和運(yùn)行研究發(fā)現(xiàn)，燃用水煤漿鍋爐傳熱系數(shù)要比普通燃煤循環(huán)流化床鍋爐的傳熱系數(shù)小一些，因此為保證鍋爐的額定出力，需要增加燃煤鍋爐爐膛的受熱面。

2.2 過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等受熱面的問題

當(dāng)鍋爐的燃料改為水煤漿后，煙氣量較燃煤循環(huán)流化床鍋爐增加不少，而原有尾部煙道截面積的不變，勢必造成煙氣流速的增加，從而給尾部受熱面帶來兩方面問題：第一，由于煙氣流速的增加造成的磨損，導(dǎo)致受熱面管系的使用壽命的降低。第二，煙氣流速過快，將導(dǎo)致傳熱系數(shù)的下降。簡單的說，就是導(dǎo)致尾部受熱面吸熱不足，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐達(dá)不到額定的出力和汽溫要求。

對于空氣預(yù)熱器來說，由于水煤漿的水分高，通常需要較高的空氣預(yù)熱溫度來輔助燃燒，這樣空氣預(yù)熱器就需要認(rèn)真核算其吸熱能力，這也是燃煤鍋爐改造水煤漿鍋爐的一個重要課題。

因此，在改造設(shè)計(jì)中，需要考慮增大管束的節(jié)距來適當(dāng)降低煙氣流速，達(dá)到循環(huán)流化床燃煤鍋爐的煙氣流速。對于空氣預(yù)熱器，由于常規(guī)的循環(huán)流化床燃煤鍋爐的空氣預(yù)熱器煙氣流速偏低，可以不進(jìn)行更改，流速的適當(dāng)增大，會強(qiáng)化傳熱效果。

2.3 床料的選擇

在燃用水煤漿燃料時，大都采用石英砂作為循環(huán)流化床床料，對于改造鍋爐來說，帶來以下三方面的問題：第一，磨損問題。石英砂密度大，達(dá)2.6×103kg/m3，在循環(huán)過程中，石英砂對爐膛、分離器，特別是對尾部的過熱器、省煤器的磨損特別嚴(yán)重，大大降低了受壓部件的使用壽命，進(jìn)而影響鍋爐的運(yùn)行時間。因此，選用高位給料的方式，采用爐渣作為床料，降低鍋爐受壓部件的磨損，可以提高鍋爐的運(yùn)行時間，帶來更大的經(jīng)濟(jì)收益。

第二，循環(huán)灰的問題。由于水煤漿燃料中灰分少（＜10%）,根本達(dá)不到循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時需要的循環(huán)灰的灰量，所以，需要從床料上解決循環(huán)灰量不足的問題。采用爐渣作為床料，便很好的解決了這個問題。通過對75t/h改造鍋爐的研究發(fā)現(xiàn)，爐渣的添加量為300kg/h。

第三，選用石英砂作為底料，通過計(jì)算，料層的阻力將會增大很多，這就勢必要求對原有鍋爐的風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新選型配置，對于用戶的改造費(fèi)用將會增大。

3 煙氣排放

水煤漿燃燒同其他燃煤過程一樣，也會產(chǎn)生飛灰顆粒物、SO2、NOx等大氣污染物。但由于水煤漿中的煤粒在制備過程中進(jìn)行了洗選，以及水煤漿循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低等原因，使得水煤漿燃燒的污染、排放情況要遠(yuǎn)好于普通燃煤鍋爐。

3.1 飛灰及硫化物的排放

水煤漿燃料由于其灰分少（＜10%）、含硫分低（＜0.5%）,所以其飛灰顆粒物、SO2的排放數(shù)量都比普通燃煤鍋爐明顯要低。同時因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐自身的加石灰石爐內(nèi)脫硫技術(shù)的應(yīng)用，會使水煤漿循環(huán)流化床鍋爐的硫化物排放滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 氮化物的排放

水煤漿的火焰溫度以及循環(huán)流化床鍋爐的床溫通常比相同煤種煤粉低200℃左右，根據(jù)燃煤過程中NOx的生成機(jī)理，將有助于抑制NOx的生成。同時結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐分段配風(fēng)的技術(shù)以及SNCR脫銷技術(shù)，將可以保證鍋爐的NOx的排放量達(dá)到國際的環(huán)保要求。

4 結(jié)論

燃煤鍋爐改造為水煤漿懸浮循環(huán)流化床鍋爐在技術(shù)上是可行的，但在改造設(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)考慮其高水分、低灰分而引起爐膛傳熱系數(shù)的變化，以及由于煙氣量增大對爐膛、過熱器、省煤器以及空氣預(yù)熱器的影響，同時注意在風(fēng)機(jī)選型中的配套問題。