链条炉排与水煤浆锅炉能效对比分析

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【摘 要】简单介绍了水煤浆锅炉的概念，并从燃料特性、燃烧状态以及锅炉结构三个方面阐述了水煤浆锅炉区别于其它锅炉的特点。并通过定量、定性的计算对比分析了水煤浆锅炉与链条炉排锅炉的能效状况，指出水煤浆替代重油燃烧虽可取得明显的经济效益， 但在能效方面却不及燃烧制浆原料煤的链条炉排锅炉。

【关键词】水煤浆 链条炉排 汽化潜热 能效

1 前言

从工业化利用的角度看，我国的能源结构不甚合理，在已探明的储量中，煤炭占92.94%，石油占5.35%，天然气占1.71%，是典型的富煤、贫油、少气的国家[1]。水煤浆是一种新型煤基流体燃料，可代油燃烧，应用于钢铁、陶瓷、玻璃等行业，其中不乏成功的经验。水煤浆锅炉就是使用水煤浆作为燃料进行燃烧的锅炉。许多用户选择水煤浆替代重油作为锅炉或工业炉窑燃料，其关键原因在于燃料费用能降低50%以上。尽管其他费用有所增加，但仍可取得明显的经济效益。本文在系统介绍水煤浆锅炉的同时，从电耗、热损失、运行效率等方面将其与链条炉排锅炉进行能效比较。

2 水煤浆锅炉特性

2.1 燃料特性

水煤浆是由约70%的煤粉、30%的水和少量化学添加剂组成的混合体，具有良好的流动性和稳定性，可以像油一样实现全密封储运和高效率的雾化燃烧。水煤浆的燃烧需要轻柴油点火，一旦着火燃烧炉膛温度达到800℃即自动停油转换为水煤浆燃烧，并且在常温下水煤浆无需像重油那样需要预热使整个供浆管路系统设计较为简单。水煤浆常温下不可燃，其储存、运输比燃油简单、安全、便于管理。水煤浆的最大优点，成本较低，2t优质水煤浆可代替1t燃料油[2]。

2.2 燃烧特性

水煤浆锅炉燃烧方式和煤粉锅炉一样，采用空间燃烧或室式燃烧，燃烧系统主要由水煤浆压送设备（管路）、辅助点火油路（设备）、鼓风系统三部分组成。空间燃烧中按锅炉容量的大小不同采用的燃烧器型式也不一样。炉膛内有四角切向布置直流式燃烧器和单面炉墙布置或双面炉墙对冲布置燃烧器两大类。水煤浆雾化的难度比油大，需采用多级混合式蒸汽机械雾化喷嘴。雾化蒸汽温度不小于300℃，第一级雾化用多层蒸汽流冲击煤浆流；第二级雾化是混合物在混合室及喷头内强烈扰动并多次冲击壁面使混合进一步均匀；第三级雾化是混合物在压差的作用下喷出，混合物体积迅速膨胀同时与炉膛气体强烈摩擦，最终得到的颗粒团约80～100um[3]。提高水煤浆锅炉燃烧的稳定性和燃烧设备的安全可靠性是设计者的首要任务和必须优先考虑的问题。

2.3 结构特性

水煤浆锅炉示意图1所示：水煤浆锅炉主要由燃煤或燃油的工业锅炉和电站锅炉改造而来，在改烧水煤浆时由于燃烧性质的差异，须对锅炉本体进行改造，以利于水煤浆的稳定、高效燃烧。同时水煤浆锅炉在多数情况下应配置高效的脱硫和除尘等设备。

图1 水煤浆锅炉示意图

3 水煤浆锅炉与链条炉排锅炉的能效对比

3.1 燃料含水量

试验中选取低位发热量为26MJ/kg的煤种对两种锅炉进行燃烧对比试验时，相同煤种磨制成的水煤浆含水量约为35%，原煤的含水量为10%。燃料中水分在炉膛被加热至沸点， 并气化随烟气排除锅炉，根据《锅炉原理》计算出水蒸气带走热量[4]。结果显示，水煤浆炉带走热量为880kJ/kg远高于链条炉排的250kJ/kg，降低了锅炉能效水平。

3.2 磨煤电耗

水煤浆要达到输送和在炉膛中正常雾化燃烧，则必须将原煤研磨至平均粒径45～50 μm。这与煤粉锅炉燃用的煤粉相当。水煤浆的研磨大多是采用球磨机进行湿磨，磨煤电耗很高。我们按照经验数据每磨制1t高浓度浆的耗电量42000kW·h来计算其对锅炉能效的影响（先把磨煤电耗按600MW机组供电标煤耗（ 374 g/ kW·h）折算到磨制1kg浆所需的标煤量，然后换算成对应的热量，该热量占浆的低位发热量的百分比即为磨煤电耗对能效的影响值）[5]。计算结果显示，磨制1 kg 浆对应的标煤耗为16000g，该标煤耗折换发热量约占水煤浆发热量的3%，相比链条炉排能效状况低3%。

3.3 炉运行电耗

水煤浆锅炉相比链条炉排锅炉没有链条炉排转动电机，新增设备有螺杆式空压机、供浆螺杆泵、输浆螺杆泵、带搅拌日用浆罐、输油齿轮泵、在线过滤器。以一台10t/h锅炉为例，新增设备总功率约为45kW。水煤浆在燃烧过程中约有90%的灰分经锅炉尾部排到炉外，在链条炉排锅炉中，燃料中仅约10% 灰分经锅炉尾部排到炉外。因此，水煤浆锅炉原始烟尘排放浓度大大超过链条炉排锅炉。水煤浆锅炉比链条炉排锅炉原始烟尘排放浓度也约增大4倍。为了达到环保新标准需采用级除尘，这就增加了烟风阻力，导致引风机电功率增加。

飞灰量的增加还引起对流受热面积灰严重，还必须配备吹灰装置。

3.4 运行热效率

工业锅炉设计大多为二类烟煤，而水煤浆需采用较高质量煤质。燃烧优质烟煤的链条炉排锅炉在进行热效率测定时，其运行热效率能够达到80%这样一个较高的水性。我们利用反平衡方法评估两种锅炉的热效率。我们忽略化学不完全燃烧热损失、散热损失、灰渣热损失的差异。存在差异的主要是机械不完全热损失和排烟热损失两项。高灰分碳在燃烧过程中会出现裹灰，降低氧化速度，增加炉渣可燃物含量。二链条炉排的过量空气系数要大于水煤浆锅炉。这一系列原因会导致链条炉排的热效率低于水煤浆锅炉4%左右[6]。

4 结语

（1）到目前已开发出适合各种用途的水煤浆锅炉，包括电站用和工业用。可以看到水煤浆作为一种代油燃料用于燃油锅炉改造的观点已被广泛认同，不管哪种容量的锅炉， 只要用水煤浆替代原先的重油燃烧， 由于燃料费用显著下降， 故都能取得明显的经济效益。此外，水煤浆在能源安全方面有其重要意义。（2）在与链条炉排锅炉相比，水煤浆锅炉运行热效率高于链条炉排，但在磨煤电耗、汽化潜热以及新增电气设备方面所产生的影响都大大降低了水煤浆锅炉的整体能效。（3）使用灰分水分较多的原煤情况下，能效会更低。大量的飞灰也造成锅炉原始烟尘排放浓度大， 必须考虑有效的除尘设备才能稳定达标。（4）在我国能源结构分配上，应当将一部分粗颗粒精煤供链条炉排使用，以提高链条炉排的热效率。链条炉排锅炉的原始烟尘排放浓度更低，使用常规除尘器便可达标。

参考文献：

[1] 郝临山，彭建喜.水煤浆制备与应用技术[M].北京：煤炭工业出版社，2003.

[2] 范晴.水煤浆及其燃烧技术[J].湖南电力，1999（2）：54-55.

[3] ADDY S N， CONSIDINE T J. Retrofitting oil-fired boilers to fire coal-water slurry ：an economic evaluation[J].Coal Utility： Fuel System，1994（19）：341-352.

[4] 胡中兴，刘凤美，龚光辉.200 MW水煤浆锅炉的设计[J].动力工程，2006（3）：369-374.

[5] 朱霞，周锦峰.65th锅炉改烧水煤浆燃料的改造设计[J].节能，2005（2）：16-19.

[6] GB/T 18855-2002 水煤浆的技术要求和测量方法[S].

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