燃水煤漿熱水鍋爐的設計

工業(yè)鍋爐2013年第5期(總第141期)章編號:10048774(2013)05002004燃水煤漿熱水鍋爐的設計張方春,史向華,王麗(山東泰安山鍋集團有限公司,山東泰安271038)摘要:結合水煤漿燃料特性,指出其對鍋爐結構的影響,并重點(diǎn)介紹了一臺SHS141.25/115/70J型鍋爐的設計要點(diǎn)及注意事項。關(guān)鍵詞:水煤漿;燃料特性;設計思路;結焦中圖分類(lèi)號:TK229文獻標識碼:ADesign of Coal Water Mixture Fired Hot Water boiler第一作者:張方春(1974-),高級工程ZHANG Fang-chun, SHI Xiang- hua, WANG Li師,1995年畢業(yè)于天Shangdong Tai'an Shankou Boiler Group Co. Ltd., Tai'an 271038, China津理工學(xué)院熱能工程系,長(cháng)期從事鍋爐Abstract: Combined with the characteristics of coal water mixture, points out its influence to the的設計開(kāi)發(fā)工作。structure of boiler, mainly describes the key points needed to be paid attention to in designing of oneSHS 14-1. 25/115/70-J boilerKey words: coal water mixture; fuel characteristics design ideas; coking0前言1.2水煤漿與煤粉燃燒比較水煤漿是通過(guò)制漿技術(shù),在制漿廠(chǎng)把精洗過(guò)的圖1為煤粉與水煤漿燃燒的溫差曲線(xiàn)。由圖1固態(tài)煤燃料和清水(29%)一起在特制的研磨機中可知:各重量比的水煤漿釋放水分的吸熱過(guò)程在研磨,并加入適量(約1%)的添加劑攪拌均勻后轉100-200℃,水分蒸發(fā)吸熱高峰在150℃附近,且變成為可用泵輸送的流態(tài)煤燃料。水煤漿鍋爐爐前所含水分越高吸熱量越大。含水重量比為10%和燃料系統設備和燃油鍋爐十分相似,水煤漿可以像20%的水煤漿與煤粉的溫差波動(dòng)曲線(xiàn)懸殊不大,且重油一樣用壓縮空氣或壓力蒸汽進(jìn)行霧化后燃燒,在水分被蒸發(fā)后,由于水分對煤粉的吸附與蒸發(fā),增易著(zhù)火,燃燒穩定,保留了煤粉的燃燒特性,但啟動(dòng)加了煤粉顆粒的孔隙率,利于揮發(fā)分的析出,促進(jìn)時(shí)間比煤粉爐要短,負荷變動(dòng)適應性強。CO的氧化,因此在開(kāi)始燃燒放熱初期,水煤漿的放1水煤漿的燃燒分析熱量反而高于煤粉的放熱量。當水的重量比達30%~40%時(shí),其溫差曲線(xiàn)比煤粉低,由此可以認為1.1水煤漿成分含水分重量份額超過(guò)30%的水煤漿將導致著(zhù)火及水煤漿在制造過(guò)程中進(jìn)行凈化處理可除去原燃燒困難。因而需要解決水煤漿初期多出的水分的料煤中灰分的50%-75%,黃鐵礦(無(wú)機硫)的蒸發(fā)問(wèn)題,即需要一部分熱量將多出的水分蒸發(fā)。40%~90%,同時(shí)可回收原料煤發(fā)熱量的90%~這是水煤漿燃燒需解決的重點(diǎn)問(wèn)題。水分較大,將98%。水煤漿和制作水煤漿的原料煤的成分和特性引起爐內燃燒溫度下降、煙氣量增加,爐內吸熱量減比較如表1。表1水煤漿和制造水煤漿的原料煤成分和特性比較B升溫*10℃m項目原料煤(一種煙煤洗煤)水煤漿灰分10%硫分1.5%基線(xiàn)水分溫差/℃發(fā)熱量/(kJ·kg2)3000027001030300080物理形態(tài)固態(tài)液態(tài)10%漿0%漿40%漿圖1煤粉與水煤漿燃燒的溫差曲線(xiàn)收稿日期:201302-18研究與開(kāi)發(fā)燃水煤漿熱水鍋爐的設計少,對流受熱面吸熱量增加。同時(shí),水分多時(shí)需要較2,1鍋爐結構高的熱空氣溫度,亦即需要布置更多的空氣預熱器該鍋爐結構型式為SHS型,雙鍋筒橫置式Ⅱ型受熱面。布置。如圖3所示。13水煤漿火焰分析對已投入運行的水煤漿鍋爐燃燒火焰測量和觀(guān)察,發(fā)現水煤漿火焰清晰,且亮度很強,水煤漿的燃燒火焰發(fā)射能力一般較低,搖曳閃爍較小,從火焰溫度分布看,水煤漿總體溫度比煤粉溫度低約200℃溫度最高點(diǎn)比煤粉燃燒提前了1~1.5m,后部衰減程度較快,這說(shuō)明水煤漿火焰要比煤粉短,且有提前的趨勢(如圖2)。1—水煤漿噴口2一火焰2水煤漿鍋爐設計圖2水煤漿火焰情況燃燒器2爐膛3—鍋筒4級空預器5-省煤器6-二級空預器圖3鍋爐簡(jiǎn)圖2.1.1煙氣流程為1.25MPa,介質(zhì)平均溫度只有92℃,該額定壓力水煤漿燃燒生成的煙氣從爐膛后部上方煙窗流下的飽和蒸汽溫度可達194℃,具有102℃的欠焓,出,經(jīng)凝渣管后進(jìn)入對流管束,在對流管束內部作上就是與鍋爐出口溫度比較也有79℃的欠焓,且能保下三次曲折,再從上部出口窗向后流至尾部煙道,依證上升管內水的流速在0.6m/s以上(水動(dòng)力計算次流過(guò)第一級空預器、省煤器和第二級空預器后排中已體現),可充分保證水動(dòng)力的安全性,為減小循出鍋爐。環(huán)水泵的能耗,將鍋爐循環(huán)阻力控制在0.0926742.1.2水循環(huán)方式MPa。每個(gè)循環(huán)回路高位設有排汽閥,低位設有排該鍋爐采用強制循環(huán)方式(水系統流程如圖污閥。水循環(huán)回路通過(guò)以上優(yōu)化設計,更能保證鍋4),克服了自然循環(huán)鍋爐爐內循環(huán)水量不足、管內爐的安全經(jīng)濟運行。流速低、易結垢、易爆管的缺點(diǎn)。該鍋爐的運行壓力旁路系統回水—省煤器一右上煙位右側冷壁右下集-畫(huà)后集箱一后側水壁司出水總集汽罐上鋼簡(jiǎn)對流管束上升一[下鍋簡(jiǎn)區對流管束下降上鍋筒圖4鍋爐水系統流程工業(yè)鍋爐2013年第5期(總第141l期)2.1.3灰、渣排除系統二級空氣預熱器2067m2水煤漿經(jīng)燃燒后生成的灰渣,主要通過(guò)下部排排煙溫度173℃灰、排渣口排出。各排灰、渣口需接入沖灰溝,沖灰排煙熱焓l1879.63kJ/k溝內的灰渣可由水力出灰沖至灰坑。固體不完全燃燒熱損失q42%2.2鍋爐參數及設計計算氣體不完全燃燒熱損失q30.5%22.1鍋爐主要性能熱力計算參數排煙熱損失q29.688%額定熱功率14MW散熱損失qs1.3%額定出口壓力1.25MPa灰渣物理熱損失g60.000%出水溫度115℃鍋爐總熱損失∑q13.49%回水溫度0℃鍋爐熱效率η86.51%設計燃料水煤漿(級)Qm=17150k/kg鍋爐有效利用熱Q50400000kJ/h受熱面積輻射對流9937m2/302.8m2燃料消耗量B3396.97kg/h級空氣預熱器2067m2計算燃料消耗量Ba329.03kg/h省煤器236m2.2.2熱力計算匯總如表2。表2熱力計算匯總名稱(chēng)爐膛防渣管對流管束一級空預器。省煤器二級空預器進(jìn)口煙溫/℃1008出口煙溫/℃1050376290242173煙氣流速/(m·s2)8.76/13.813.82對流放熱系數[W·(m2℃)462.3836.3247.49輻射放熱系數/W·(m2·℃)"]42.12有效系數0.80.8傳熱系數[W·(m2.℃)”]49.8l37.19煙氣放熱量/(kJ·kg2)7026.7474.96471.52912.21236705.0熱力計算誤差校核/kJkg")Qmun/100-(Qm+Q、+Q+Q。)(1-q4/100)=62.8比值△Q/Qn×100%=68.2/1710×100%=0.4%<0.5%223鍋爐水動(dòng)力計算如表3表3鍋爐水動(dòng)力計算名稱(chēng)入口水溫/℃出口水溫/八流速/(m·s)流動(dòng)阻力/Pa重位壓頭/Pa總阻力/Pa省煤器73.740.67l860.5610065.512021.2進(jìn)水管道73.7473.742.3123992.2側水冷壁73.7484.535332-85891.380465.6聯(lián)通管84.531.131660.1332331.2533991.38前后水冷壁0.81293882447.0854590管束下降1148321.10.00(抵消管束上升0.66145.26141.37出水集箱114.00114.001894.09出水閘閥114.00114.001.51162.350.00162.35鍋爐總阻力△P1+AP2+△P3…+AP1D=92674Pa2.3鍋爐設計要點(diǎn)到了22m3,爐膛出口高度設置在11m左右。2.3.1爐膛設計在進(jìn)行爐膛設計時(shí),首先要選擇爐膛截面形狀鍋爐爐膛布置見(jiàn)圖5。爐膛高度H為925m,和尺寸,其技術(shù)指標是爐膛截面熱負荷:爐膛長(cháng)度控制在4m以上,布置有2m長(cháng)的預燃室,BQar neP MW/m2寬約1.5m。預燃室前水平布置兩臺燃燒器,燃燒器高度h為1.55m,火焰最高溫度點(diǎn)的相對高度,xF為爐膛橫截面積,用燃燒器處的爐膛截面積=h/H=0.168;X-=x+Δx=0.2676,爐膛容積達熱負荷作為燃燒器區域水冷壁熱負荷的指標。燃·研究與開(kāi)發(fā)·燃水煤漿熱水鍋爐的設計燒器區域每米爐膛高度所具有的水冷壁面積是和爐固下來(lái),就會(huì )粘結在爐膛出口處的受熱面上,形成大膛橫截面的周界長(cháng)度成正比的,爐膛的截面熱負荷塊渣而使鍋爐無(wú)法繼續運行。q越小,就表示在同樣的燃燒釋放熱量(BQnm,),該鍋爐的爐膛容積熱負荷為:q、=478kW/m3爐膛截面積F越大,燃燒區域每米爐膛高度沿橫截稍小于小容量煤粉鍋爐的熱負荷(一般小容量煤粉面周界所具有的輻射受熱面越多,就越不容易在此鍋爐的爐膛容積熱負荷在580~755kW/m3),說(shuō)明處結渣其爐膛足夠大,有利于燃料的燃盡。2.3.3針對爐管結焦采用的控制技術(shù)(1)一改以前水煤漿鍋爐爐膛加高衛燃帶的慣例,去除了燃燒室水冷壁內壁的衛燃帶,降低了爐壁的溫度。同時(shí),為改善水煤漿的燃燒,布置兩級空預器,且把第一級空預器放在省煤器前部,使熱空氣溫度可提高到230℃左右,可加快水煤漿中水分的蒸發(fā),有效地改善了水煤漿的燃燒。(2)將爐壁管內介質(zhì)設計為強制循環(huán),介質(zhì)流速可達1.1m/s左右,可以有效地降低管壁溫度,使之不會(huì )發(fā)生結焦。(3)為防止水煤漿燃燒后產(chǎn)生的灰塵大量帶入對流受熱面,我們將燃料二次風(fēng)布置在喉口處收腰點(diǎn)的后墻上,以減緩未燃盡煤粒的上升速度,增加燃料在爐內停留時(shí)間,使燃料與二次風(fēng)充分混合,并使1—測壓管2—防爆門(mén)3一打焦門(mén)4—檢查門(mén)5一看火門(mén)6—撥火門(mén)戶(hù)膛吹灰器8-爐膛二次風(fēng)管燃料中固定碳在中溫環(huán)境下燃盡減輕燒結現象,并圖5爐膛內部布置圖使大量灰塵回落入爐膛底部。在爐膛寬度方向的底該鍋爐燃燒器處的爐膛截面熱負荷為1166部設有水沖式除渣設備,在燃盡室橫向沖刷的兩組kW/m2蘇聯(lián)資料推薦的最大允許爐膛截面熱負荷對流管束兩側分別設有落渣斗。單層布置燃燒器時(shí),煙煤取1740kW/m2(煤粉鍋爐)。由此可見(jiàn)該鍋爐完全能保證通風(fēng)截面,維持①爐膛內的灰渣通過(guò)除渣設備從爐內排出。爐燃料的充分燃燒也能保證沿橫截面周界能布置有膛底部配有水沖除灰裝置在燃盡室和對流管束底足夠的輻射受熱面。部配用四套落灰裝置,爐膛出灰頻次可根據鍋爐負2.3.2爐膛容積熱負荷荷和水煤漿特性而定。在爐膛內設置了十一個(gè)打焦如果鍋爐所燃燒的燃料量不變,而縮小鍋爐爐門(mén),以便對爐膛內部進(jìn)行監控和打焦。膛容積V時(shí),就會(huì )使每立方米的爐膛容積內每小時(shí)②本鍋爐前、后管程各裝有一臺吹灰器,使用壓燃燒燃料所釋放的熱量增多,這個(gè)指標稱(chēng)為“爐膛縮空氣進(jìn)行吹灰。落下的灰進(jìn)入底部沖灰斜槽也容積熱負荷”用q來(lái)表示:由水管將灰沖入煙灰沉降池。在主機出煙口處設有BO落灰放灰裝置,用于煙道井的出灰。鍋爐尾部配有kW/(2)靜電除塵裝置,有利于環(huán)境保護。式中B——燃料消耗量,kg/h3結束語(yǔ)Qm,m,-燃料低位發(fā)熱量,kJ/kg某用戶(hù)鍋爐房安裝了兩臺SHL14MW熱水鍋V爐膛容積,m爐(配有換熱機組),實(shí)際供暖面積23萬(wàn)m2,在從式(2)可以看出,爐膛容積的大小取決于所2011年和2012年只運行了一臺鍋爐,實(shí)際運行時(shí)選用q值的高低,如果q,值過(guò)高,就會(huì )使爐膛容積間為125天和130天,整個(gè)采暖期98%的用戶(hù)室內V過(guò)小。爐膛容積越小,爐璧四周上布置的水冷壁溫度在18~20℃。根據鍋爐房統計運行數據(平面積H也就越小。爐內輻射受熱面積H的大小將均值)為:鍋爐供水溫度88℃;回水溫度為65℃;供影響爐內傳熱,爐內輻射受熱面積不夠時(shí)燃燒產(chǎn)物水壓力0.8MPa;鍋爐流量480m3/h;換熱機組供水溫將得不到足夠的冷卻,灰渣不能從熔融狀態(tài)完全凝(下轉第63頁(yè))環(huán)保技術(shù)基于流態(tài)重構的循環(huán)流化床鍋爐多污染物協(xié)同控制技術(shù)排放在90~160mg/m3(標態(tài)),稍加噴氨時(shí)即可達國家GB13223-2011《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標到100mg/m3以下,實(shí)時(shí)監控顯示為21.61mg/m3準》中鍋爐尾部煙氣SO,和NO,排放均小于100(標態(tài)),此時(shí)SNCR脫硝可達到75%以上。特別是mg/m3(標態(tài))的要求。應用在爐膛旋風(fēng)分離器入口處噴入NH3的SNCR參考文獻脫硝技術(shù)可達效率要求凈煙氣NO,濃度小于100[1]楊石,楊海瑞,呂俊復,等.基于流態(tài)重構的節能型循環(huán)mg/m3(標態(tài))(干基,6%含氧量,以NO2計),還原流化床鍋爐技術(shù)[J.電力技術(shù),2010,19(2)劑采用尿素,噴氨氨氮摩爾比(NSR)小于1.4,氨逃[2) Yang HR, Zhang H, Yang S,eta. Effect of Bed pressur逸率:6.07mg/m3(標態(tài))(體積百分比)以下,對鍋Drop on Performance of a CFB Boiler, EnERGY FUELS爐效率等的影響小于0.4%200923(6):2886-2890.根據實(shí)際運行及測試結果,基于流態(tài)重構超低[3]楊建華,楊海瑞,岳光溪循環(huán)流化床二次風(fēng)射流穿透規律的試驗研究[J].動(dòng)力工程,2008,28(4):509-513排放循環(huán)流化床鍋爐當燃料含硫量小于1%時(shí),在采用了多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)后,就可以達到(上接第23頁(yè))臺14MW水煤漿鍋爐,如果一年運行2400小的度60℃;平均回水溫度40℃;供水壓力0.4MPa;將比燒油節約680余萬(wàn)元成本。流量520m3/h;水煤漿燃料消耗量3600kg/h;排參考文獻煙溫度148℃;排煙處O2含量8.31%;排煙處H2[1]岑可法煤漿燃燒、流動(dòng)傳熱和氣化的理論與應用技術(shù)含量0.01%;排煙處CO含量0.01%;正反平衡平M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1997均熱效率86.9%。[2]趙明泉.鍋爐結構與設計[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大因此該水煤漿鍋爐的熱效率接近燃油鍋爐,比學(xué)出版社,1987普通鏈條爐排鍋爐高近十個(gè)百分點(diǎn),在同等熱值下[3]李龍,薛建光.SZS系列水煤漿鍋爐的設計[J].工業(yè)鍋爐,2007(2)大大節約了燃煤消耗量。水煤漿鍋爐的燃料耗量大約是燃油鍋爐的2倍,但燃料價(jià)格只是輕油的1/5?！贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰贰?》》32》》3》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》》(上接第52頁(yè))鹽水投入加熱設備,直接進(jìn)入除氧器,為熱量利用創(chuàng )4)電機功率小(4kW),耗電少,轉速低,爐渣造條件。將1000℃左右高溫物料冷卻在100℃以與渣機內壁通道磨損少,渣機使用壽命延長(cháng),檢修費下,使物料的熱量有效回收,如果按平均排渣量用降低。2th計算,其每小時(shí)回收的熱量達1887.83MJ,折(5)改造后排放的渣溫低,有效保護輸渣設備合熱值20.9MJ/kg的原煤約90kg/h,每天可節約(皮帶)原煤2.16t,每年節約原煤648t,折合人民幣32.4(6)改為滾筒冷渣機后減少一次風(fēng)機和引風(fēng)萬(wàn)元。機的負擔,減少動(dòng)力能耗。8)投入冷渣機改造后一年節約的費用為原氣槽式冷渣機冷卻風(fēng)量為4018m3/h;3·爐62640元+324000元=386640元,而設備投資引風(fēng)機正常運行引風(fēng)量約為10000m3/h,故所占208000元,不到1年可以回收投資成本。的引風(fēng)量比例為4018/10000=4%;正常運行時(shí)5結論次風(fēng)風(fēng)量為60000m3/h,渣機流化冷卻風(fēng)量為多年的運行情況說(shuō)明,CFB鍋爐使用氣槽式冷4018m/h,所耗占的一次風(fēng)風(fēng)量比例為4018/渣器在運行中存在著(zhù)很多問(wèn)題,影響了鍋爐的安全600067%。改為滾筒冷渣機后每天節約的電穩定運行。采用滾筒冷渣機后既解決排渣困難的問(wèn)耗費用:(250kW×0.8x4%+250kW×0.8×題,又提高了鍋爐運行的安全性能。星湖熱電廠(chǎng)此6.7%-4kW)×24h×0.5元/kWh=208.8元,項改造很好地達到技改目的,也取得了良好的經(jīng)濟年以10個(gè)月運行計,年節約費用為2088×30×10效益,值得同仁借鑒。盟=62640元。參考資料7)使用除鹽水為渣機冷卻水(工業(yè)冷卻水備[1]盧嘯風(fēng)大型循環(huán)流化床鍋爐設備與運行[M北京:中用),除鹽水換熱后水溫可達到70℃左右,相當除國電力出版社,2006