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65t/h燃油锅炉改烧水煤浆技术研究
发布时间：2013-04-27 14:50 来源：未知
随着我国经济的快速发展，石油消费呈现加速增长态势．2003年我国进口石油量已达到9112万t，需支付大量外汇，油价居高不下，己在一定程度上影响我国经济发展，因此，寻找新的代油燃料，确保我国能源供应的稳定和社会经济的可持续发展具有重要意义，我国煤炭资源十分丰富，占化石能源资源的80%以上，如果把不清洁的煤转化成洁净的代油燃料，无疑将是一项符合国情、有重要社会经济效益的工作．水煤浆正是实现代油的煤基洁净燃料，它是由68%左右的煤粉、32%左右的水和0.5%左右的化学添加剂组成的，其流动和储存特性类似重油，并能像油一样雾化燃烧，是一种理想的代油燃料．因水煤浆燃料的组成特点使其在锅炉中的燃烧过程与油、煤粉都有区别，燃油锅炉要实现水煤浆稳定高效燃烧，则必须对锅炉本体、燃烧器、喷嘴等关键部件进行改造设计，笔者针对某厂65 t/h燃油锅炉，介绍了进行改烧水煤浆的一些技术设计和燃烧试验，结果表明改造是成功的．
1、原锅炉概况
该锅炉是北京锅炉厂制造的Y - 65/3.9-1型燃油锅炉，原设计燃烧渣油，锅炉采用中压单锅筒、自然循环、负压燃烧、平衡通风、Ⅱ型室内布置，炉膛为正方形截面，锅炉采用全悬吊结构，利用大直径下降管集中供水．炉膛为密节距水冷壁，水平烟道及尾部烟道上部布置有过热器和包墙管，水平烟道分两级布置了对流过热器，两级之间装设喷水减温器，以调节过热蒸汽温度，省煤器为单级布置，空预器为卧式，尾部垂井装有钢珠除尘，原设计燃烧装置为4只重油燃烧器（后改为油／天然气两用），分2排布置于炉室前墙．锅炉简图如图1 (a)所示．
2、油炉改烧水煤浆的关键技术及难点
(1)燃烧水煤浆需要的着火热是煤粉的1.3倍，如何保证稳定着火和高效燃烧；水煤浆着火和燃烧特点与油相差较大，如何把油燃烧器改成水煤浆和油两用燃烧器；设计及研制能使高黏度水煤浆良好雾化的防磨喷嘴；与燃油相比，水煤浆火炬延长3m以上，如何保证炉膛出口的烟温在允许范围内．
(2)灰渣处理水煤浆虽然属少灰燃料，但也要防止炉内结焦、积灰，清除炉底灰渣，防止各受热面积灰和飞灰磨损，并做到灰渣综合利用，满足环保要求．
(3)高水分问题水煤浆含有30%～40%的水，如何防止露点升高而引起尾部受热面低温腐蚀．
(4)传热及受热面油炉热负荷大于煤炉（如容积热负荷大1.60~1.75倍），改烧水煤浆后如何提高锅炉出力；水煤浆和油辐射换热特性不一样，油炉改烧水煤浆后炉膛等受热面吸热分配将发生变化，如何调整受热面布置，保证减温装置满足汽温的要求，过热器不超温．
(5)烟气排放污染如何控制烟气中的飞灰、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，符合国家环保排放要求．
(6)设备燃烧器和受热面改造后，阻力会有所增加，如何降低烟风阻力；水煤浆燃烧过量空气系数比燃油大0.1左右，空气和烟气量会有所增加，如何使原送、引风机尽量少改动而满足要求．
(7)运行水煤浆冷炉快速点火及切换技术；水煤浆冷热态调整试验问题；水煤浆燃烧运行优化和操作规程；水煤浆低负荷稳燃运行技术．
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3、锅炉改造技术
3.1 锅炉本体改造
燃油锅炉特点是炉膛容积小，热负荷大，该炉容积热负荷为0. 24 MW／m3，为了适应水煤浆燃烧，锅炉体积需要扩大，以降低锅炉容积热负荷，为此炉膛整体向下延伸约2 m．
在受热面改造方面，过热器和喷水减温装置不改动，为了提高热风温度，对省煤器和空预器的面积和布置进行调整，即在省煤器上、下两组之间增加一级空预器，同时上组省煤器去除6排管子，增加下级空预器的面积，使空预器总面积约增加2 000m2.改造后的锅炉如图1(b)所示．此外，锅炉水冷壁和其他受热面增加吹灰装置，省煤器和空预器增加防磨装置，
炉底由原来平炉底改为冷灰斗，并增加刮板式捞渣机，除尘器选用单室二电场静电除尘器，干法出灰，经刮板送入专用飞灰罐车，直接运送并进行综合利用．
3.2 油／水煤浆两用燃烧器
燃烧器由前墙布置旋流燃烧器改为四角布置直流燃烧器，该燃烧器为油／水煤浆两用燃烧器，均等布风方式，一次风喷口(即油／水煤浆两用燃烧器)2层，二次风口3层；一次风喷口内层为中心一次风，外层为周界一次风，按分级送风形式布置，中心风道设置固定叶轮(图2).燃油时投中心风和部分周界一次风，燃水煤浆时投周界一次风，为了保证燃油时蒸汽参数和燃瓦斯气的需要，保留前墙上排2个旋流燃烧器．
3.3 水煤浆和油雾化喷嘴
这次改造使用的喷嘴是浙江大学研制的撞击式多级蒸汽雾化型水煤浆喷嘴，该喷嘴主要磨损部位镶嵌碳化钨材料，使喷嘴寿命达到1 500—2 000 h．油喷嘴采用“Y”型喷嘴，其主要技术参数见表1．
4、试验和应用
4.1试验燃料特性
试验期间水煤浆燃料由自备制浆厂提供，制浆用煤为鹤岗烟煤，燃料油为渣油，水煤浆和油特性见表2．
4.2 水煤浆锅炉点火过程
每个燃烧器下二次风喷口里装有水煤浆点火系统(图3)，包括带稳燃器的、高能点火枪和燃气枪管，在水煤浆点火前，先用高能点火棒点燃瓦斯气，再用瓦斯气逐支点燃主油枪管内的渣油，待锅炉负荷达到40%，炉膛温度在900～1 000℃以上，炉膛出口温度超过650~700℃后，再逐步投入水煤浆枪，逐渐提高锅炉负荷和炉膛温度，同时逐步撤除油枪或气枪．后来加大了燃气枪容量，用4支燃气枪直接点燃水煤浆，再逐步切换，这样就完全脱离了燃油．
4.3 燃烧调整试验结果
(1)锅炉的主要技术参数燃烧调整试验共进行3个工况，工况1为油和水煤浆混烧工况，燃料比例是水煤浆投4支枪，渣油投2支枪；工况2是全烧水煤浆工况，投6支水煤浆枪；工况3是全烧水煤浆低负荷（50%负荷）试验，投4支水煤浆枪，燃烧器配风对作好燃烧是非常重要的，根据热力计算，投水煤浆枪6根就能满足55 t/h设计负荷要求，一般安排在下层一次风口4根，上层一次风口2根（对角），相应的配风按均等配风的要求分布，即上二次风、中二次风和下二次风按设计要求全投．调试期间水煤浆喷枪前浆压维持在0.9 MPa左右，汽压维持在0.9~1.0 MPa，水煤浆入炉温度维持在约49℃．
表3说明锅炉改造后能满足运行要求，无论是油／水煤浆混烧还是全烧水煤浆，无论是高负荷还是低负荷(50%)，锅炉主要参数都在改造设计范围内，能满足运行要求，调试期间，锅炉最高曾达到65 t/h.锅炉在低负荷(50%)全烧水煤浆条件下，水煤浆依然快速着火，燃烧稳定，在上述工况下，燃烧效率和锅炉热效率分别达到97%和90%以上，与煤粉炉不相上下．
但试验中也发现全烧水煤浆飞灰含碳量偏高，在10%~20%之间，原因一是风量不足，根据炉膛出口（高过和低过之间）测量，氧量为2. 5%~3.0%（热力计算要求4%），偏低；另外，送入炉内的风量测量表明也偏低；二是测试期间由于煤浆质量等原因，经常发生喷嘴堵塞现象，频繁换枪，造成燃烧状态波动，不利于燃烬．
(2)炉内温度分布 对锅炉燃烧器区域(测点在4个墙中间标高5 500 mm)、燃烧器上方(测点在两侧墙标高8 500 mm)和炉膛出口温度测量结果见图4和表4．燃烧区域最高温度为1 400℃以上，说明燃烧是非常稳定的，煤浆着火距离均在200~300 mm以内，上层燃烧器比较近，图4为全烧水煤浆时炉内燃烧温度随锅炉负荷变化情况，负荷升高，各点温度也随之提高，在负荷较低情况下，燃烧器区域和炉膛出口温度依然维持在1200和700℃左右，说明能保证水煤浆稳定着火燃烧，
(3)排烟成分 全烧水煤浆锅炉尾部烟气成分监测数据见表5，测量仪器为Test0360烟气分析仪．3个工况下NO。排放浓度分别为585，498和425 mg/m3，SO2排放浓度分别为598，379和352 mg/m3，均明显低于国家『日锅炉环保排放标准，特别是NO。和SO，明显低于常规燃渣油和煤粉锅炉，因此在环保方面也具有明显优势．
5、结论
运行结果表明65 t/h油炉改烧水煤浆后，锅炉主要参数能满足运行要求，锅炉负荷可以达到设计值55 t/h以上，调试期间最高可以达到65 t/h．锅炉热效率在90%以上，燃烧效率在97%以上，水煤浆／油两用燃烧器既能满足水煤浆快速着火、稳定燃烧的目的，又能满足油燃烧的要求，水煤浆燃烧时，火炬明亮，燃烧完全，喷嘴负荷调节范围大，调节方便，油浆切换容易，
改烧水煤浆后锅炉烟气污染物排放物S0，和NO。均低于国家环保排放标准，具有十分明显的社会经济效益，初步估计1台锅炉年经济效益达到1 500万元以上，作为我国第1台65 t/h燃油设计锅炉改烧水煤浆，对我国大量的燃油锅炉改烧水煤浆具有重要的示范意义，为我国“以煤代油”的战略决策开辟了一条新的道路，
