水煤浆制备及在电站锅炉上的应用

水煤浆制备及在电站锅炉上的应用

(255200)山东白杨河发电厂　孙德强　岳同灿　高岳军

　　山东白杨河发电厂3号炉油改水煤浆工程是“八五”期间国家重点科技攻关项目水煤浆课题的重要子项目,截至目前,3号炉在全部燃用水煤浆时的锅炉效率达到90%以上,水煤浆的燃烬率达98%以上,锅炉负荷在50%～100%(25～50MW)范围内变化,水煤浆浓度在60%～68%范围内变化,水煤浆均能稳定燃烧,这一结果已大大超过了工程试生产大纲的要求,已达到国际上目前的水煤浆燃烧水平。

地小。相同容量的机组灰场容量仅为燃煤机组的25%。

(2)水煤浆具有低硫的的特点,容易实现炉内脱硫和低NOx燃烧。随着国家环保政策的逐步深化,对烟囱排放的SO2、NOx将加大限制力度,目前华北地区燃煤电厂已经从环保角度进行控制,限期整改,加装脱硫装置。而一般的烟气脱硫装置价格比较贵,大约与同容量的煤粉炉价格相当,且占地面积也差不多,运行也很不稳定。在老厂改造,受到资金投入大及锅炉尾部预留空间的限制;在建新厂同样也存在投入资金大、场地占用大的问题。而燃用水煤浆可以不必投入大的资金,不占用土地,只在水煤浆中加入3%～5%的石灰乳即可,通过燃烧实现炉内脱硫,其直接脱硫效果可达50%左右,其脱硫效果比原煤高20%。一般燃水煤浆的火焰温度比煤粉低150℃左右,可实现低NOx燃烧。另外,蒸汽在燃烧过程中有还原作用,会使NOx还原为N2。

(3)燃用水煤浆比燃用煤粉其环境粉尘、噪音污染有很大的下降。

1.2　燃用水煤浆提高了燃料使用过程中的安全性

1　电站锅炉燃用水煤浆与燃油、燃煤相比具有的优越性

1.1　燃用水煤浆的环保优势

(1)燃用水煤浆可不设煤场、灰场,占地小。水煤浆属于洁净燃料范畴,含灰分、硫分均比较低。一般电站煤粉锅炉燃用的煤,灰分大约在30%左右,有的超过35%,需要占用较大的灰场,占用大量土地,征地、筑坝等也占用大量资金。且由于粉煤灰综合利用受技术方面的限制,致使灰场二次扬尘,对大气造成二次污染。而燃用水煤浆一般灰分在10%以下,是燃用煤粉灰分额的1/4左右,灰场占

附图　3炉燃用水煤浆系统示意图

15山东电力技术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1999年第2期(总第106期)水煤浆由68±1%煤炭加30%的水份和不大于2%的添加剂经物理加工而制成,在常温下运输、储存和泵送,这些过程基本在全密封的状态下进行(3号炉燃用水煤浆系统见附图),最后在40℃～60℃的温度下送入炉膛燃烧,而在燃烧前的所有过程均因其含有30%水份而为非易燃流体。为此,相对于燃油和煤粉的易燃、易爆特性来说,其使用过程中的安全性大大提高了。

1.3　燃用水煤浆具有与燃油基本相同而优于燃煤的低负荷稳燃性能和调峰能力

我厂已经做过的无助燃油滑参数至40%负荷时的停机和50%负荷的低负荷稳燃试验,且负荷调整具有简便快捷的特点,均证明水煤浆在这方面的优越性,并为大机组燃用水煤浆进行调频调峰运行提供经验。1.4　燃用水煤浆具有生产流程简化、人力和资金投入较少的特点

相对燃煤电厂来说,由于取消了制粉、上煤、储煤系统,使电厂运行、检修管理方面节省了很大的工作量和繁重的体力劳动,从而减少了人员和资金的投入。在水煤浆接卸、储存方面,我厂体会比燃煤来说简单、安全可靠、便于管理,当然更大大优于燃煤。1.5　水煤浆的低灰特性带来经济效益显著在运输过程中其运费将下降约30%,灰场的容量、除尘、出灰和排灰量均将下降75%。灰份的下降对锅炉受热面的磨损同样将大大下降。目前燃煤电厂约有40%左右的生产费用用于燃煤环节的检修维护,这笔费用将大部分被节省。经调查,以南定电厂240t/h炉为例,因磨损每年消耗费用大约在70万元左右。

89

高位热值(kJ/kg)低位热值(kJ/kg)

2077519259

2133519814

56734

粒度

比重平均75Lm150Lm挥发份%灰份%全硫%

1.2350Lm>70%>93%3210以下0.65

1.23730Lm以下>85%>95%339以下0.4

(分布)及添加剂的种类有关。目前我省两个水煤浆厂生产的水煤浆其质量指标如下表:

序号12

项目浓度%粘度(厘泊)

“八一”水煤浆“兖日”水煤浆

67±21000以下

69±1800以下

2.2　水煤浆的粘度

国内学术界对水煤浆的研究总结出水煤浆是一种宾汉型流体,粘度是表示其流变特性的参数。在水煤浆的储存、输送、雾化过程中均对粘度有所要求,特别是雾化的要求,粘度的高低直接影响到水煤浆的雾化质量,一般要求水煤浆在雾化时的粘度控制在800厘泊以下,经研究和实践,影响粘度的因素主要有以下几方面:

¹浓度对表观粘度的影响。浓度的上升随之粘度也上升,反之则下降。当水煤浆浓度超过70%时,其粘度亦迅速提高,所以目前国内外生产的水煤浆浓度一般在60%～70%。

º粒度对粘度的影响。在相同浓度的条件下,煤浆粘度随粒度的增加而增加。

»煤种对粘度的影响。煤化程度是决定最佳浓度的主要因素。

2　水煤浆的制备及粘度

2.1　水煤浆的制备

水煤浆的制备主要解决降低水煤浆的粘度,提高浓度和流动性以及储存的稳定性,而这些物理特性的变化,与煤质特性、粒度级配16山东电力技术　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1999年第2期(总第106期)¼温度对粘度的影响。水煤浆温度变化对粘度大体有两种变化规律,一种为水煤浆随其温度上升而粘度下降,第二种为随温度的上升粘度历经先下降后上升的过程,水煤浆温度在40℃～60℃范围一般是最佳区域。

½添加剂对粘度的影响。良好的添加剂可以大大提高水煤浆的流动性和稳定性。

¾剪切速率对粘度的影响。现场采取的降粘度措施:

¹加温:由于水煤浆在管内流动呈层流状态,为此加热比较困难,我厂采用二组管式加热器,使水煤浆温度在40℃～60℃范围调整。

º剪切:A.贮罐搅拌;B.搅拌罐搅拌,均为螺旋浆式搅拌器。

»浓度的控制。

4.3　水煤浆的贮存

水煤浆的稳定性是一项重要指标,涉及长途运输,贮存周期对用户至关重要,目前国内能达到的稳定性是“八一”厂水煤浆保证两个月不发生硬沉淀。为延长其贮存期,一般采用贮罐搅拌。4.4　设备的磨损

水煤浆对设备的磨损主要是浆中所含煤粒引起,提高设备的耐磨性,如泵、阀门、喷咀的耐磨性,一直是水煤浆技术开发过程中的重要课题。

4.5　水煤浆的燃烧组织

为使水煤浆燃烧并要求达到理想的燃烧效率,是一项重大科研课题,如前所述水煤浆着火分四个阶段,但要使这四个阶段有效地完成,需要通过高质量雾化、燃烧器和水煤浆栓的优化设计取得合理配风以及炉为燃烧组织等多种手段来实现。

3　水煤浆的燃烧

水煤浆中含有30%的水分,但这些水蒸

发需要吸收的热量仅占煤浆总发热量的3%左右,而水蒸汽的存在和水分蒸发后,煤浆滴反应面积增加,对燃烧有利的。水煤浆的燃烧过程分为四个阶段:¹水分加热蒸发;»挥发分析出和着火燃烧;»固定碳燃烧;¼焦碳燃烬。

5　水煤浆代油的经济效益

我厂通过燃烧试运分析后证明,水煤浆代油有以下经济效益:一是替代下来的重油可用于深加工,根据北京煤炭设计院估算,每吨重油可创效益500元。

二是燃用水煤浆和重油的标煤单价比较为,用“八一”浆厂水煤浆相对重油其标煤单价降低131.21元/吨;用自制水煤浆相对重油其标煤单价降低328.06元/吨。

从上可以看出,用水煤浆代油具有显著的经济效益,而利用我厂现有8000m2的场地建自备制浆厂,用新汶矿煤源自己制浆,更有其价格优势,为下一步电站锅炉燃用水煤浆的商业化运营时降低发电成本创造了条件。□

(收稿日期:1998-09-21)

4　燃烧用水煤浆的几个技术难点

4.1　水煤浆的雾化

由于粘度较大,要求将水煤浆雾化成足够细度的颗粒,从而要有特种水煤浆喷咀,雾化介质用蒸汽(有一定过热度)和空气,一般雾化介质压力稍高于(2kg/cm)浆压,而雾化蒸汽的消耗量一般在15%～20%。4.2　水煤浆的输送

由于水煤浆属粘度较高的非牛顿流体,现在均采用以容积泵输送的方式。

2

17