水煤浆流化-悬浮高效高效燃烧技术

水煤浆流化-悬浮高效高效燃烧技术

随着中国经济的快速发展，中国逐渐成为世界上最重要的石化燃料消耗大国。虽然我国能源蕴藏量较为丰富,但在我国的能源结构中,煤炭资源丰富而石油资源相对短缺。煤炭占我国能源蕴藏量的75%以上,石油和天然气则分别为18%和4%。由于国际原油价格的攀升,作为燃料的工业锅炉成本越来越高。为了降低成本,以煤代油是切实可行的一个措施。环保要求和节约能源的需要,使水煤浆的应用可得到进一步推广。1工业应用1.1水煤浆流化-悬浮燃烧水煤浆是在上世纪70年代发展起来的一种新型煤基液体燃料,由65%-70%的煤粉、30%-35%的水和1%-2%的化学添加剂经过物理加工制成。水煤浆可以像燃料油一样易于装卸、储存和管道输送,并且价格低廉、燃烧效率高、燃烧污染小,因而是一种理想的代油燃料,可以被广泛地应用于各种锅炉和工业窑炉。水煤浆流化-悬浮燃烧的工作原理为:将水煤浆通过安装在炉膛上方的粒化给料装置粒化为较大的液滴后投入到炉膛并在其重力作用下落入炉膛下部,在炉膛下部充填了大量处于流化状态的炽热床料,其温度在850℃-950℃左右。水煤浆滴在下部炽热流化床料的加热下迅速完成预热、水分蒸发、挥发分析出及着火过程并开始焦碳的燃烧过程。在炉膛中尚未完全燃烧的水煤浆团以及由其解体形成的细颗粒与惰性床料一起被热烟气带出炉膛,其中较大的颗粒被设置在炉膛出口的卧式多旋涡分离器分离捕捉后,返回炉膛下部密相区继续进行流化燃烧,烟气则进入对流换热段换热并除尘后排出。分离器的存在既减少了床料的损失,又实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧,同时分离器内气流的扰动还有助于可燃气体与氧气的进一步混合和燃烧,因此,该种燃烧具有较高的燃烧效率。水煤浆流化-悬浮高效洁净燃烧技术装置示意图如图1所示。1.2运行系统运行可靠性高水煤浆流化—悬浮燃烧系统由水煤浆储存、供给系统、点火系统、风烟除尘系统组成,与传统水煤浆雾化-悬浮燃烧系统相比,不需要空气(或蒸汽)雾化系统、水煤浆过滤系统、高压供浆系统、除渣系统等系统设备,运行环节得以减少,可靠性大大提高。锅炉系统配置图如图2所示。1.3差压、投浆及燃烧时间(1)做好锅炉点火前准备工作,点火前可在流化床内铺入大约80kg烟煤(小于10mm的颗粒)及20kg木炭,用于提高点火期间的炉膛温度。(2)床下油枪点火启动:a)启动引风机,将引风机的频率调至约5Hz左右,使炉膛负压保持在-30Pa-50Pa。b)取出油枪,准备好收集油枪喷出油的桶,全开油路的二次门,再缓慢开启一次门,调整油压至0.2MPa-0.25MPa,观察油枪的雾化状况,然后关闭二次门。若雾化不好,应拆开油枪的喷嘴进行检查、清洗。然后推进油枪并固定好。c)半开点火一次风门,全开二次风门,打开烟气发生器点火孔,将火把点燃后插入点火孔,点火时要注意点火把要有一定长度,以确保能伸到位,并注意不要正对点火孔以免被喷出的火烧伤。然后全开油枪进油二次门,着火后关闭烟气发生器点火孔。d)确认着火后,通知开启送风机(开启前先将送风机的频率调至约13Hz左右,以确保送风速度)。同时打开烟气发生器的冷却风门前情况适当调整。e)点火正常后,逐渐通过调整引、送风机的频率,使风室压力在4500Pa-5000Pa(保持临界流化状态),同时观察烟气发生器前后差压,差压应保持在1600Pa以上,以确保柴油的安全着火。f)要控制好床料温度的上升速度,并严密监视风箱温度不能超过600℃,如风箱温度上升过快,可适当减少进油量,或微开送风总门。如调整油压和微开送风总门后风室温度继续上升且超过600℃时,应立即停止油泵,中断点火,检查原因。g)当沸下温度升至380℃左右,风箱温度升至400℃以上时,这时可将油压调高到0.5MPa以上,并可做好投浆准备。投浆操作步骤:(1)检查粒化器进气门应在开启状态(此门应长期处于开启状态)。(2)开启粒化器前水煤浆管的一、二次进浆门。(3)加大送、引风机频率或开大主风门的开度,将风室压力提高到6500Pa-7000Pa,使料层达到流化状态。(4)将供浆泵的频率调至8Hz-12Hz(每小时的相对供应量为1t/h-1.5t/h,每分钟的相对供应量为17kg-25kg)后,启动供浆泵,同时检查粒化器是否喷浆,喷浆的角度是否对中,喷浆是否四周均匀,否则应及时调整。(5)在投浆过程中,要密切观察烟气氧含量的变化,如烟气氧含量不断下降,炉膛温度上升,则可保持低频率供浆,在烟气氧含量下降过程中要随时注意水煤浆的着火情况,在烟气氧含量降低至12%左右或投浆时间达到3-5分钟还没有着火时,则应立即停下供浆泵;如果在烟气氧含量下降过程中发现水煤浆已着火(一是可通过观察炉内有无跳跃火星及火焰来判断是否着火,二是通过监测床内的三个温度测点亦可判断炉内的着火情况),则继续保持供浆。(6)在投浆过程中,要适当保持一定的炉膛负压,约在-100Pa～-150Pa,以防止炉膛内因小的爆燃而产生的正压。h)在第一次投浆后,若炉内温度没有明显的上升,在停止供浆后,可将风室压力调到4000Pa-4500Pa,以保持料层处于鼓泡或临界状态,让水煤浆在料层充分蓄热约5-10分钟(此时间可根据氧量的下降及料层温度的上升而定),然后再重复g)的投浆操作。若炉内投入的燃料不燃烧,投浆的总量在一定的时间内从总量上进行控制,不可过多的投入燃料,累计不燃烧投入浆量不大于250kg。i)当烟气氧含量下降至13%以下,如果炉膛负压出现增大(可能出现正压),则炉膛内水煤浆可能已经燃烧。在确认是燃烧后,要密切注意料层温度。当床料温度达到450℃以上时密切注意着火情况,床料温度升至700℃-750℃左右时,可降低油压减少进油量,以控制床料的升温速度。j)床料升温至800℃左右时,可关闭油枪进油门,停止油泵。在烟气发生器已冷却后可关闭点火风,撤出油枪。k)主风门开度的调节:缓慢开大主风门的开度,在风室压力保持在6000Pa-6500Pa且炉膛负压保持在-50Pa～-100Pa的同时,逐渐降低送风机的频率和调整引风机频率,直到主风门全开。l)缓慢关闭除尘器副风道档板,在关闭过程中要注意炉膛负压,并进行调整。m)升温速度正常,可适当调整供浆泵频率,并通过增大送风机频率来加大送风量,若升温速度较快,在开大送风的同时则可通过降低供浆泵频率来减小给浆量,以控制床料升温速度。n)若继续升温则减少给浆量。适当调整送风量和供浆量,维持床料温度在800℃-900℃左右,烟气含氧量在5%-13%运行。烟气氧含量的大小范围与燃烧负荷有关,当供浆泵的频率在11Hz-13Hz时(锅炉负荷50%左右),此锅炉的烟气氧含量一般为11%-13%。o)燃烧稳定后,启动即可视为结束,可进行正常运行的操作。做好点火记录,为下一次点火提供参考资料。p)注意事项:(1)整个冷炉启动时间应在1.5-3小时左右。(2)在启动期间应观察锅炉下集箱的膨胀状况,防止膨胀受阻。发现膨胀不正常时应降低升温速度或停止启动,直到消除受阻原因后才能继续启动。2控制指标与环境保护2.1锅炉控制指标(见表1)2.2环保及排放情况(见表2)3锅炉水煤浆的性能特点水煤浆采用悬浮—流化燃烧技术在中压蒸汽锅炉的应用取得成功:(1)水煤浆锅炉和燃油一样操作非常简单,操作人员容易掌握。(2)负荷调节特性好,