中小型燃用水煤浆工业锅炉需注意的技术问题

1中小型燃用水煤浆工业锅炉需注意的技术问题我国中小型燃用水煤浆工业锅炉从1999年起对燃煤锅炉进行燃烧水煤浆的技术改造至2005年第一台根据水煤浆燃烧过程(即水煤浆加热阶段、水煤浆中水份蒸发阶段、挥发分析出和着火阶段、固定碳燃烧和燃尽阶段)特性而设计的自动燃水煤浆蒸汽工业锅炉投产运行至今一年多时间。毕竟是新生事物，难免存在不足之处；探讨水煤浆燃烧所存在的一些技术问题。分析了炉膛结构对水煤浆燃烧的影响，阐述了防止结渣及结焦和排渣清灰排放比例的变化对除尘脱硫器的要求。中小型燃用水煤浆工业锅炉大多数的应用在我国水煤浆发源地山东省及毗邻的江苏省和浙江省。经测试其燃烧效率大于98%、热效率大于82%，环保指标先进，二氧化硫排放量为小于590㎎/Nm3；只是国家锅炉大气排放标准规定值的65%左右。燃烧稳定，带负荷能力强，启动速度快。但在长期运行或负荷波动运行还存在一些技术问题。针对存在的技术问题对中小型燃用水煤浆工业锅炉进行探讨。1、炉膛空间的燃烧容积对锅炉出力的影响：目前国内大部分锅炉制造厂家的中小型燃用水煤浆工业锅炉都是从燃油（气）的双锅筒纵置侧燃烧室俗称“D”结构俏作改动而成。炉膛的空间燃烧份额较小，而且主要是容易燃烧的可燃气体。有水冷壁管的炉膛容积热负荷最高，可达1881MJ/m3。而决定炉膛燃烧能力的主要参数则是炉膛有效燃烧面积的热负荷，锅炉容量大，要求的炉膛面积就大。而大面积炉膛亦受制造和整体布置上的限制。水煤浆的燃烧本质是和煤粉燃烧类似的悬浮燃烧，全部燃烧过程采用低压雾化在炉膛的空间内完成，所以应充分考虑煤颗粒在悬浮过程中燃尽所需的时间。而这个时间与炉膛容积大小、燃烧火炬在炉膛中的充满度或均匀性有关。基于这一点，在进行燃用水煤浆工程设计时煤粉锅炉的设计参数有一定的参考价值，因此，中小型燃用水燃浆工业锅炉合理确定的容积热负荷和不完全燃烧熔化特性及锅炉燃烧损失之间的关系是很重要的。水煤浆燃烧效率的目标值定位在98%~99%为合理。认为中小型燃用水煤浆工业锅炉的炉膛容积热负荷在2543.4~863MJ/m3为宜。基于这一数据，为保证水煤浆稳定着火、燃烧和满足炉膛容积热负荷的需要，在炉前设置稳燃室。由于稳燃室的容积设计上有一定的要求，存在L/D的合理关系，并不可能无限增大稳燃室。有的锅炉结构采取以上措施后仍不能满足要求，采用把炉膛底部向下降低从而保证有足够的炉膛容积要求。但炉膛容积不能扩展过大，过大会增加改造费用且还增大热损失，造成降低机组效率，并使启动升温时间延长。2、炉膛水冷程度对结焦的影响：一般中小型燃用水煤浆工业锅炉受设计、工艺技术条件、金属材料等因素的影响，炉膛水冷壁间距较大，节径比≥2~2.7，有的锅炉这部分空间能占到1/3以上，有的甚至占到1/2。大面积的炉膛暴露在火炬带辐射下，这对燃烧方式的安全运行无妨，而对粉状燃料空间燃烧方式来说，虽有利于稳定燃烧和燃尽，但会带来结渣危险，尤其是在灰熔点低而燃烧热负荷偏高的情况下。炉墙的耐火砖一旦结焦很难自行脱落，且越积越厚，甚至把水冷壁管埋在焦渣中，使炉膛冷却进一步恶化，炉膛温度随之升高,进而又加剧结渣。积渣还会破坏烟气流畅，更加剧了结渣，运行工况恶性发展的结果使负荷下降，排烟温度升高，最后被迫停炉清渣。这为保证从燃烧器喷出的浆能够迅速着火和稳定燃烧，一般稳燃室不布置水冷壁管，所以其炉膛结焦倾向更大。显然，由于受中小型锅炉空间限制，这就要求设计稳燃室与燃烧器配合时必须合理得当。所以中小型燃用燃水煤浆工业锅炉设计时时应预以考虑。3、防治结渣的措施及其意义：3.1、防治结渣的措施：前已提到炉膛水冷却度对结渣的影响，这只是结渣问题的一个方面。实际燃煤锅炉结渣是一个古老而复杂的课题，也是一个难题。即使在水冷度100%的现代大容量煤粉锅炉中同样亦存在这一难题。特别在煤种的选择和设计不匹配时会形成恶性结渣，不仅破坏设备，严重时还会引起爆炸事故。一般来讲，影响结渣形成的因素包括煤种选择、燃烧室热负荷等参数的匹配、炉膛水冷度、燃烧器配风设计、炉内空气动力场、炉壁附近的氧浓度等等。对于每台具体的锅炉，采取防止结渣措施应有针对性。中小型燃用水煤浆工业锅炉可考虑如下防治结渣措施：3（1）、水煤浆燃烧器射流（喷咀角度）应和炉膛匹配，确保从燃烧器喷出的浆气流不冲刷炉壁，更不允许冲刷漩口，使煤浆颗粒在空中悬浮燃烧。（2）、控制燃烧室最高温度，避免熔化的灰粒掉落在炽热的炉底上，或者散射到各面炉壁上。目前，一般要求水煤浆灰软化温度不低于1250℃，相应的炉膛最高温度应控制在1250℃以下。（3）、通过燃烧器进行合理配风，避免燃烧器四周炉壁附近出现还原性气氛而导致灰熔点降低。（4）、确保水煤浆浓度、粘度、粒度级配、流变物性、热值等指标的质量，这对确保良好的雾化、稳定燃烧、满意的燃烧效率至关重要。如果水煤浆流变特性差，浆颗粒粗大，特性变差，雾化不好，大颗粒在燃完之前已被分离出燃烧中心，散落至炉底，诱发炉底结渣，造成燃烧效率低。（5）、炉膛的炉壁要做到尽量光滑，如在表面涂抹微波釉，对防止挂焦会起到更好的作用。（6）、由于广东省属贫煤区，水煤浆燃料质量不稳定，在选购中小型燃用燃水煤浆工业锅炉时以按以下水煤浆质量指标作订货依据。水煤浆质量指标项目技术指标项目技术指标浓度55%±1%含硫量＜0.6%灰分＜10%挥发份＞30%粘度1.2pa.s±0.2发热量3500kcal/kg平均粒度＜50微米稳定期静止存放100天（7）、水煤浆的燃烧采用低压雾化,水煤浆加热阶段、水煤浆中水份蒸发阶段、挥发分析出和着火阶段时炉膛前段为微正压。固定碳燃烧和燃尽阶段为防止未燃尽的水煤浆燃料下坠，利用引风机产生负压将未燃尽的水煤浆燃料拉起继续燃尽；引风机负压最佳范围在50～100毫米水柱。也会起到很好的防止底部结焦作用。3.2、合理排渣的意义：选择合理的排渣方式有利于锅炉稳定连续运行。水煤浆在中小型锅炉推广应用的初期重点是解决稳定燃烧，燃烧成功投运后，排渣的问题开始提到议事日程上来。现在排渣手段多4半以人工为主。尽管燃用水煤浆的中小型锅炉布置排渣装置几乎无空间，但适当向炉底要空间还是有可能的，并可以采用机械式与气力式和水力式排渣系统，但前提是结渣问题应基本不存在，否则不管采用何种排渣方式，大块焦渣都无法排出。应当指出的是快装卧式布置中小型锅炉炉底的坡度极小，积渣不可能自动跌落渣沟内；必须采用辅助措施将渣排出。在实施排渣系统时，采用水力、气力混合排渣方式，炉膛底部布置成冷灰斗状，中间冲灰沟布置为倾斜状，以便灰渣顺利排出，在冲灰沟中每隔一米左右装配置一个高压气、水混合喷咀定时将灰渣冲出，效果是非常理想的。但必须防止冷风从排渣口进入炉膛而影响正常燃烧。3、定期清灰：实现对流受热面管子系统的定期清灰有利于锅炉热效率的提高。而中小型燃用水煤浆工业锅炉约有90%的灰要通过对流受热面管子系统。尽管水煤浆经燃烧后灰量小，但通过对流受热面的的灰份绝对量仍比链条炉排锅炉高。当燃用中高灰份水煤浆时，更不可能忽视。积灰不仅影响锅炉，还会影响锅炉出力。很多操作人员误认为水煤浆燃烧后带不上负荷，原因就在于没能实现定期冲洗措施所造成。针对积灰现象在对流管束布置利用压缩空气的吹灰装置进行定期吹扫，可大大提高锅炉的效率。为便于观察，可加装反映烟道阻塞的负压表，以指示对流管束堵塞情况，另外在适当位置应设置相应的检查门。4、实现合理配风：中小型燃用水煤浆工业锅炉均不安装指示烟气含氧量的氧量计，送风量的大小很盲目，一般仅看烟囱不冒黑烟就认为燃烧正常了，实际上中小型燃用水煤浆工业锅炉的过量空气很高。水煤浆锅炉有低压雾化风和鼓风二道风，使得过量空气更加明显，有的锅炉烟气含氧量达到18%。因而锅炉效率大低于设计效率。水煤浆燃烧属于洁净煤燃烧，除了有害物质排放量少的优点外，高效率燃烧也是一个重要方面。补装氧量计可以为合理调整配风提供依据，从而使水煤浆燃烧更充分，更可以减少排烟热损失，从而提高锅炉热效率，提高能源利用率。5、实现达标排放：中小型燃用水煤浆工业锅炉在广东省内配置的除尘器有麻石、多管或简单的旋风式，分离效率约在80%左右。中小型燃用水煤浆工业锅炉水煤浆燃烧后通过除尘器的灰量增加3%～5%，分离器负荷大大增加，对环保要求高的Ⅰ类地区Ⅱ时段往往难以达标。采用静电除尘器是最好的办法，但目前小型静电除尘器市场价格较贵，相近于1/2台4t/h水煤浆锅炉，对于单台锅炉已有水膜和旋风双作用的除尘器在试用，目前已开发了包括脱硫功能在内的多功能高效除尘器。在燃用水煤浆的锅炉除尘器曾采用过旋流板式除尘器、喷淋泡沫脱硫除尘器、高效除尘器、脉冲式除尘器。旋流板式喷淋除尘器效果很好，但因灰量大，需建较大的沉淀5池，且处理沉淀的灰较费时费力，又容易造成二次污染源。所以除尘器的功能越多阻力越大，因此在选择除尘器时不可忽视引风机的调整问题。中小型燃用水煤浆工业锅炉燃烧要取得既经济又环保的效果，必须要研制出更经济、高效的除尘设备。中小型燃用水煤浆工业锅炉燃烧所存在的结渣及结焦技术问题。除使用单位未掌握好水煤浆燃烧特性和将生产负荷配合调整到中小型燃用水煤浆工业锅炉稳定燃烧外，就是中小型燃用水煤浆工业锅炉制造厂家存在技术问题。