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論如何提高鍋爐的熱效率

文章發(fā)布于:2016-04-12 09:54 作者:admin 瀏覽次數(shù):

    隨著環(huán)境問題和能源問題日益嚴重,采用潔凈煤技術(shù),既能提高鍋爐的熱效率,又能減少環(huán)境污染。因此,常規(guī)循環(huán)流化床燃煤鍋爐改造為燃水煤漿鍋爐成為現(xiàn)在的一個發(fā)展方向。但使用循環(huán)流化床鍋爐燃燒水煤漿會對爐膛的換熱、循環(huán)物料的使用等產(chǎn)生影響,因此,本文主要根據(jù)水煤漿的特性和循環(huán)流化床鍋爐的特點,對燃燒水煤漿鍋爐的換熱、物料循環(huán)等問題進行探討。

    1水煤漿的主要特性

    (1)水煤漿被俗稱為液態(tài)煤炭產(chǎn)品,由65%的不同顆粒分布的煤和34%的水及1%的添加劑的混合物。其低位發(fā)熱值為17000~19000kJ/kg,水分高(30%)、灰分低(<10%)。
  
    (2)水煤漿燃燒穩(wěn)定、充分、爐膛充滿度好,燃燒效率達96%~98%;鍋爐熱效率可達90%。

    (3)水煤漿為液體,罐裝和管道輸送,不需要大的推煤場地以及鏟車等設(shè)備,減少了占地面積和輸送、存儲過程帶來的損失和污染。

    2水煤漿鍋爐改造中遇到的問題

    2.1爐膛傳熱問題

    懸浮燃燒的水煤漿,進入爐膛后迅速形成較大的顆粒團,在流化床內(nèi)較高的斷面熱負荷下實現(xiàn)高的燃燒效率。水煤漿由于其含水分高,因此著火比煤粉爐延遲,火焰溫度也低。但由于水分有增加燃燒的作用,因此水分對燃燒效率影響不大。但其燃燒生成的煙氣量要比同等常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐的煙氣量要大很多,這就導致熱力計算中爐膛的傳熱系數(shù)偏高,也就是在實際水煤漿鍋爐運行中,傳熱系數(shù)較低,導致爐膛受熱面吸熱量不足,同時由于水煤漿灰分的含量少,所以固體顆粒間的傳熱量也會降低,這樣就會更大限度地減少鍋爐爐膛的傳熱系數(shù),所以在爐膛的設(shè)計改造中,選取一個合適合理的傳熱系數(shù)尤為重要。

    循環(huán)流化床鍋爐中的傳熱包括氣體與固體顆粒間的傳熱,床層與水冷壁間的傳熱,床層與爐內(nèi)埋管間的傳熱或外置式換熱器中鼓泡床層與埋管間的傳熱,以及旋風分離器或其他一次分離器內(nèi)的傳熱。鍋爐中傳熱面的大小與分布對鍋爐熱效率及其熱量輸出影響很大,但是由于實驗困難以及商業(yè)機密不愿公開的原因,目前文獻報道的有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)相當少。

    考慮到由于水煤漿燃料水分的增大,燃燒生成的三原子氣體的數(shù)量也急劇增大,這樣對于鍋爐的輻射傳熱會有益處。因此,筆者根據(jù)對75t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐的改造設(shè)計和運行研究發(fā)現(xiàn),燃用水煤漿鍋爐傳熱系數(shù)要比普通燃煤循環(huán)流化床鍋爐的傳熱系數(shù)小一些,因此為保證鍋爐的額定出力,需要增加燃煤鍋爐爐膛的受熱面。

    2.2過熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面的問題

    當鍋爐的燃料改為水煤漿后,煙氣量較燃煤循環(huán)流化床鍋爐增加不少,而原有尾部煙道截面積的不變,勢必造成煙氣流速的增加,從而給尾部受熱面帶來兩方面問題:第一,由于煙氣流速的增加造成的磨損,導致受熱面管系的使用壽命的降低。第二,煙氣流速過快,將導致傳熱系數(shù)的下降。簡單的說,就是導致尾部受熱面吸熱不足,進而導致鍋爐達不到額定的出力和汽溫要求。

    對于空氣預熱器來說,由于水煤漿的水分高,通常需要較高的空氣預熱溫度來輔助燃燒,這樣空氣預熱器就需要認真核算其吸熱能力,這也是燃煤鍋爐改造水煤漿鍋爐的一個重要課題。

    因此,在改造設(shè)計中,需要考慮增大管束的節(jié)距來適當降低煙氣流速,達到循環(huán)流化床燃煤鍋爐的煙氣流速。對于空氣預熱器,由于常規(guī)的循環(huán)流化床燃煤鍋爐的空氣預熱器煙氣流速偏低,可以不進行更改,流速的適當增大,會強化傳熱效果。

    2.3床料的選擇

    在燃用水煤漿燃料時,大都采用石英砂作為循環(huán)流化床床料,對于改造鍋爐來說,帶來以下三方面的問題:第一,磨損問題。石英砂密度大,達2.6×103kg/m3,在循環(huán)過程中,石英砂對爐膛、分離器,特別是對尾部的過熱器、省煤器的磨損特別嚴重,大大降低了受壓部件的使用壽命,進而影響鍋爐的運行時間。因此,選用高位給料的方式,采用爐渣作為床料,降低鍋爐受壓部件的磨損,可以提高鍋爐的運行時間,帶來更大的經(jīng)濟收益。

    第二,循環(huán)灰的問題。由于水煤漿燃料中灰分少(<10%),根本達不到循環(huán)流化床鍋爐運行時需要的循環(huán)灰的灰量,所以,需要從床料上解決循環(huán)灰量不足的問題。采用爐渣作為床料,便很好的解決了這個問題。通過對75t/h改造鍋爐的研究發(fā)現(xiàn),爐渣的添加量為300kg/h。

    第三,選用石英砂作為底料,通過計算,料層的阻力將會增大很多,這就勢必要求對原有鍋爐的風機進行重新選型配置,對于用戶的改造費用將會增大。

    3煙氣排放

    水煤漿燃燒同其他燃煤過程一樣,也會產(chǎn)生飛灰顆粒物、SO2、NOx等大氣污染物。但由于水煤漿中的煤粒在制備過程中進行了洗選,以及水煤漿循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低等原因,使得水煤漿燃燒的污染、排放情況要遠好于普通燃煤鍋爐。

    3.1飛灰及硫化物的排放

    水煤漿燃料由于其灰分少(<1 0%)、含硫分低(<0.5%),所以其飛灰顆粒物、SO2的排放數(shù)量都比普通燃煤鍋爐明顯要低。同時因為循環(huán)流化床鍋爐自身的加石灰石爐內(nèi)脫硫技術(shù)的應(yīng)用,會使水煤漿循環(huán)流化床鍋爐的硫化物排放滿足國家的標準要求。

    3.2氮化物的排放

    水煤漿的火焰溫度以及循環(huán)流化床鍋爐的床溫通常比相同煤種煤粉低200℃左右,根據(jù)燃煤過程中NOx的生成機理,將有助于抑制NOx的生成。同時結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐分段配風的技術(shù)以及SNCR脫銷技術(shù),將可以保證鍋爐的NOx的排放量達到國際的環(huán)保要求。

    4結(jié)論

    燃煤鍋爐改造為水煤漿懸浮循環(huán)流化床鍋爐在技術(shù)上是可行的,但在改造設(shè)計中,需要仔細考慮其高水分、低灰分而引起爐膛傳熱系數(shù)的變化,以及由于煙氣量增大對爐膛、過熱器、省煤器以及空氣預熱器的影響,同時注意在風機選型中的配套問題。

   溫馨提醒:轉(zhuǎn)自中國窯爐網(wǎng)。
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