·論壇專欄水煤漿鍋爐的能效分析文章編號:1009717005水煤漿鍋爐的能效分析俞建洪',席代國2(1.集美大學,廈門361021;2.廣州天鹿鍋爐有限責任公司,廣~州510931)摘要:通過定量和定性計算分析水煤漿水分、磨煤電耗、鍋爐運行熱效率以及鍋爐運行電耗對鍋爐能效的影響,并與鏈條爐排鍋爐和煤粉鍋爐比較,指出水煤漿替代重油燃燒雖可取得明顯的經(jīng)濟效益,但在能效方面卻不及燃燒制漿原料煤的鏈條爐排鍋爐或煤粉鍋爐。關(guān)鍵詞:水煤漿;低位發(fā)熱量;汽化潛熱;能效中圖分類號:TK229文獻標識碼:A第一作者:俞建洪(1941-),教授。1965年畢業(yè)于西安Analysis of Energy Efficiency of CwS- fired Boiler交大鍋爐專業(yè)并留YU Jian-hong, XI Dai-guo'校任教,1990年調(diào)入(1. Institute for Energy and Power Engineering Jimei University, Xiamen361021, China;廈門集美大學,2005年退休前擔任該校2. Guangzhou Tianlu Boiler Co. Ltd, guangzhou 510931, China)能源與動力工程研abstract: The water content of coal- water slurry(cws), power consumption of grinding coal,究所所長。長期從ermal efficiency and power consumption of boiler operation influence efficiency of boiler by the quan-事熱能工程教學科titative calculating and qualitative analysis, and comparisons with the travelling grate boiler and pulver-研工作,曾應(yīng)邀在德ized coal fired boiler, indicate that the substitution of heavy oil of CWS can be obtained the obvious e-國漢諾威工業(yè)大學conomic benefits, but it is lower in energy efficiency than grate- fired boiler or pulverized-col-irtd和亞亨工業(yè)大學從boiler that burn the same coal used to make cy事循環(huán)流化床和重Key words: CwS: low heating value latent heat of vaporization; energy efficie油燃燒實驗研究工0前言水煤漿鍋爐的能效如何,它是否是用戶選擇的依水煤漿作為替代重油的新型燃料,已經(jīng)在鍋爐據(jù),這個問題在強調(diào)“節(jié)能減排”的今天很有意義。本和工業(yè)爐窯上得到一定程度的推廣應(yīng)用。在電站鍋文將就水煤漿鍋爐與鏈條爐排鍋爐及煤粉鍋爐進行爐方面,已從蒸發(fā)量20h鍋爐成功運行發(fā)展到能效比較,比較的前提是同一媒種。為了科學客觀地670h鍋爐的試運行:在工業(yè)鍋爐方面,全國有數(shù)分析比較這里指的能效涵蓋了磨煤電耗、燃料中水十家鍋爐廠在設(shè)計制造不同容量的水煤漿鍋爐并成分帶走的熱損失、鍋爐運行熱效率和鍋爐運行電耗功運行。水煤漿應(yīng)用于鋼鐵陶瓷、玻璃等行業(yè)的工而電耗對能效影響的計算方法是:先把磨煤電耗按業(yè)爐窯也在推進之中,其中不乏成功的經(jīng)驗。600MW機組供電標煤耗(374g/kWh)折算到磨制許多用戶選擇水煤漿替代重油作為鍋爐或工業(yè)kg漿所需的標煤量,然后換算成對應(yīng)的熱量,該熱量爐窯燃料,其關(guān)鍵原因在于燃料費用能降低50%以占漿的低位發(fā)熱量的百分比即為磨煤電耗對能效的上。盡管其他費用有所增加但仍可取得明顯的經(jīng)影響值。同理運行電耗也折算到燃燒1kg漿所需濟效益。至于稱水煤漿是潔凈燃料,這要具體分析。的標煤量,然后同法計算其對能效的影響。只有用洗精煤或很低灰分和硫分的優(yōu)質(zhì)煙煤(如大1水煤漿鍋爐與鏈條爐排鍋爐的能效比較同、神府煙煤)研磨的水煤漿才算得上潔凈燃料,但1.1燃料水分對水煤漿鍋爐與鏈條爐排鍋爐能效這也應(yīng)當歸功于制漿的原料煤,因為洗精煤和上述的影響優(yōu)質(zhì)煙煤本身就屬于潔凈煤范疇。為了能夠定量地進行分析,并使燃料水分對這兩種不同鍋爐的能效影響有可比性,選擇了大同原煤和大同收稿日期:200908-27原煤研制的水煤漿,其水分和部分煤質(zhì)分析見表13。工業(yè)鍋爐2009年第6期(總第118期)表1大同原煤及以該原煤研磨的大同水煤漿部分煤質(zhì)分析水分低位發(fā)熱量揮發(fā)分MQn-/(M·kg)A/%大同原煤9.825.5629.611.37大同水煤漿燃料中水分在爐膛被加熱至沸點接著就汽化氫氣燃燒后生成水蒸氣的影響),計算結(jié)果列入表并把汽化后的水蒸氣過熱到鍋爐排煙溫度后排出爐2。外,其帶走的熱量按文獻[1]計算(這里略去燃料中表2水分帶走熱量占該燃料低位發(fā)熱量Qm的百分比鏈條鏟華用燃料燃料所含水分1kg燃料中水分帶走的熱址燃料低位發(fā)熱量9.8Q=2500×9.8%=2450.959水煤漿鍋爐大同水煤漿350=2500×35%=87518034.83從表2可知,鏈條爐排鍋爐燃燒含水分9.8%12磨煤電耗對兩種鍋爐能效的影響大同原煤,水分帶走的熱量只占該大同原煤低位發(fā)水煤漿要達到輸送和在爐膛中正常霧化燃燒熱量的0.959%;而燃燒大同原煤硏磨的水煤漿,其則必須將原煤研磨至平均粒徑45~50μm。這與煤35%的含水量帶走的熱量卻占該水煤漿低位發(fā)熱量粉鍋爐燃用的煤粉相當。在采用煤粉鍋爐的電廠的4.853%(在鍋爐各項熱損失計算中,都是相對于中,磨煤電耗約占廠用電的1/4;水煤漿的研磨大多低位發(fā)熱量而言),兩者相差3.894%。因此,可以是采用球磨機進行濕磨,磨煤電耗也很高。國內(nèi)外認為燃燒大同水煤漿的鍋爐比燃燒大同原煤的鏈條幾家水煤漿生產(chǎn)廠家每磨制1t高濃度漿的耗電量爐排鍋爐在能效上要低3.894%。列舉在表3。表3國內(nèi)外幾家水煤漿廠生產(chǎn)1t漿的電耗(65%濃度兗日日本大同噸漿電耗/(kWh·t)從表3可知,由于磨煤機有國產(chǎn)和引進等因素42.75kW·h/t來計算其對鍋爐能效的影響計算的影響,噸漿耗電量差異較大,這里取其平均值過程和結(jié)果見表4表4黁煤電耗折算的熱量Q1及其占燃料低位發(fā)熱量Qmn的百分比磨煤電耗折算成1kg漿的供電標煤耗G1標煤耗換算成對應(yīng)的熱量Q1/(kWh·t-)/(g·kg-)G,=4275×3741000-15.99Q=15.99%100×700x.184=2,60從表4可知,磨制1kg漿對應(yīng)的標煤耗為拖動爐排的電機以外,比鏈條爐排鍋爐增加了表515.99g,該標煤耗對應(yīng)的熱量Q1是468.3kJ/kg,這所列的各種用電設(shè)備(以一臺6Uh水煤漿鍋爐為個熱量占大同水煤漿低位發(fā)熱量Qm灬的2.60%,例),這使得運行耗電大增。即因磨煤電耗,水煤漿鍋爐能效比鏈條爐排鍋爐要表5沒有列出兩種鍋爐都必須配有的鼓、引風低2.60%。機,給水泵及鏈式刮板除渣機等設(shè)備。新增設(shè)備總1.3水煤漿鍋爐和鏈條爐排鍋爐運行電耗比較電功率為36.95kW,這還沒有計入引風機因改用多1.3.1水煤漿鍋爐新增用電設(shè)備管加布袋兩級除塵而增加的電功率與鏈條爐排鍋爐相比,水煤漿鍋爐除了不需要論壇專欄水煤漿鍋爐的能效分析表5客量6h水煤漿鍋爐新增用電設(shè)備及所配置的電機功率新增設(shè)備名稱螺桿式空壓機供漿螺桿泵輸漿螺桿泵。帶攪拌日用漿罐輸油齒輪泵在線過濾器電功率/kW7.50.751.3.2水煤漿鍋爐運行中產(chǎn)生的飛灰量對引風機按表1提供的大同煤和大同漿的含灰量可估算出飛電耗和環(huán)境的影響灰量,其結(jié)果列在表6中。由于在鏈條爐排鍋爐中,水煤漿的燃燒是平均粒徑45~50μm的煤顆燃料中僅約10%灰分經(jīng)鍋爐尾部排到爐外。因此粒在爐膛內(nèi)的懸浮燃燒。盡管水煤漿中含灰量很水煤漿鍋爐原始煙塵排放濃度大大超過鏈條爐排鍋低,但燃料中大約90%灰分經(jīng)鍋爐尾部排到爐外。爐。表6以大同煤和大同漿的含灰量計算的兩種鍋爐飛灰量比較燃料燃料含灰量/%飛灰份額/%1kg燃料飛灰水煤漿鍋爐飛灰量/鏈條爐排鍋爐飛灰量水煤漿鍋爐大同水煤漿5.120.0461鏈條爐排鍋爐大同原煤l1.370.0l14從表6可知,大同水煤漿含灰量僅為5.12%,行列,導致飛灰機械不完全燃燒損失和飛灰量同步符合國家水煤漿】級漿標準。但其飛灰量卻比使用增加。至于燃燒含灰量更大的Ⅱ、Ⅲ級水煤漿(國鏈條爐排鍋爐燃燒含灰量11.3%的大同原煤還高標)的小型水煤漿鍋爐會更麻煩。4.α4倍,即水煤漿鍋爐比鏈條爐排鍋爐原始煙塵排1.3.3水煤漿鍋爐運行新增電耗對能效的影響放濃度也約增大4.04倍。為了穩(wěn)定達到一類地區(qū)對一臺6th水煤漿鍋爐,與同容量鏈條爐排低于環(huán)保新標準100mg/m3的要求,不得不采用多鍋爐相比,從上述分析可得到該鍋爐運行新增設(shè)備管加布袋兩級除塵。由于布袋除塵器的阻力在電功率為4795kW(扣除不需要拖動爐排的電機功1200~1500Pa,比通常釆用多管加水膜兩級除塵率2kW)。水煤漿鍋爐運行1小時增加電耗就是增加阻力約600Pa,這導致引風機運行電功率從原47.95kWh?？紤]部分新增設(shè)備屬間斷運行等因來22kW增加到35kW。素,取其80%,新增電耗降至38.36kWh。這樣,以飛灰量的增加還引起對流受熱面積灰嚴重,這一臺6υ/h水煤漿鍋爐1小時約燃燒1.050t水煤漿導致傳熱熱阻增加,排溫度提髙,鍋爐運行熱效率計算,燃燒1t漿新增電耗是36.53kWh(此數(shù)據(jù)低下降。因此,還必須配備吹灰裝置于文獻[5])。按磨煤電耗換算辦法,由表7可知對小型水煤漿鍋爐,因爐膛矮小,煤粉粒子燃燒因運行新增電耗水煤漿鍋爐能效比鏈條爐低停留時間短,導致更多來不及燃盡的碳也加入飛灰2.22%。表7水煤漿爐運行新增電耗折算的熱量Q及其占燃料低位發(fā)熱量gmsr的百分比爐型新增電耗折算成燃燒1kg漿的供電標煤耗G2該標煤耗對應(yīng)的熱量Q2%/(kWh·t")(kJ·kg-)水煤漿鍋爐G2=36.53×374/100=13.66Q2=13.661000×70002.224.184=400.21.4水煤漿鍋爐和鏈條爐排鍋爐運行熱效率分析能得到的是中低檔的Ⅱ類煙煤,它與大同原煤或目比較前廣泛使用的Ⅱ級漿原料煤的煤質(zhì)差別很大。燃燒水煤漿鍋爐和鏈條爐排鍋爐運行熱效率的比較優(yōu)質(zhì)煙煤或皿類煙煤與燃燒中低檔Ⅱ類煙煤的鍋爐必須基于相同燃料。一些文獻指出我國鏈條爐排鍋運行熱效率是不可比的。實際證明:國內(nèi)許多鍋爐爐運行熱效率大約在70%,這是相對于中低檔Ⅱ類廠在進行鏈條爐排鍋爐熱效率測定時,如選擇高檔煙煤而言。我岡τ業(yè)鍋爐設(shè)計煤種是Ⅱ類煤,其Ⅱ類煙煤,其運行熱效率就能夠達到80%左冇。含灰量和發(fā)熱量變化幅度很大(見表8)。工業(yè)鍋爐工業(yè)鍋爐2009年第6期(總第118期)表8Ⅱ類煙煤和大同原煤的主要特性灰分A低位發(fā)熱量揮發(fā)分水分大同原煤Ⅱ類煙煤15.50-19.7為了簡化定性比較,從反平衡角度進行分析:略綜上所述,水煤漿鍋爐和鏈條爐排鍋爐能效比去化學不完全熱損失q3、散熱損失q3和灰渣熱損失較中,水煤漿水分、磨煤電耗及運行電耗對水煤漿鍋q6的影響,導致鏈條爐排鍋爐比水煤漿鍋爐運行熱爐能效產(chǎn)生影響為-8.714%,而運行熱效率對水效率低的主要原因是機械不完全熱損失q4和排煙煤漿鍋爐能效影響為+(2%~3%)。因此,水煤熱損失φ2。深入分析可知,爐渣含碳量高、過量空漿鍋爐能效比燃燒制漿原料煤的鏈條爐排鍋爐低氣系數(shù)大分別是鏈條爐排鍋爐q4和q2超過水煤漿5%~7%。鍋爐的關(guān)鍵原因。2水煤漿鍋爐和煤粉鍋爐的能效比較燃料灰分對q影響最重要,從表8可算得:Ⅱ水煤漿在鍋爐內(nèi)的燃燒過程:首先像重油一樣類煙媒的灰分是大同原媒的2.14-342倍,灰分被霧化,緊接著是水分迅速蒸發(fā)和揮發(fā)分析出并燃高容易使煤在燃燒過程出現(xiàn)裹灰碳被氧化的速度燒,然后是焦炭粒子的燃燒與燃盡。因此水煤漿在減慢來不及燃盡就落入渣斗,使爐渣含碳量增高。爐膛內(nèi)的燃燒類同于煤粉鍋爐內(nèi)的煤粉懸浮燃燒,此外,常用Ⅱ類煙煤揮發(fā)分也偏低,這也影響燃盡。磨煤電耗和運行熱效率可認為基本相同。所不同的過量空氣系數(shù)大是鏈條爐排鍋爐排煙熱損失偏是水煤漿中35%的水分要帶走大量的熱量和增加大的主要原因,通常鏈條爐排鍋爐排煙處的過量空水煤漿鍋爐運行的電耗水分帶走的熱量可按鏈條氣系數(shù)為1.5~1.7,水煤漿鍋爐可控制在1.25爐排鍋爐(如表2)處理(見表9)。水煤漿的泵送和1.35霧化燃燒比煤粉的氣力輸送燃燒電耗大,但因煤粉目前,鏈條爐排鍋爐采用分層給煤機和爐拱、爐鍋爐也必須同樣增加引風機電耗來解決除塵問題。膛密封新技術(shù)等措施能一定程度地降低上述兩大這里取水煤漿鍋爐比煤粉鍋爐增加的電耗所換算的熱損失。但最關(guān)鍵的是煤種,即煤的灰分和揮發(fā)分。Q2占燃料低位發(fā)熱量Qa的百分比為1%,這樣,如果把大同原煤或Ⅱ級水煤漿的原料煤放到鏈條爐以分別燃燒大同漿和大同原煤為例,水煤漿鍋爐能排鍋爐燃燒鏈條爐排鍋爐運行熱效率僅比同一原效要比煤粉鍋爐低4894%(見表9)。料煤的水煤漿鍋爐低2%~3%。表9水煤漿鍋爐和煤粉鍋爐能效比較水分帶走熱量爐型磨煤電耗(同鏈條爐排鍋爐,鍋爐運行熱效率運行增加電耗能效綜合按表2)水煤漿鍋爐基本相同水媒漿鍋妒比煤粉煤粉鍋爐,這里按相水槿漿鍋爐比煤粉水煤米鍋爐比媒粉煤粉鍋爐同處理3結(jié)論與建議百分點,但因水煤漿磨煤電耗和水分帶走熱量以及(1)由于單位熱量(如1MJ)水煤漿價格僅為重運行增加的電耗等因素的影響其能效比燃燒制漿油價格的二分之一因此不管哪種容量的鍋爐,只要原料煤的鏈條爐排鍋爐要低5%-7%。對于燃燒用水煤漿替代原先的重油燃燒由于燃料費用顯著含水、含灰相對多的Ⅱ、Ⅲ級水煤漿鍋爐其能效還下降故都能取得明顯的經(jīng)濟效益。此外水煤漿在會更低。能源安全方面有其重要意義。(3)與煤粉鍋爐相比,盡管兩種爐型的磨煤電耗(2)與燃燒制漿原料煤的鏈條爐排鍋爐相比,和運行熱效率基本相同但因水煤漿中35%的水分水煤漿鍋爐運行熱效率高于鏈條爐排鍋爐2-3個要帶走大量的熱量,且水煤漿鍋爐運行的電耗與氣力·論壇專欄水煤漿鍋爐的能效分析輸送燃燒的煤粉鍋爐相比,電耗增加仍然較大。這里大,必須考慮有效的除塵設(shè)備才能穩(wěn)定達標。僅定性地取其對能效影響值為-1%,則水煤漿鍋爐(6)我國浮選洗煤企業(yè),應(yīng)當借鑒歐美經(jīng)驗,將的能效要比燃燒制漿原料煤的煤粉鍋爐低4.8%4%。一部分3~40mm粗顆粒精煤供鏈條爐排鍋爐燃(4)對洗煤場泥煤制成的水煤漿或飛灰水煤漿燒,這樣,不僅該鏈條爐排鍋爐可達到與水煤漿鍋爐如用福建坑口電廠除塵器下飛灰脫碳工藝過程形相近的運行熱效率,而且其能效比燃燒精煤水煤漿成的水煤漿),由于不存在(或僅存在很低的)磨煤鍋爐也要高7%~8%。此外,鏈條爐排鍋爐的原始電耗,且所含的水分大多是本身固有的,干燥后利用煙塵排放濃度更低使用常規(guī)除塵器便可達標。也需要熱源,對這些可回收利用的水煤漿資源,單獨參考文獻燃燒有困難,可注人流化床鍋爐燃燒,其可燃質(zhì)利用[1]陳學俊陳聽寬·鍋爐原理[M]·北京:機械工業(yè)出版和能效都能有效提高。此方法應(yīng)在礦區(qū)大力提倡,目前這方面國內(nèi)外有很成功的經(jīng)驗。[2]GB/T1855-2002水煤漿的技術(shù)要求和測量方法[S](5)水煤漿是低灰優(yōu)質(zhì)煙煤研磨而成,按水煤[3]賈傳凱水媒漿水分對鍋爐燃燒的影響口工業(yè)鍋爐,2008(6):5-7漿技術(shù)條件和測定方法(GB/T18855-2002),水煤[4]成預(yù)林,季云金徐水前水煤漿鍋爐應(yīng)用與系統(tǒng)設(shè)計漿被劃分為三個等級,其對應(yīng)含灰量分別為<6%、6%-8%%-10%。但因燃料中灰分大約有0%[5祝平.不要走入水煤漿誤區(qū)[中國能源,02(4)以飛灰形式飛出鍋爐因此水煤漿在工業(yè)鍋爐上燃[6]cB13271-2001鍋爐大氣污染物排放標準[S]燒,應(yīng)屬于多飛灰的燃料。鍋爐原始煙塵排放濃度廣告索引封面德國E科燃燒器上海代表處前插19上海四方鍋爐廠折頁斯派莎克工程(中國)有限公司前插20杭州伯勒計算機技術(shù)有限公司北京西山圣通風機有限公司前插21上海工業(yè)鍋爐研究所封三長沙市中工鍋爐配件有限公司前插22大連新東方鍋爐制造有限公司封底德國麥克斯威索有限公司前插23山東泰安山鍋集團前插1青島海眾環(huán)保鍋爐股份有限公司前插24四川太湖鍋爐有限公司前插2、3湖南萬英科技有限公前插25意大利利雅路股份有限公司北京代表處前插4意大利百得有限公司上海代表處前插26江蘇雙良鍋爐有限公司前插5翹高國際發(fā)展有限公司中插1丹佛斯(上海)自動控制有限公司前插6新鄉(xiāng)禹王石化儀表廠中插2、3扎克能源技術(shù)設(shè)備(上海)有限公司前插7浙江特富鍋爐有限公司中插4瑞土科特力股份有限公司前插8揚州斯大鍋爐有限公司黑白插頁前插9北京潤甌科技有限公司《工業(yè)鍋爐》雜志前插10無錫賽威特燃燒器有限公司九江電通電氣有限公司前插1浙江澳太機械制造有限公司上海精荷熱能設(shè)備有限公司前插12宜賓市信通電子器材廠安徽博瑞特熱能設(shè)備有限公司前插13卡爾冬斯貿(mào)易(上海)有限公司上海昱真水處理工程有限責任公司前插14西安交大思源科技股份有限公司泰山集團股份有限公司(P10)前插15奧林中國代表處金牛股份有限公司鍋爐運行維修服務(wù)分公司(P29)前插16上海建設(shè)路橋機械設(shè)備有限公司江蘇省吳江市環(huán)宇脹管器有限公司(P29)前插17南通中南鼓風機有限公司上海虎嘯電動工具有限公司(P4)前插18上海廣安工程應(yīng)用技術(shù)有限公司