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220t/h水煤浆锅炉燃烧试验研究
发布时间：2013-09-05 07:47 来源：未知
水煤浆（简称CWM）是70年代迅速发展起来的一种以煤代油的新型燃料，世界上许多国家都投入大量的资金和人力进行科学研究和技术开发，使水煤浆成为极具发展前途的洁净燃料。
燕化公司现每年烧掉燃油达100万t，由于生产的发展，燃料用量还要不断增加。随着燕化公司对重油加工工艺的改进和加工能力的提高，以及水煤浆燃烧技术在电站锅炉的推广应用，燕化公司决定以水煤浆代替燃料重油，并于1996年10月～19 97年5月委托中石化咨询公司等单位进行了可行性研究。为取得燃用水煤浆的经验，燕化集团公司决定在其第三热电站首先建一台220 t／h水煤浆示范锅炉，此时恰逢日本国施行绿色援助计划（燃用脱硫型水煤浆）。1998年8月开始进行拆迁及场地平整工作，1999年1月正式开工，2000年1月15日试运行，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
1、220 t/h CWM锅炉燃烧系统总体方案
220 t／h CWM锅炉按燃用水煤浆、脱硫型水煤浆、重油设计，每种燃料均能达到100%负荷。燃烧器布置于前墙，上下分5层，每层2支，共10支燃烧器，其编号分别为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J。A～H共8支燃烧器，由日立公司设计制造，每个燃烧器上安装有CWM枪、重油枪、轻油枪、电打火及2支火焰监视器，均为远方气动控制进退。I、J为燃油燃烧器，位于最上层，这两支燃烧器由杭州锅炉厂设计制造，每个燃烧器上配备有重油枪、电打火和火焰监视器。I、J燃烧器只有在锅炉处于燃油状态时投入使用，并停用A、B两个燃烧器上的重油枪。
2、CWM燃烧试验
2000年3月9日，在燃烧5只重油枪(A，B，C，D，F)的条件下，浆枪E-次点火成功，随后又相继进行了同时燃烧2、3、4、5、6只浆枪的燃烧试验及脱硫型水煤浆燃烧试验。
2.1 炉前供浆系统
由制浆间来的水煤浆进入炉前搅拌罐，经搅拌后进入过滤器K108去杂质，然后进入供浆母管。4台螺杆泵（3台工作1台备用）把水煤浆升压后供燃烧器燃用。
本次烧浆用的是北京水煤浆厂生产的水煤浆，这种浆由于其挥发成分少、灰溶点低，属于不易燃烧的浆种。目前世界上还没有在大型工业锅炉上燃烧这种低品质煤浆的先例。
2.2 煤浆火焰着火及燃烧
煤浆燃烧关键是如何缩短煤浆升温及水分蒸发阶段，使煤浆及时着火，燃烧后期使固定碳尽可能燃净。
对煤浆着火影响最大的两个因素是浆压和雾化蒸汽压力，见表1。
浆压在0.7～1.8 MPa范围内均可实现着火。与燃烧重油不同的是，当浆压增加时，相应的雾化汽压力也必须增加，且两者之间的压力差不大于0.2 MPa。这是因为水煤浆的雾化比较困难，主要靠蒸汽的冲击破碎，使煤浆形成细小液滴，当浆压上升时，浆体本身具有的能量提高，必须相应提高雾化蒸汽的能量（压力）才能使浆炬破碎；当雾化蒸汽压低于浆压较大时，雾化效果差，不能着火，当雾化蒸汽压高于浆压较大时(0.4 MPa)，影响煤浆的喷出量，严重时蒸汽倒流进入煤浆管线，使煤浆根本就喷不出来。
高煤浆压力下虽然也能着火，但浆管线发生振动，火焰不稳定，所以，目前实际运行时浆压保持在0.8～1.3 MPa之间，对应的雾化汽压力也在0. 8～1.3 MPa之间。
2.3火焰稳定性
2.3.1 着火点
要使浆炬着火必须使浆炬获得足够的着火热，加热浆炬的热源主要是烟气回流热量。水分蒸发过程虽然很短，但浆雾初速高，着火点就可能离喷嘴很远。要保证着火后煤浆的着火点离喷嘴较近，不能忽远忽近，要保证固定碳有足够的燃烧时间。
影响着火点的因素有两类，一类是基本不变的因素，另一类是可调因素。对第一类因素，要保证热风温度在340 ℃以上，炉膛测点处温度要在650℃以上，要达到这种热负荷，至少要点4只重油枪，锅炉负荷在100 t／h以上，才可以点水煤浆枪。在DCS程序中，日方要求锅炉负荷在130 t/h以上才可以点水煤浆枪，由于当时没有这么大的蒸汽负荷，我们在点燃5只重油枪，锅炉蒸发量110 t／h时，就成功地点燃了水煤浆枪。
当点浆成功后，对浆的稳定燃烧有决定作用的因素就是风箱压力和浆压与雾化汽压力之差。
2.3.2风箱压力
如表2，当风压大于800 Pa时，煤浆火焰开始脱离喷嘴，严重时煤浆要到炉膛后部才开始燃烧。产生这种现象的原因是风压提高后使煤浆炬的流速加快，而煤浆升温及水分蒸发的速度不变，从喷入炉膛到温度升至着火点所需的时间是固定的，所以等到煤浆着火时浆已经运动到炉膛后水冷壁。一旦着火点远离喷嘴，炉膛深度不能有效利用，固定碳没有充分的燃烧时间就纷纷落入捞渣机中排出，使捞渣机出渣量异常增加。实践证明风压对浆燃烧的影响要远大于重油，烧浆时运行中要保证风压在600～800Pa。
2.3.3 浆压与雾化汽压之配合
见表3，浆压与雾化汽压力相差0.1 MPa时，对煤浆燃烧稳定性影响不大，但浆压高于雾化汽压力0.2 MPa时，煤浆火焰开始脱离喷嘴，直至到后水冷壁才开始燃烧。
在正常运行中，浆压与雾化汽压容易保证，当增加或减少浆枪时，很容易出现火焰脱离喷嘴现象，要及时调整好二者关系。
2.3.4次风与二次风
与重油不同，燃烧煤浆时一次风不宜太多，因为过大的一次风不利于水分的蒸发，不利于煤浆的稳定着火，反而导致水分未蒸发完的煤浆雾炬吹到受热面上，引起结渣。试验中让一次风开度从O%加大到100%，证明一次风开度在25%时效果较好。二次风开度保持在(45～60)%之间。
2.3.5 浆枪的位置
由于烟气从炉膛下部到上部温度越来越高，所以处于最上排的燃烧器G、H燃浆时燃烧总体效果好于下排的燃烧器C、D。
2.4烧水煤浆时负荷的增减
燃烧煤浆时负荷增减可以靠增减枪数或改变浆流量实现，燃烧第一只浆枪时，要控制浆压力在0.9 MPa，雾化蒸汽压力在0.8 MPa，配给一定的风量即可着火。
增加或减少浆枪时，要按照每只浆枪3 t/h浆，0. 5～0.7t／h雾化蒸汽来控制浆压、浆泵变频和雾化汽压力。等系统稳定后再同时提高或减少浆量和雾化汽量。目前燃烧器最大的燃浆量为4.7 t/h，超过这个值后燃烧不好。
2.5 燃烧水煤浆对锅炉的影响
由表4看出，在蒸汽负荷基本相同的工况下，增加水煤浆燃用量对锅炉运行状态产生明显影响。首先是由于煤浆中硫分含量高于重油，使烟气中。排放量加大；其次，由于水煤浆燃烧期比重油时间长，火焰中心后移，使炉膛温度、屏过（屏式过热器）壁温、排烟温度均上升，主蒸汽温度上升，减温水量加大（烧油工况基本不用减温水）；再次，由于炉膛整体温度的提高，空气经预热器后吸热量加大，使热风温度提高。
2.6脱硫实验
2.6.1 脱硫方法
采用湿式脱硫法，在水煤浆中直接混入石灰石脱硫剂，调和加工成脱硫型水煤浆，将其喷入炉内燃烧，让发生的硫磺氧化物在燃烧过程中直接脱硫反应。
2.6.2 脱硫效果
3月28日、29日两天时间加石灰石，燃烧脱硫型水煤浆。石灰石加入比例0.062，水加入比例0. 034。燃烧器状况AB重油枪，cdefgh浆枪。由于硫的排放浓度与煤浆量有直接关系，所以只有在浆量不变的情况下考察脱硫效果。
3月28日9点开始加入石灰石，经过10h的置换，到晚20时烟气中S()?含量从230×10-6降到200×10一左右，并稳定在这一水平，见图1和表5。到3月29日20点脱硫水煤浆试验结束，证明在水煤浆中加入石灰石可以得到一定的脱硫效果，但没有达到日挥公司脱硫率50%的设计值。
2.6.3 脱硫引起的问题
虽然在水煤浆中加入石灰石后得到了一定的脱硫效果，但也出现了一些问题。
首先是煤浆的燃烧情况恶化，这是由于北京浆挥发成分少，石灰石的加入使煤更加难以着火，炉底排渣量加大。第二是燃烧器旋口、看火孔及水冷壁上有严重的结渣产生，其原因是北京浆灰熔点本来就低1 230～1 330℃，再加人石灰石，使灰成分有所变化，突出一点是Ca0含量增加了10倍，由于自由氧化硅易与氧化物如Ca0、Mg0等形成低熔点的共晶体，从而降低了整个灰的熔化温度，熔融性特性温度均降低了30℃。水冷壁、看火孔是炉膛的低温部分，熔化的灰在这里冷却凝聚，对局部管壁产生腐蚀。
火焰温度越高，煤粒中的硫释放出来的越多，使排烟中的SOx浓度上升，脱硫率降低。当温度超过1 400℃时，石灰石失去反应性，成为过烧状态。但火焰温度过低会降低燃烧效率，火焰不稳定。因此，脱硫型水煤浆最合适的火焰燃烧温度为1 200～1250℃。但为了达到较好的脱硫率，如何控制火焰燃烧温度，在目前来看还有一定困难，不能单纯为了脱硫而牺牲锅炉的安全与效率。
3、结 论
(1) 220 t/h水煤浆锅炉初步达到了设计目的，能够燃用重油和水煤浆，为燕化公司百万吨水煤浆代油事业走出了关键的第一步，为我国的煤碳加工利用事业积累了宝贵经验。
(2)燃烧重油时，重油压力可控制在1.1～2.1 MPa，雾化汽压力控制在1.1 MPa。
(3)燃烧水煤浆时，浆压力和雾化汽压力可控制在0. 8～1.3 MPa之间，两者压差不能超过0.4 MPa。
(4)在水煤浆中加入石灰石可以达到一定的脱硫效果。
(5)燃烧器的性能还需要进一步改进，富通新能源不但生产销售生物质锅炉，而且还大量销售生物质锅炉燃烧的木屑生物质颗粒燃料。
