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)：次
隨著環(huán)境問題和能源問題日益嚴(yán)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(gè)發(fā)展方向。但使用循環(huán)流化床鍋爐燃燒水煤漿會(huì)對(duì)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(diǎn)，對(duì)燃燒水煤漿鍋爐的換熱、物料循環(huán)等問題進(jìn)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(dá)96%～98%;鍋爐熱效率可達(dá)90%。
(3)水煤漿為液體，罐裝和管道輸送，不需要大的推煤場(chǎng)地以及鏟車等設(shè)備，減少了占地面積和輸送、存儲(chǔ)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(jìn)入爐膛后迅速形成較大的顆粒團(tuán)，在流化床內(nèi)較高的斷面熱負(fù)荷下實(shí)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(duì)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(dǎo)致熱力計(jì)算中爐膛的傳熱系數(shù)偏高，也就是在實(shí)際水煤漿鍋爐運(yùn)行中，傳熱系數(shù)較低，導(dǎo)致爐膛受熱面吸熱量不足，同時(shí)由于水煤漿灰分的含量少，所以固體顆粒間的傳熱量也會(huì)降低，這樣就會(huì)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(jì)改造中，選取一個(gè)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(fēng)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(duì)鍋爐熱效率及其熱量輸出影響很大，但是由于實(shí)驗(yàn)困難以及商業(yè)機(jī)密不愿公開的原因，目前文獻(xiàn)報(bào)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(dāng)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(duì)于鍋爐的輻射傳熱會(huì)有益處。因此，筆者根據(jù)對(duì)75t/h燃煤循環(huán)流化床鍋爐的改造設(shè)計(jì)和運(yùn)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(yù)熱器等受熱面的問題
當(dāng)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(shì)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(dǎo)致受熱面管系的使用壽命的降低。第二，煙氣流速過快，將導(dǎo)致傳熱系數(shù)的下降。簡(jiǎn)單的說，就是導(dǎo)致尾部受熱面吸熱不足，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐達(dá)不到額定的出力和汽溫要求。
對(duì)于空氣預(yù)熱器來說，由于水煤漿的水分高，通常需要較高的空氣預(yù)熱溫度來輔助燃燒，這樣空氣預(yù)熱器就需要認(rèn)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(gè)重要課題。
因此，在改造設(shè)計(jì)中，需要考慮增大管束的節(jié)距來適當(dāng)降低煙氣流速，達(dá)到循環(huán)流化床燃煤鍋爐的煙氣流速。對(duì)于空氣預(yù)熱器，由于常規(guī)的循環(huán)流化床燃煤鍋爐的空氣預(yù)熱器煙氣流速偏低，可以不進(jìn)行更改，流速的適當(dāng)增大，會(huì)強(qiáng)化傳熱效果。
2.3床料的選擇
在燃用水煤漿燃料時(shí)，大都采用石英砂作為循環(huán)流化床床料，對(duì)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(dá)2.6×103kg/m3，在循環(huán)過程中，石英砂對(duì)爐膛、分離器，特別是對(duì)尾部的過熱器、省煤器的磨損特別嚴(yán)重，大大降低了受壓部件的使用壽命，進(jìn)而影響鍋爐的運(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)間，帶來更大的經(jīng)濟(jì)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(dá)不到循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)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(gè)問題。通過對(duì)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(jì)算，料層的阻力將會(huì)增大很多，這就勢(shì)必要求對(duì)原有鍋爐的風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新選型配置，對(duì)于用戶的改造費(fèi)用將會(huì)增大。
3煙氣排放
水煤漿燃燒同其他燃煤過程一樣，也會(huì)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(jìn)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(yuǎn)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(shí)因?yàn)檠h(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(huì)使水煤漿循環(huán)流化床鍋爐的硫化物排放滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理，將有助于抑制NOx的生成。同時(shí)結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐分段配風(fēng)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(dá)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(jì)中，需要仔細(xì)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(duì)爐膛、過熱器、省煤器以及空氣預(yù)熱器的影響，同時(shí)注意在風(fēng)機(jī)選型中的配套問題。
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