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(guó)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(guó)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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