浅谈水煤浆锅炉站的工程设计

3 8 CHEMI CAL ENGI NEERD G DES I GN 浅谈水煤浆锅炉站的工程设计 诸建平 杭州杭氧化医工程有限公司 杭州3 1 0 0 0 7 摘要 介绍水煤浆特性， 水煤浆锅炉与其它锅炉运行成本和烟气污染物排放的比较，水煤浆锅炉站工程 设计中需注意的因素。 关键词 水煤浆锅炉综合效益工程设计环境保护 水煤浆作 为洁净煤技术是一种 既环保又经 济 的技术。2 0 0 6年水煤浆 的高效洁净利用技术作 为 先进能源技术进 入 我 国应 掌握 自主知识产权 的 关键技术和产 品目录 。2 0 1 0年 3月 ，推进洁净煤 技术产业化被 列为 国家发改委 、环境保 护部、科 技部等多个部委的重点工作 。 随着水煤 浆技术 的大力 推广 ，目前 ，全 国有 2 4台电站锅炉和 5 0 0多台工 业锅炉 已成功应用 了 该技术 ，从而为水煤浆锅 炉事业 的发展奠定 了坚 实的基础 J 。据预测 ，到 2 0 5 0年 ，国内煤炭仍将 占一次能源消耗 的 5 0 左右 。按 国民经 济和社 会发展长远规划及 国家 的产业政策 、技术政策 的 要求 ，大力发展洁煤技术 ，高效 清洁地 利用我 国 煤炭资源 ，对 于促进 能源与环境 协调 发展 ，满足 国民经济快速稳定发展需要 ，具有极 其重要 的战 略意义 。 1 水 煤浆锅炉 1 1 水煤 浆 的特性 水煤浆是 由 6 5 7 0 不 同粒度 分布 的煤 、 3 2 3 5 的水和 0 5 1 的化学添加剂制成 的混合物。它具有一定 的流动性 ，燃烧 效率达 到 9 8 以上 ，炉渣 中 的含炭 量 由传 统 燃 烧 锅 炉 的 1 3 7 降到 2 以下 ，热值相 当于石油的一半 ，被 称为液态煤炭。水煤浆成分及特性，见表 1 。 1 2 运行成本 比较 以 l O t h锅炉为例 ，水煤浆锅炉与燃 油、燃气 和燃煤锅炉的运行成本 ，见表 2 。 表 1 水煤浆成分及特性 名称 特性数据 碳含量 c， 粘度 1 1 ( 浆体 温度 2 O q C， 剪切率 1 0 0 SI 1 ) ， mP a s 平均粒度 ， Ix m 密度 ， g c m 灰分( Ad ) ， 硫分( S t d ) ， 发热量 ， k J k g 挥 发分( V d )， 6 66 8 8 o o1 2 o o 3 O 稳定性 ， m o n t h 1 3 由表 2可知 ，水煤浆与燃油锅炉每吨蒸汽成本 差价为 2 4 0元 ，每年可为国家节约进 口燃油外汇资 金 1 6 3 7万元 。 1 3 烟气污染物排放比较 水煤 浆 锅 炉 具 有 高 效环 保 ，可 以迅 速 达 到 9 0 0 C以上 ，且能连续稳定 自动燃烧的优点 ，避免 燃煤锅炉加煤 时低 温燃烧不充 分 ，燃油锅 炉温度 在 1 3 0 0 以上时 ，燃烧产生大量的氮化物污染 。 据环保部门的检测结果，水煤浆锅炉烟气含 硫量 、含尘量 、C O 、氮氧化物等环保 指标均优 于 国家标准 ，接近 或超过 欧盟绿色标 准 。尘渣可 以用作优质建材原料 。通过国家环境保护总局 诸建平 ：工程师。1 9 9 7年毕业于浙江大学化学工程专业。一直从事工程设计。联系电话：1 3 5 1 6 8 1 8 2 2 2 ，Em a i l ：z h u j p 1 0 2 8 y a h o o c o m c n。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 诸 建平 浅谈水煤浆锅 炉站的工程设计 3 9 编制 的有关环境影 响报告 表 的有关 数据 ，水煤浆 锅炉与其它锅炉烟气污染物排放比较 ，见表 3 。 表 3 烟气污染物排放比较 燃料 水煤浆 轻柴油 重油 类烟煤 燃料灰分， 7 燃料硫分， o 3 除尘器 ( 除尘率) ， 9 9 壁、警 置( 脱硫效 7 0 率 ) ， 类 区 时8 0 ( 8 0 ) 段烟尘要求， m g N m ， 类区 时段 9 0 0 ( 5 0 0 ) s O 2 要求， ra g N m 实际烟尘浓度 ， m g N m 3 9 8 ( 5 9 4 ) 实际s 0 2 浓度， m g N m 2 5 3 8 ( 3 9 3 5 ) 格林曼黑度 8 5 ( 经过布袋除尘及脱硫后 ， 相当于使用 轻柴 油) ， 类烟煤锅炉燃烧效率 7 0 。 在当前环保要求高 的情况 下 ， 水煤浆锅炉最大 限度地吸取了燃煤和燃油锅炉的优势， 解决了传统 燃煤锅炉容易污染环境 和燃油锅炉运行 成本 高 的 问题 ， 真正实现 了环 保与经济 的双赢 ， 实现 了经济 效益与社会效益的最佳结合 。 2水煤浆锅炉站 工程设计 2 1 总图布置 水煤浆锅炉站总图设计应根据批 准的城市 ( 地 区) 或企业总体规划和供热规划进行 j 。锅炉站应 选择地质条件较好并靠 近供热负荷 比较集 中的地 方 ； 其排布应利 于 自然通风 和采 光 ； 便 于燃料贮 运 和灰渣 的排送等。 2 2工艺 流程 锅炉 由燃料供给系统、 燃烧 系统、 烟风系统、 出 灰系统 、 除尘脱硫系统及有关管 线系统组成 。燃料 经燃料供给系统输送到燃烧室 ， 与鼓风机吹人 的空 气在燃烧室燃烧 ， 产生的热量以辐射和对流的方式 通过炉管传递给热媒， 燃料释放热量后， 其烟气经 省煤器回收余热后降温， 经除尘脱硫， 由引风机经 烟 囱排大气 。 2 3自动控制系统 由水煤浆的特点和燃烧特性所决定， 水煤浆锅 炉的正常运行与锅炉 的蒸汽压 力、 水煤 浆流量 、 送 风量 、 炉膛负压等工 艺参数 与燃烧都有着密切 的关 系， 将这些工艺参数关联起来组成一个 自动控制系 统 。通过各参数的互相调节 ， 自动控制系统能完成 以下功能 ： ( 1 )稳定高温热源。 ( 2 )实现不间断连续稳定运行 。 ( 3 )提高加热炉整体运行效率 。 ( 4 )配备非正常工况下 的安全联锁反馈保护和 非正常工况下的预警 、 报警 等控制程序来保证水煤 浆锅炉的安全运行 。 此外 ， 水煤浆锅 炉必须与鼓风机、 引风机 、 供浆 泵 、 过滤搅拌器 之间进行联锁 动力控制 ， 以保证加 热炉安全运行。 2 4消耗定额及配套动力 以 1 0 t h水煤浆锅炉为例 ， 年生产按 3 0 0 d计 ， 每天 连 续运 行 。由每 1 0 t 蒸 汽 消 耗 的水 煤 浆 为 1 3 7 0 k g ， 软化水为 1 t ， 电为 2 3 5 k wh ， 压缩 空气 为 4 8 Nm。 。经计算 ， 每年需消耗水煤浆 为 9 8 6 4 t ， 软化 水为 7 2 X 1 0 t ， 电为 1 6 9 X 1 0 。k wh ， 压缩 空气 为 5 6 2 X 1 0 Nm 。 2 5 设备选型 水煤浆锅炉站 的设备布置必须要满足生产、 检 修、 运输、 安全、 卫 生及 防火要 求 ； 建构筑 物的 间距 应符合 建筑设计 防火规范 G B 5 0 0 1 62 0 0 6有关 要求 ； 建筑材料 的耐火等级应 不低于二级 ； 周边应 有环形 的消防通道和通畅的运输通道 。 水煤浆锅 炉整个 系 统 由锅炉 本体 、 水 煤 浆储 罐、 卸浆泵 、 输浆泵 、 水煤浆过滤搅拌器、 供浆泵 、 流 量计 、 连接 管道 仪表 阀 门、 气 水 冲洗装置 等 组成。 根据笔者对几个水煤浆锅炉站的设计 ， 在设备选型 时必须考虑的因素如下 ： 2 5 1 水煤浆储罐 储浆罐应选用 钢制 、 直立式 圆筒形 ， 其 容量应 考虑 71 0 d的水煤浆使用量 ， 并应设有浮子式液位 指示和防止沉淀的空气鼓泡设施 。 2 5 2 卸浆泵 卸浆泵宜选用专用螺杆泵， 具有防触变、 防沉 淀功能。配备 专用耐磨蚀 转子、 定 子 ， 可靠 的十字 万向节传动和高寿命的轴承密封， 以保证浆液的输 送稳定。 2 5 3 输浆泵 输浆泵的选型应参考卸浆泵的要求， 并能保证 三 姗 一 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m CHEM I CAL ENGI NEERI NG DES I GN 连续给 日用浆罐供 浆 ， 且根据 日用浆罐 液位 能 自动 启停 。 2 5 4 水煤浆过滤搅拌器 ( 日用浆罐) 为保证供浆泵能平衡输送水煤浆 ， 在炉前根据锅 炉燃煤的耗量设有 1台水煤浆 日用浆罐 ， 同时内置搅 拌装置和在线过滤器。笔者认为， 过滤器的选择很重 要。原因是水煤浆在制备 、 运输和装卸过程中可能混 入如金属碎屑、 木片、 粗碳粒、 纤维物质、 粘 附胶质等 杂物 ， 或长期运行时煤浆在罐壁结疤脱落的软、 硬沉 淀物 ， 一旦进入管道就会堵塞喷嘴， 严重影响雾化质 量 ， 甚至被迫停炉 。此外 ， 这些杂物还会损坏泵、 管 道附件和仪表 的正常运行和调节 ，因此为保证水煤 浆的质量 ， 进喷嘴前应对其进行过滤。 2 5 5 供浆泵 供浆泵是把 日用浆罐 中的水煤浆平 稳地送 到 燃烧器 的浆枪 中， 具有与卸浆 泵 同样 的性 能要求 ， 其输送压力为 1 2 M P a ， 并配置变频调速电机以调节 流量 。 2 5 6 连接管道仪表阀门 输浆管道的设计要求简短通畅， 避免过多的弯 头和死角； 管路的最低处应设有排尽设施； 管道设 计压力为 1 6 MP a以上 ； 采用 2 O号无缝钢 管 ； 选用 隔膜压力表； 阀门可选用球阀以减小阻力。 气化炉装 置水煤浆 的输 送管线设计 宜采用不 锈钢管线 ； 接 口法兰应采用 3 1 6锰铬合 金等特殊材 质加工 ， 以保证 电磁流量计的测量精度 。 2 5 7烟风系统 烟风系统 由鼓 风机、 引风机 、 风道 、 烟道 、 烟 囱 等组成 。鼓 、 引风机采用转速为 1 4 5 0 r m i n ， 要求采 用变频控制， 低 噪声设备 ； 风道 、 烟道均为钢制 ， 风 道采用地埋式 ， 使锅炉站整洁， 操作方便 。 2 5 8 出灰系统 锅炉出灰采用特制的链式刮板出渣机， 其链条 采用合金材料 ， 要求能 自动 出灰 ， 设计采用 0 4 M P a 压缩空气吹扫对流管束积灰。 2 5 9 除尘脱硫系统 除尘系统采用布袋除尘器除尘 ， 需 配有 电动 的 卸灰器 ， 能实现 自动卸灰且操作密封性好 、 不漏风。 同时配备湿式水膜脱硫除尘， 可以达到较好脱硫效 果 ， 以确保达标排放。 3 消 防设计 3 1 消 防灭 火 水煤浆锅炉站的火灾危险性属于丁类， 耐火等级 为二级 ， 锅炉站内外应设固定消防栓 ， 设置数量、 间距 及消防用水量、 消防管径等均严格按 建筑设计防火 规范 c B 5 0 0 1 6 2 0 0 6要求。此外 ， 水煤浆锅炉站还 应按 中危险级配置 4 k g手提式磷酸铵盐干粉灭火器 若干( 灭火器的保护半径为 1 2 m) 。 3 2 电气消防设计 ( 1 )在配电房、 锅炉水位表、 压力表等处设置事 故照明； 在锅炉站 出 口处设 置疏散 指示照 明， 均采 用 自带蓄电池的应急电源 和灯具 ， 连续供 电时间为 3 01 8 0 mi n。 ( 2 )水煤浆锅炉站为三类 防雷建筑。为确保 电 气设备和人身安全 ， 需设 防直接雷 、 感应雷 、 雷 电波 侵入措施 ； 锅炉烟 囱设 置避雷针 ， 利用金 属爬 梯作 引下线与接地装置可靠 连接 ； 各类配电设备外露可 导电部分均可靠接地 ； 输送易燃易爆 物料 的设备和 管道须 设 防静 电措 施。 电气 设 备保 护接地 、 建 筑 物、 构筑物防雷接地、 防静 电接地 采用共 同接 地系 统 ， 接地 电阻1 。 4 结语 水煤浆锅 炉具有 热效率高 、 适 应性 强、 应用 范 围广的特点 ， 可以广泛应 用于企事业 单位、 住宅 小 区供暖 以及各种类型 的工业生产 等方面。随着 国 家环保政策执行力 度加大 ， 加快了小型燃煤锅炉的 淘汰 ， 以及燃油价格上涨导 致的燃 油锅炉成本居高 不下， 水煤浆锅 炉是各类锅 炉用户 的理 想选择 ， 拥 有广阔的市场前景 。 参考文献 1 国家 发 展 和 改 革 委 员 会 煤 炭 工 业发 展 “十一 五 ”规 划 R 2 0 0 7 1 2 国家发展和 改革委 员会 中 国资源综合 利用技 术政 策大 纲 R 2 0 1 0 1 4 3 国家经济 贸易委 员会 关 于用 高新技 术和先 进适用 技术 改 造 提升传统产业 的实施意见 R 2 0 0 2 2 4 7 4 国 家 发 展 和 改 革 委 员 会新 兴 能 源 产 业 振 兴 规 划 R 2 0 1 0 1 0 2 7 5 游小波， 张传名 ， 彭国伟等 水煤浆在电站锅炉及工业锅炉