（工程热物理专业论文）洗煤泥流化床燃烧脱硫研究和泵送给料系统的方案设计.pdf

浙江人学倾i j 学位论文 摘要 我国是以煤为初级能源的经济大国 由于对煤炭的过分依赖 致使大量的 烟尘和s 0 2 排放到大气中 造成了以煤烟性污染为主的环境恶化 根据我国国 情 加大煤炭洗选i l j j 是洁净煤生产的一条有效途径 这势必产生大量的洗煤泥 洗矸石等筛余物 国内外的大量实践表明 利用循环流化床的高效燃烧和简单 经济的燃烧脱硫技术是解决这一问题的有效途径 本文的工作背景就是 针对兖 矿集团东潍电厂7 5 v h 洗煤泥流化床锅炉的生产实际 利用流化床锅炉炉内燃烧 脱硫的特性 寻求一种系统简单 技术先进 经济实用的 集洗煤泥泵送给料和 脱硫一体化的系统解决方案 以解决洗煤泥电厂目前存在的一些问题和实现高效 脱硫 并取得一定的社会 经济效益 首先总结了国内外流化床锅炉燃烧脱硫的技术现状和浙大洗煤泥流化床锅 炉燃烧脱硫的研究成果 对比分析了国内外洗煤泥输送 给料技术的应用情况和 技术特点 阐述了挤压泵和注塞泵在洗煤泥泵送给料方面的各自优缺点 表明两 种技术在洗煤泥泵送给料方面均能满足流化床锅炉的运行要求 针对东滩电厂的脱硫项目 通过流化床试验台的试验研究 试验结果表明 石狄石均匀混入煤泥给料比石灰石 煤泥分别给料脱硫效率要高1 0 左右 试 验研究了燃烧温度 c a s 比 石灰石粒度 给料方式等对脱硫效率的影响 并 且表明对于锅炉燃烧效率和氮氧化物排放没有显著影响 在试验结论的基础上 针对东滩电厂的实际情况 采用石灰石均匀混入煤泥给料的方式进行了工程实施 方案的设计 通过技术经济分析 表明可以取得显著的经济 社会效益 通过在浙大洗煤泥泵送试验装置上采用管道压降法对兴隆庄洗煤泥采用管 道压降法进行了流变特性试验 研究分析了洗煤泥的流变特性和管道参数的计算 方法 在此基础上提出三个洗煤泥泵送给料和脱硫一体化的系统设计方案 并进 行了技术经济比较 确定洗煤泥用注塞泵输送 用挤压泵给料的两级泵送方式为 最优方案 本文的研究以解决生产实际中的问题为出发点 将洗煤泥流化床锅炉炉内 燃烧脱硫和洗煤泥泵送给料方式的研究方法和有机结合 对于解决目前国内同类 型电厂的类似问题有一定的借鉴价值 关键词 洗煤泥流化床脱硫泵送系统方案设计 浙江大学硕卜学位论义 a b s t r a c t c o a li st h ep r i m a r ye n e r g yo fo u rc o u n t r y r e l y i n gt o om u c ho nc o a l al o to fs o o t a n ds 0 2h a v eb e e ne m i t t e di n t ot h ea i r w h i c hc a u s e ds o o td o m i n a t e dp o l l u t i o nt ot h e e n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r y a ne f f e c t i v ew a y o fc l e a nc o a l p r o d u c t i o ni st oi n c r e a s et h er a t i oo fc o a lw a s h i n g w h i c hi n e v i t a b l yw i l lg e n e r a t eal a r g e a m o u n to fr e s i d u e s i n c l u d i n g c o a lw a s h e r ys l u d g ea n dg a n g u ec a u s i n gs e c o n d a r y p o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t m a n yp r a c t i c e si nf o r e i g nc o u n t r i e sp r o v e t h a tt h ee f f e c t i v e w a y t os o l v et h i sp r o b l e mi st ot a k ea d v a n t a g e so fc f b sh i g he f f i c i e n tc o m b u s t i o na n di t s e a s y e c o n o m i c a ld e s u i d h u r i z a t i o n t e c h n o l o g y a c c o r d i n g t ot h e p r o p e r t i e s o f c o m b u s t i o nd e s u l p h u n z a u o ni nc f b t h i se s s a yi st os e e ka ni n t e g r a t e ds y s t e ms o l u t i o n t h a tc a np u m pt h em i x t u r eo fs l u d g ea n dl i m e s t o n ei n t ot h ec f bi n o r d e rt or e a l i z e d e s u l p h u r i z a t i o n w h o s eb a c k g r o u n di st h ep r a c t i c a lc o n d i t i o no fa7 5 t hs l u d g ec f b i n y a n z h o um i n i n gc o l t d d o n g t a np o w e rp l a n tt h i ss o l u t i o nm a ys o l v es o m ep r o b l e m s i no t h e rs l u d g ep l a n t sa n da c h i e v eh i g he f f i c i e n td e s u i p h u r i z a t i o n a n da l s oh a v es o m e s o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s t h ec o m b u s t i o nd e s u i d h u r i z a t i o nt e c h n o l o g i e si nc f bo ff o r e i g nc o u n t r ya n di n s l u d g ec f bo fz h e j i a n gu n i v e r s i t y a r e s u m m a r i z e d f o r e i g n a n dd o m e s t i cs l u d g e t r a n s p o r t a t i o n f e e d i n gt e c h n o l o g i e s a p p l i c a t i o n s a n d p r o p e r t i s a r e c o m p a r e d s q u e e z e rp u m pa n dp i s t o np u m ph a v et h e i ro w na d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so n s l u d g et r a n s p o r t a t i o n f e e d i n g a n d t h e s et w ot e c h n o l o g i e sb o t hc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n t o fc f b o p e r a t i o n b a s e do nt h ed e s u i p h u r i z a t i o np r o j e c ti nd o n g t a np o w e rp l a n t e x p e r i m e n tr e s u l t f r o mab e n c hc f bs h o w st h ed e s u l p h u r i z i n gr a t i oo fw e l l m i x e ds l u d g e l i m e s t o n e m i x t u r ei s10 h i g h e rt h a nf e e d i n gt h es l u d g ea n dl i m e s t o n es e p a r a t e l y t h er e l a t i o no f d i f f e r e n tf a c t o r sa n dd e s u l p h u r i z i n gr a t i oa r ea n a l y z e d a n di th a sn oo b v i o u se f f e c to n t h ec o m b u s t i o ne f f i c i e n c ya n dn o xe m i s s i o n b a s e do nt h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n t a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ls i t u a t i o ni nd o n g t a np o w e rp l a n t s l u d g e l i m e s t o n em i x t u r e f e e d i n gt e c h n o l o g yh a s b e e na d o p t e di nt h e e n g i n e e r i n gd e s i g np l a n c o s t e f f e c t i v e n e s s a n a l y s i ss h o w s t h i st e c h n o l o g yc a nb r i n gs i g n i f i c a n te c o n o m i c s o c i a lb e n e f i t s u s i n gp i p ep r e s s u r ed r o pm e t h o d r h e o l o g i c a lp r o p e r t ye x p e r i m e n tt ox i n g l o n g z h u a n gs l u d g eh a s b e e n d o n eo nt h eb e n c hs l u d g ep u m ps y s t e mo fz h e j i a n gu n i v e r s i t y s l u d g er h e o l o g i c a lp r o p e r t ya n dp i p ec o e f f i c i e n tc o m p u t i n gm e t h o da r ea n a l y z e d t h e n t h r e ei n t e g r a t e ds y s t e m so fs l u d g ep u m pf e e d i n ga n dd e s u i p h u r i z a t i o na r eo f f e r e d a n d c o s t e f f e c t i v e n e s sa n a l y s i sh a sb e e nm a d e f i n a l l ya no p t i m i z e ds y s t e mo ft w o s t a g e p u m pm e t h o d w h i c hu s i n gp i s t o np u m pt ot r a n s p o r ts l u d g ea n du s i n gs q u e e z e rp u m pt o 浙江大学硕士学位论文 f e e di sa d o p t e d t h i se s s a ys t a r t sf r o ms o l v i n gp r a c t i c a lp r o b l e m s a n dc l o s ec o m b i n st h er e s e a r c h m e t h o d so ft h ec o m b u s t i o nd e s u i d h u r i z a t i o ni nc f ba n ds l u d g ep u m pt r a n s p o r t a t i o n f e e d i n gs y s t e m w h i c hc a nb eu s e d f o rr e f e r e n c et os o l v es i m i l a rp r o b l e m si no t h e rp o w e r p l a n to ft h es a m et y p e k e y w o r d c o a lw a s h e r ys l u d g e c o m b u s t i o nd e s u l p h u r i z a t i o n p u m ps y s t e m d e s i g n 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 我国的s 0 2 污染现状及燃煤脱硫技术概述 1 1 1 我国s 0 2 污染现状及危害 我国是当今世界上几乎唯一以煤为初级能源的经济大国 若将中国计算在 外 目前世界各国的能源结构中煤炭比例已下降到2 2 4 已低于天然气的 2 5 5 1 1 9 8 0 年至1 9 9 3 年 全世界煤炭产量增加量的8 1 是由于中国增量的 结果 一个以煤炭为主要能源的国家 虽然原煤占能源消费总量的比例自5 0 年 代起有逐年降低的趋势 但至今煤炭仍占我国能源消费总量的7 0 左右 并且 近期内不会有根本性变化 煤炭是一种低品味的石化能源 中国煤炭中灰分 硫 分含量较高 大部分煤炭灰分在2 5 一2 8 左右 硫分含量变化范围较大 从 0 1 到1 0 不等 1 9 9 5 年中国商品煤的平均含硫量为1 1 3 中国煤炭大多 都直接燃烧 因此造成烟尘和s 0 2 等污染物大量排放到环境中 至今我国绝大 多数燃煤装置没有脱硫设备 煤炭中8 0 的左右的硫分燃烧后排入大气 随着 燃煤量的增加 燃煤排放的s 0 2 也不断增加 八五 期间 平均每年增加二氧化 硫排放量大约1 0 0 万吨 比日本现在一年的8 0 万吨还多 燃煤排放的s 0 2 也不 断增长 1 9 9 5 年中国s 0 2 排放达到2 3 7 0 万t 已超过欧洲和美国 居世界第一 位 图11 为中国历年s 0 2 排放量 9 俳 披 量 宝 年分 图1 1 中国历年s 0 2 排放量 1 联合国环境规划署资助项目 将环境因素纳入能源规划 的研究结果表明 按照中国的能源政策 到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年 中国一次能源供应结构中煤炭仍 浙江大学硕上学位论文 将分别占6 8 3 和6 3 1 若不采取措施 2 0 2 0 年中国s 0 2 排放量将会达到 3 5 0 0 力 t 削减和控制燃煤s 0 2 污染 是中国能源和环境保护部门长期面临的 严峻考验 大量的s 0 2 排放 大气中s 0 2 浓度过高及酸雨的形成已严重影响了人体健 康 破坏了生态系统 对工农业生产造成极大损失 根据国家环境保护总局对全 国2 1 7 7 个环境检测站1 3 年监测数据分析表明 中国有6 2 3 的城市环境空气 s 0 2 年平均浓度超过国家环境空气质量二级标准 平均来说 中国大城市空气中 s 0 2 比中小城市高出6 0 酸雨和二氧化硫污染制约了经济的发展 酸雨污染造成我国粮食 蔬菜 水 果减产 以至于整块农田绝收 广西受害地区农作物减产幅度达到5 1 0 森 林受到危害 材积量锐减 甚至成片的森林死亡 根据有关的研究结果 1 9 9 5 年我国由于酸雨和二氧化硫污染造成人体健康和农作物 森林等方面的经济损失 约为1 1 0 0 多亿元 已接近当年全国国民生产总值的2 成为制约我国经济和 社会发展的重要因素 针对酸雨和二氧化硫污染的不断加剧 1 9 9 6 年 国务院关于环境保护若干 问题的决定 中明确提出要治理 两控区 的酸雨和二氧化硫污染 两控区控制目 标为 到2 0 1 0 年 二氧化硫排放总量控制在2 0 0 0 年排放水平以内 城市环境 空气二氧化硫浓度达到国家环境质量标准 酸雨控制区降水p h 值小于4 5 的面 积比2 0 0 0 年明显减少睇 j 电力和煤炭是造成酸雨和二氧化硫污染的主要行业 火电厂和各种各样的工 业锅炉是排放二氧化硫造成酸雨的主要污染源 目前火电厂二氧化硫排放量约占 全国排放量的1 2 预计到2 0 1 0 年将占到2 3 因此 火电厂脱硫 减少二氧化 硫的排放是今后的重点任务 国家规定 新建 改造燃煤含硫量大于1 的电厂 要采取减排二氧化硫的措施 在2 0 1 0 年以前分批分期建成脱硫设施或采取其他 具有相应效果的减排措施 1 1 2 燃煤脱硫技术概述和综合评价 对于脱硫技术的研究 从本世纪初至今已有9 0 年的历史 自6 0 年代起 一些 工业化国家相继制定了严格的法规和标准 限制燃烧过程s 0 2 等污染物的排放 这一措施极大地促进了脱硫技术的发展 进入7 0 年以后 烟气脱硫的研究工作开 始由实验室阶段转向大规模应用性阶段 据美国环保局j e p a 1 9 8 4 统计 世界各 国开发 研究 使用的s 0 2 控制技术已达1 8 9 种 预计目前的数量将超过2 0 0 中 这些技术概括起来可分为四类 即燃烧前脱硫 燃烧中脱硫 煤的转化利用技术 和燃烧后脱硫 烟气脱硫 h 4 j 浙江大学硕上学位论文 l 燃烧前脱硫技术 1 煤炭洗选技术 洗选煤是除去或减少原煤中所含的硫分 灰分等杂质 并 按用户对煤质的要求 实行对路供应 燃用洗煤可提高热效率和可靠性 选煤技 术分物理法 化学法和微生物法三种 物理法选煤无论在国际和国内都是十分成 熟的技术 通常可除去原煤中6 0 灰分和1 3 1 2 黄铁矿硫 现阶段 我国的 洗煤主要用于冶金用煤 动力用煤只是对含硫量高的煤才采用洗选 其入洗比重 仅为6 3 左右 而发达国家达到了9 0 因此 洗选煤的发展在中国还存在极 大潜力 2 型煤加工 将粉煤加工成型煤 比燃烧散煤节约能源的2 0 3 0 减 小烟尘排放量4 0 6 0 还能提高锅炉出力1 0 3 0 加入适量的固硫剂 后 燃烧时烟尘和s 0 2 排放都比燃烧散煤时减小4 0 6 0 针对我国城市居 民燃料消费状况 在煤气尚未普及的地区 发展固硫剂型煤代替散煤的燃烧可以 改变城市污染状况 3 水煤浆技术 水煤浆是一种煤基液流态燃料 可以代油燃烧 由于在水煤 浆的制备过程中 必须经历对煤的洗选过程 因而采用水煤浆燃料后 可以降低 s 0 2 的排放量达8 0 以上 我国对水煤浆的制备和燃烧技术的试验研究开始于 8 0 年代初 同世界上其他国家一样 最初的主要目的是希望摆脱对进口石油的 依赖 国内现有技术已具备了商业化水平 制浆技术达到国际水平 但是在电厂 锅炉及工业炉窑的试用表明 水煤浆燃烧技术的应用和推广存在较大的经济性问 题 根据我国能源政策 燃油锅炉有逐渐被取代的趋势 但对于现有燃油锅炉 只有当石油价格与水煤浆的价格比为2 2 5 时 1 9 9 0 年可比价 在经济性上才 合算 目前 水煤浆技术在电厂还很难推广 在工业窑炉上的应用存在一定潜力 4 幂l j 用微生物脱硫技术 利用某些细菌以硫化物为能源 并使硫元素的存在 形态发生改变的性质 可以进行微生物脱硫 一般用氧化亚铁硫杆菌去除煤中约 占2 3 的无机硫 f e s 2 用硫化叶菌去除有机硫 效率分别可以达到4 0 和3 0 左右 国内已能分离出可脱除有机硫的微生物 脱硫率可达2 1 4 7 而 对于黄铁矿的脱除方法则需要更进一步的改进 微生物脱硫具有反应条件温和 成本低 能耗省 无煤的流失等优点 是一种很有前途的方法 2 燃烧中脱硫技术 燃烧过程中脱硫主要是指当煤在炉内燃烧的同时向炉内适当位置喷入脱硫 剂 常用的有石灰石 白云石 也有用熟石灰和生石灰的 脱硫剂一般利用炉内 较高温度进行自身煅烧 煅烧产物 主要有c a o m g o 等 与煤燃烧过程中产生的 s 0 2 s o a 发生反应 生成硫酸盐和亚硫酸盐 以灰渣的形式排出炉外 减少s 0 2 s 0 3 向大气的排放 达到脱硫目的 煤燃烧中脱硫技术主要有以下几个方向 1 煤粉炉直接喷钙脱硫技术 在煤粉炉中 脱硫剂选择温度较低区域 炉膛 浙江人学硕l 学位论立 上方 喷入进行脱硫 煤粉炉内直接喷钙脱硫技术 由于其脱硫效率没有湿法烟 气脱硫 w f g d 高 故曾在较长一段时间内没有得到工业应用 但由于目前一 些国家 特别是发展中国家的有关环保法令只要求对燃煤排放的s 0 2 有中等程 度的排除 这一方法所具有的投资省 装置简单 便于改造能满足一般环保要求 的特点越来越受到人们的关注 单纯的炉内直接喷钙脱硫效率只能达到3 0 4 0 左右 再与尾部活化器增湿或在脱硫中添加催化剂等技术相结合 其脱硫效 率可达7 0 以上 具有广阔的发展前景 2 流化床燃烧脱硫技术 f b c 流化床燃烧脱硫技术包括常压鼓泡流化床 燃烧技术 常压循环流化床 增压鼓泡流化床燃烧技术与增压循环流化床燃烧技 术 其中前三类已得到工业应用 增压循环流化床燃烧技术尚在工业示范阶段 在 下一节中祥述 3 煤气化联合循环系统 i g c c 在i g c c 系统中 煤与气化剂首先在气化 炉内反应生成燃料气 然后送入燃气轮机系统燃烧 在气化时 煤中的硫及氮 氯等分别生成h 2 s n h 3 s 0 2 h c i 经过常规的方法可以脱除至非常低的水 平 煤气燃烧后以高于p f b c 的烟气温度进入燃气轮机 气化炉可采用流化床 气化炉 气流床气化炉 固定床气化炉三类 目前 i g c c 在国外已进入商业化示范阶段 预计2 0 1 0 年左右可进入实用 阶段 单机规模达到3 0 0 m w 4 0 0 m w 热效率可望达到5 3 与a c f b 及p f b c 相比 i g c c 的投资最大 而所得的高效率难以抵偿其附加的费用 因此 今后 降低总系统的费用和进一步提高效率 使其具有经济吸引力是未来几年内的发展 方向 3 燃烧后脱硫 烟气脱硫 烟气脱硫技术 f g d 主要是利用吸收剂或吸附剂去除烟气中的s 0 2 并 使其转化为稳定的硫化合物或硫 最早的烟气脱硫技术在本世纪初就已经出现 近几十年来 国外对烟气的脱硫 脱硝进行了大量的研究 在工业发达国家 工 业脱硫装置的应用发展很快 是国外大规模商业应用的脱硫方式 通常f g d 技 术按产物是否回收 可分为抛弃法和回收法 按脱硫的方式和产物的处理形式一 般可分为干法 半干法和湿法三大类 烟气脱硫技术是较为成熟的技术 脱硫效率高 可靠性好 但存在工艺复杂 占地面积大 投资大 运行费用高等缺点 以电站为例 烟气脱硫投资一般占机 组投资的1 0 一3 0 事实上 这样高的成本 不仅对发展中国家是个难题 对发 达国家也是一个难以承受的负担 据统计欧共体国家要减少5 5 6 5 的s 0 2 排放 从1 9 8 0 年至2 0 0 0 年每年费用约4 6 6 7 亿美元 1 9 8 2 年价格计算 在美国 东部 除掉5 0 的 0 2 污染 成本约为5 0 亿美元 年 所以烟气脱硫技术尚有 待于完善 目前主要表现在如何寻找一种低成本 高效率的s 0 2 控制手段 浙江大学硕 j 学位论文 4 燃煤s 0 2 污染控制技术的综合评价 燃煤s 0 2 污染控制技术的综合评价是依据技术成熟度 技术性能 环境特性 和经济性四个指标进行 详见表11 表1 2 表1 1 燃烧前和燃烧中控制技术的综合评价 o 技术技术指标成熟度经济性 环境特性节能率投资成本 选煤中等一 1 5 商业化动力煤 4 5 元n 年4 5 元a 不好炼焦煤 6 5 元 年7 8 元 水煤浆好2 t 可带1 t 燃料油商业化示范1 5 2 元 年1 6 2 元a 煤气化好一很好城市煤气 2 0 德士古商业化引进1 5 0 0 元m 3 1 d 08 5 元 m 3 鲁奇商业化引进1 0 0 0 元m 3 d o6 5 元 m 3 甲烷化技术已示范1 3 0 0 元m 3 d 09 0 元 m 3 煤液化很好实验室4 0 0 美元 年1 3 5 美元 t 先进燃中等一好商业化改装费占过锅炉出厂 烧器价的03 6 流化床很好比煤粉炉节煤商业性示范2 2 0 t h 与煤粉炉相当 燃烧1 0 型煤中等一 1 5 蜂窝煤 商业化蜂窝煤 5 0 元 年1 2 7 元a 不好 工业型煤 示范工业型煤 7 0 元 t 年1 4 0 元 t i g c c很好 比煤粉炉节煤将进行商业示范1 5 2 0 美元爪w 表1 2 烟气脱硫技术的综合评价 o 技术性能指标石灰石石膏法简易湿法 磷铵复肥法喷雾干燥法喷钙增湿法海水脱硫 工艺流程主流程简单 制较简单 脱硫简单 制较简单简单较简单 浆部分复杂肥较复杂 技术指标脱硫率 9 5 脱硫率脱硫率9 5 脱硫率 脱硫率7 0 脱硫率 c a s 117 0 8 0 c a l s c a s 29 0 c a s 11 15 推广应有前景高 中硫煤高 中硫煤高硫煤 附近 高 中 低中 低硫煤中 低硫煤 有磷矿资源硫煤 沿海地区 f g d 电耗比例1 5 一2 1 1 一1 5 1 o 5 1 一 15 烟气 耳热需需需爿i 需 刁i 需需 占地情况多少多 少极少较大 技术成熟度商业化示范中试中试 示范正在引进 环境特性很好好很好 好好好 f g d 占电厂投1 3 一1 9 8 一1 1 2 一 7 8 一1 2 6 一8 7 一8 资比例 脱硫成本7 5 0 1 5 5 07 3 0 1 4 0 0 2 0 0 07 2 0 7 9 0 1 2 9 06 0 0 1 4 8 01 2 3 01 1 0 0 对各种控制技术的综合评价表明 现阶段我国电站锅炉脱硫的可用技术应 浙江大学硕士学位论义 优先考虑动力煤洗选技术和简易湿法 海水脱硫 吸收剂喷射和旋转喷雾干燥法 等烟气脱硫技术 工业锅炉和窑炉脱硫应优先考虑型煤固硫技术 湿法脱硫除尘 一体化技术和循环流化床燃烧技术 1 2 洗煤泥燃烧利用的现状与前景 洗煤泥是煤炭洗选过程中的废弃物 含有相当数量的细煤粉 粒度几乎全部 小于0 0 5 m m 且有较强的持水性 灰分也相当高 干基灰分3 0 7 0 由 于其水分高 粘度大 不宜运输 而且在堆积状态下形态极不稳定 遇水即流失 风干即飞扬的特性 造成的危害比同是洗选废弃物的煤矸石要大的多 随着流化 床燃烧技术的不断发展和成熟 国内外针对洗煤泥的特性先后开发了各式各样的 洗煤泥混烧 全烧流化床燃烧技术 并不同程度地在工业应用中取得成功 为洗 煤泥的利用开辟了有效途径 1 2 1国外流化床燃用洗煤泥技术的研究与应用 近些年来 国外对流化床燃用洗煤泥技术经行了一些研究 其燃烧试验情况 如表1 3 所示 表1 3 国外流化床燃洗煤泥试验简况 性 燃料性质燃烧 项目炉型特点灰份高位发热量处理量 效率 质名称水分 m j k g g 2 1 1 7 7 英国煤炭研究小 i 5 m 流化床煤泥 5 0 0 06 5 0 01 04 56 8 00 0 所 c r e 试8 9 一 澳大利亚c 格不2l m 1 2 m 流化床 煤泥 煤泥6 4 0 01 5 3 08 0 0 0 08 2 兰利茨选煤厂范煤矸石混烧冼矸石8 0 07 2 32 0 00 09 4 美国巴比库克小03 m x 03 m 流化床 煤泥 煤泥6 9 4 0 1 51 04 6 6 7 4 6 09 43 0 和韦尔科克斯试原煤混烧原煤4 1 0 08 7 31 9 6 8 美国加利福尼循环流化床锅炉 1 03 m p a 工3 0 亚i a n p a h 5 3 8 c 装机容量1 5 m w 煤泥2 0 0 01 38 9 业4 5 i o g e n 发电厂2 0 个煤泥喷嘴 独联体可燃矿小炉面积0 0 1 9 5 m 2 流化床 用煤泥6 20 02 50 08 9 物研究所试低浓度矿井瓦斯助燃瓦斯22 0 2 m 2 h9 l5 日本往友煤炭小1 0 t h 流化床锅炉 07 m p a 矿业试1 6 4 煤泥2 70 05 4 0 01 24 55 0 0k g h 日本l 子造纸工 4 2 5 t h a 流化床锅炉煤泥2 30 0 1 25 4 63 7 m p a 4 8 0 2 煤泥 优质煤 5 4 0 0 公司业2 38 4 优质煤 木屑混烧木屑 3 0 0 0 小07 m x 07 m 流化床 美国2 6 4 2 64 德国煤泥49 1 06 7 试c a s f l k 原煤3 352 8 9 浙江人学硕士学位论义 从国外燃烧煤泥的试验情况来看 要达到稳定 高效燃烧洗煤泥是十分不容 易的 主要原因是煤泥在流化床中燃烧时易形成结团 这种聚团作用使流化床内 物料的粒度不断增大 并极易沉积 从而破坏整个床内稳定的液化状态 致使很 难以良好的状况连续运行 这样就很难控制燃烧洗煤泥流化床的燃烧强度和进行 负荷调节 进入9 0 年代 随着循环流化床燃烧技术的不断发展 成熟 国外 在大中型循环流化床燃用洗煤泥方面取得突破性进展 其典型代表就是法国1 2 5 万千瓦艾米路希循环流化床锅炉的成功应用 l 法国1 2 5 万千瓦艾米路希循环流化床锅炉 该锅炉于1 9 9 0 年秋季投入运行 锅炉炉型为鲁奇型 图1 2 它可以以任 何比例烧煤泥浆和干煤泥粉 图1 21 2 5 万千瓦艾米路希烧煤泥浆循环床锅炉 1 燃饶室 2 分离器 3 属部烟道4 底渣冷却器 5 夕h 部流化床热交换器 洗煤泥浆成份 低位发热量为2 5 0 0 k c a l k g 水份3 3 灰份4 5 干基 硫份0 9 2 洗煤泥干粉 低位发热量为4 8 5 0 k c a l k g 水分8 灰份7 8 f 于基 洗煤泥粒子尺寸为0 3 m m 小于0 4 5 m m 的粒子占5 0 锅炉设计参数 蒸发量为3 6 7 t h 蒸汽温度为5 4 5 蒸汽压力为1 3 4 m p a 再热蒸汽温度为5 4 5 给水温度为2 4 2 锅炉燃烧室截面积为8 6 m 1 1 m 9 4 6 m 2 燃烧室下部向上逐渐扩张 以 便分级送人二次风 有两个高温旋风子分离器 两个外部流化床热交换器和相应 的送灰器 一个外部流化床热交换器内装有过热器 另一个外部流化床热交换器 内装有再热器 浙江人学坝l 学位论文 洗煤泥浆由6 个沿炉膛布置的空气雾化枪从布风板上方喷人燃烧室 每根枪 由一个变速泥浆泵供料 干洗煤泥粉从旋风分离器的回料腿上重力送人 仅两个 给料点 锅炉的温度控制和负荷变化性能很令人满意 锅炉达到或超过了设计值 如 烧洗煤泥浆时 未完全燃烧损失小于2 即锅炉燃烧效率达到了9 8 非常低 的污染物排放 n o 1 0 0 m g n m 3 1 1 6 m s m g n m 3 s 0 2 1 5 0 m g n m 3 c a s i 8 1 脱硫效率达9 5 锅炉有1 0 的持续超负荷能力 该燃烧技术特点 鲁奇型循环流化床燃烧技术 无埋管受热面 煤泥浆和干煤泥粉可混烧 也可单烧 1 2 2 国内洗煤泥流化床燃烧技术发展概况 洗煤泥为煤炭洗选加工过程中排放的废弃物 固体颗粒很细 通常小于0 5 毫米 其物理特性为 水分高 粘度大 不易运输 而且在堆积状态下形态极不 稳定 遇水即流失 风干即飞扬 用燃烧法处理利用洗煤泥 可实现大批量连续 处理 但由于洗煤泥水份和灰份较高 发热量低 且物理性状特殊 采用传统技术 燃烧难以获得满意的效果 为达到稳定高效地燃用洗煤泥 必须发展与之相适应 的专门技术 国家在 六五 期间下达了 洗煤泥流化床燃烧技术 的国家攻关 项目 由浙江大学牵头 永荣矿务局和煤科总院北京煤化所参加联合攻关 在永 荣矿务局电厂一台1 0 t h 成功地完成了全烧洗煤泥发电的工业性试验 为洗煤泥 的处理和利用开辟了一条值得推广的新途径 在此基础上 又相继完成了国家 七 五 攻关项目 3 5 t h 洗煤泥流化床锅炉 煤炭部 9 1 3 8 2 科研项目 混烧 洗煤泥 煤矸石发电的3 5 t h 循环流化床锅炉 从而使我国洗煤泥流化床燃烧技 术走向成熟 并得到广泛应用 另外 抚顺矿务局在开展了洗精煤低灰水煤浆研 究的基础上 将灰分为2 5 一3 0 水分为3 5 4 0 的煤泥 气煤 喷人1 0 t h 流化床锅炉燃烧 试验取得了一定的效果 以后相继在淮南 徐州 邢台 永荣 开滦 平朔等矿区开展了燃烧煤泥的试验研究工作 并都取得一定的成就 现将 几种不同类型的煤泥燃烧方式作简单介绍 l 2 巧 1 兴隆庄电厂3 5 t h 洗煤泥流化床锅炉燃烧技术 该工程是 七五 期间由浙江大学 兖州矿务局 杭州锅炉厂 煤科总院煤 化所和中国矿业大学共同完成的 作为我国甚至世界上第一台全烧洗煤泥的流化 床锅炉 该项技术和设备于1 9 9 1 年底通过了技术鉴定 多年来运行情况良好 锅炉热效率达8 3 5 燃烧效率9 6 除完全解决了煤泥排放对环境的污染 外 还创造了较好的经济效益 该项技术的研制成功 为我国煤泥综合利用探索 出了一条很好的技术途径 该锅炉的示意图1 3 浙江大学 i 1 11 学位论文 图1 3 兴隆庄电厂3 5 t h 沈煤泥流化床锅炉 锅炉设计参数 蒸发量为3 5 t h 过热蒸汽压力为3 9 k g e m 2 温度为4 5 给水温度为1 5 0 排烟温度为1 6 7 c 兴隆庄煤矿煤泥电厂的原料采用选煤厂浮选原煤 压滤机的滤饼 煤泥中灰 含量为2 9 4 9 含水量2 5 挥发份4 3 3 4 发热量1 2 3 5 m j k g 3 5 t h 洗煤泥流化床锅炉的特点如下 1 采用大粒度高位给料 使洗煤泥凝聚结团特性得以利用 以减少燃料的 损失 提商 燃烧效率 2 采用异重流化床技术 防止聚团大颗粒沉积 保证稳定运行 3 采用不排渣运行方式 减少重度床料的损失 避免燃料排渣损失 进一 步提高了燃烧效率 2 东滩电厂7 5 柏洗煤泥流化床锅炉 在3 5 t h 全烧洗煤泥流化床锅炉的基础上 浙江大学与无锡锅厂合作开发了 7 5 t h 洗煤泥循环流化床锅炉见图1 4 浙江大学硕士学位论文 图1 4 东滩电厂7 5 t h 洗煤泥循环流化床锅炉 该锅炉为典型中蒸汽参数循环流化床锅炉 日处理洗煤泥4 0 8 吨 洗煤泥水 分为2 5 灰分为2 8 3 发热值为1 3 8 6 3 k j k g 该锅炉特点 采用下排气旋风分离器的循环床锅炉 燃烧室出口处装置u 型撞击式分离器 大尺寸煤泥炉顶给料 3 混烧洗煤泥 煤矸石的3 5 讹循环流化床锅炉 四j l 永荣矿务局和浙江大学于 六五 期间在电厂一台1 0 t h 的流化床锅 炉上成功地完成了全烧煤泥发电的工业试验 稳定地燃用水分为2 5 一3 0 灰分为5 0 一5 5 的水荣选煤厂煤泥 锅炉燃烧效率平均达到9 5 4 5 在 八 五 期间 又在一台2 0 t h 循环流化床煤矸石锅炉上成功地进行了煤泥煤矸石 的混烧工业试验 混烧煤泥量在3 0 一7 0 其锅炉的热效率在8 0 以上 取 得了很好的经济和社会效益 接着永荣矿务局和浙江大学进一步合作 开展了混 浙江大学硕士学位论文 烧洗煤泥 煤矸石发电的3 5 t h 循环流化床发电技术的研究工作 该技术于l9 9 7 年通过了技术鉴定 新设计的混烧洗煤泥 矸石3 5 t h 循环流化床锅炉的特点是 采用异重流 化床煤泥 煤矸石较低循环倍率 2 5 的燃烧技术 适用于煤泥 煤矸石燃烧的 特殊炉膛和分离器的结构 采用了严密的防磨措施和床下热烟气点火方式 特别 是利用了挤压泵技术 实现了洗煤泥的泵送 给料 通过工业试验表明 该系统不仅能全烧煤矸石 而且能混烧重量占3 0 一 9 2 的煤泥 当煤矸石热值在5 7 2 一1 3 3 6 m j k g 洗煤泥热值在4 2 8 1 0 9 9 m j 埏时都能保持稳定的燃烧 该锅炉的热效率达8 5 3 5 燃烧效率达9 5 1 2 4 东庞矿电厂洗煤泥浓缩制浆燃烧技术 煤科总院煤化所和邢台矿务局合作 开展了东庞矿选煤厂耙式浓缩机底流不 经压滤机直接浓缩后 制成煤泥浆送往流化床发电锅炉中与矸石混烧的研究工 作 并取得成功 他们采取的技术路线是劣质煤与洗煤泥浆混烧 煤泥浆水分为 5 0 左右的低位发热量为9 4 6 m j k g 1 0 t h 和3 5 t h 烧洗煤泥流化床锅炉的 共同特点是 燃烧室下部为一个烧劣质煤的流化床 1 0 t h 流化床锅炉烧的煤泥 浆经距布风板上3 米高的三个喷嘴注人燃烧室与煤混烧 3 5 t h 流化床锅炉烧的 煤泥浆经锅炉前墙两角的油点火燃烧器改成的煤泥浆燃烧器喷人燃烧室内与煤 混烧 l 该锅炉特点 带埋管流化床燃烧锅炉 煤泥浆与劣质煤混烧 从国内外近2 0 年的洗煤泥燃烧技术的发展历程来看 利用流化床燃烧技术 燃用洗煤泥无论在技术上 还是实际应用效果 都表明是有效的 先进的和成熟 的技术 在国内以浙江大学为代表的洗煤泥流化床燃烧技术 已在国内2 0 余座 中小型电厂中得到成功应用 为了进 步提高洗煤泥燃烧效率 向大型化发展 国内一些厂家已在引进和消化吸收国际上的先进洗煤泥燃烧技术和大型循环流 化床锅炉制造 设计技术 比较典型的如 哈尔滨锅炉厂引进德国e v t 技术生 产的2 2 0 t h 洗煤泥 煤矸石混烧循环流化床锅炉 在南屯电厂三期工程中即将建 成投产 济宁三号井电厂的2 1 3 5 m w 4 4 0 t h 洗煤泥 煤矸石混烧循环流化床 锅炉也在建设中 1 2 3 我国洗煤泥燃烧利用的市场前景 我国实行改革开放以来 选煤业发展很快 1 9 8 0 年选煤厂只有1 1 0 处 设 计原煤人选能力为1 6 m t a 到1 9 9 7 年已有设计人选能力3 万 a 以上的选煤厂 1 5 1 7 座 设计原煤人选能力为4 8 3 1 5 m t a 其中国有重点选煤厂2 2 3 处 设计能 浙江大学硕士学位论文 力为3 3 5 3 9 m t a 它包括炼焦煤选煤厂1 3 9 处 设计能力1 8 6 4 8 m t a 动力煤 选煤厂8 4 处 设计能力1 4 8 9 1 m t a 国有重点选煤厂能力的构成见表1 4 国有 重点选煤厂的平均设计能力为1 5 m t a 其中炼焦煤选煤厂的平均设计能力 1 3 4 m t a 动力煤选煤厂的平均设计能力为1 7 7 m t a 全国最大的炼焦煤选煤厂 为开滦的范各庄和钱家营选煤厂及充州的鲍店选煤厂 设计能力都是4 m t a 最 大的动力煤选煤厂为平朔安太堡选煤厂 设计能力为1 9 m t a 地方煤矿和乡镇 煤矿选煤厂大多数是炼焦煤选煤厂 1 9 2 1 j 表1 41 9 9 7 年国有重点选煤厂能力构成 合计炼焦煤动力煤 能力厂数能力厂数能力厂数能力 万t a 1m 万t a m 万t a m 万t a 1 6 04 61 5 8 42 71 0 3 31 95 5 1 6 0 1 2 07 05 4 7 54 33 3 8 52 72 0 9 0 1 2 0 1 8 04 05 2 2 52 83 6 5 01 21 57 5 1 8 0 3 0 03 57 4 0 02 85 9 3 071 47 0 3 0 03 21 3 8 5 51 3 91 8 5 4 88 41 4 8 9 1 合计2 2 33 3 5 3 91 3 91 8 5 4 88 41 4 8 9 1 根据1 9 9 7 年的统计 国有重点洗煤厂2 2 3 处 大于6 0 万t a 设计能力 3 3 5 3 9 m t a 3 0 0 万讹以上大型洗煤厂3 2 处 全国年生产洗煤泥达2 0 0 0 多万吨 原煤入洗量2 5 7 而大多数产煤国家的原煤入洗率达8 0 一1 0 0 根据我国 十五 规划 在 十五 期间 煤炭仍将维持以需定产的局面 预计煤炭生产 在保证国内需求和有限增加出口的情况下 2 0 0 5 年达产1 5 5 1 6 亿吨 即比2 0 0 0 年增产2 5 3 亿吨 但要实现这样的生产目标 必须以提高煤炭的商品化率 即 大大提高煤炭的入洗率 减少灰份和硫份来促进煤炭的销售 就我国国情来说 选煤技术在我国洁净煤技术体系中是最成熟 最可靠 最经济和最有效的技术 是洁净煤技术的基础和前提 是洁净煤技术的关键和重点 根据我国国情和煤炭 生产 运输 使用的特点 洗选加工的发展战略 应走洁净煤生产这条路子 从 当前来讲 要提高和稳定煤炭质量 增加适销对路产品 从长远来讲 就要优化 产品结构 不断提高煤炭质量 生产洁净煤炭 在尽力减少燃煤对大气污染的同 时满足市场需要 因此 应建立如下发展战略 随着我国环保要求的不断提高 2 l 世纪提高能源的转换和利用效率 节约能源将是我国一项长期的重要的能源 发展战略 煤炭入洗率也必将逐年大幅度提高 特别是大型煤矿和洗煤厂的建设 浙江人学坝上学位论史 会有长足的发展 那么对于洗煤过程中生产的废弃物洗煤泥和煤矸石等也应作为 一种资源进行高效利用 国内外大量的实践证明 利用循环流化床燃烧技术是处 理这些废弃物最有效的途径 因此随着大型洗煤厂的建设和洗煤泥泵送技术的发 展 建设大型洗煤泥 煤矸石循环流化床锅炉电厂将具有广阔的发展前景 1 3 本文研究背景 1 3 1 洗煤泥燃烧脱硫的必要性 从上一节的综述中可以得出 就我国大力发展的洁净煤技术来说 采用煤炭 的洗选加工 不断提高煤炭的洗选比例是我国目前解决环境问题最直接和最有效 的方式 煤炭的洗选不仅仅意味着减少矿物质或含灰量以大大增加洁净煤的热 值 同时它还有更深层次的优势 如 原煤的含灰量很高 热值很低 要经过长 途运输到达最终消费者 那就意味着要发费昂贵的运输费用来运输灰 与高质量 洗过的煤相比 到达发电厂的原煤要进行装卸和破碎 其成本比前者要高出1 0 并且影响到锅炉燃烧效率的提高 粉尘排放也将大大增加 燃烧过程之后产 生的灰要进行处理和存放 一方面需要大量土地来进行灰尘沉积 另一方面浪费 大量的水或电能等 更重要的是通过煤炭洗选减小其体积 从而使硫化铁粒子暴 露或者释放