水煤漿工業鍋爐優勢分析及系統優化設計實現

劍曉

摘 要：本文通過分析我國的能源現狀，并在此基礎上，分析水煤漿燃料的優點和特點，在分析水煤漿燃料機理的基礎上，分析燃燒裝置、鍋爐本身和尾部煙塵的處理功能各異，并對鍋爐的控制進行了優化分析，分析水煤漿燃燒的穩定性和尾部煙氣的處理問題。

關鍵詞：水煤漿；工業鍋爐；系統；優化設計

能源問題與環境問題是我國的重點問題，我國是人口大國，能源總量相對不足，而且燃料的質量不高，燃料呈現區域分布不均勻的問題。我國的煤炭儲存量還是比較多的，已經探明的煤炭儲量能夠達到2000億噸，人均每年要消耗150噸煤炭。我國還有很多潛在的煤炭資源能夠供后人探明和使用。我國的石油勘探專家也對相關的數據做了統計，認為我國的石油可開采的總量為114億噸。我國的石油的進口依賴程度還是比較嚴重的，在進口石油的過程中會消耗我國大量的資金，而且會對我國的能源安全帶來不利的影響，所以，我國應該充分發揮能源的優勢，使煤炭資源的優勢得以發揮，從而能夠生產出清潔的能源。

1 水煤漿的特征

按照煤與不同流體的混合程度來分析，煤漿的類型是不同的。主要可以分為油煤漿、油水煤漿、水煤漿和煤-甲醇煤漿。其中，油煤漿是由50%的煤粉和50%的油混合而成的，油水煤漿是由煤粉、油和10%以上的水構成的。水煤漿是60%的煤粉和40%的水構成的。煤-甲醇煤漿是由50%的煤粉和50%的甲醇古城的。

按照對煤的灰進行分析的基礎上，煤漿又可以分為超低灰煤漿、低灰煤漿等。高灰煤漿是一種最常見的煤漿，是由煤泥和水構成的，在工業鍋爐中被廣泛地使用。石油焦漿是石油焦和油混合形成的。

水煤漿是一種新型的流體燃料，其70%是由水構成的，其特點主要有以下幾點：

其外觀呈現出重油的特征，其能夠通過管道泵進行輸送和裝卸，也可以運用閥門進行流量的控制，而且也能夠運用壓力表對其壓力進行分析。鍋爐的燃料系統與燃油機組的運行機理十分的相似；其在燃燒時與重油具有相同的特征，都可以進行霧化后的燃燒，而且能夠實現對空氣的壓縮，而且其燃燒具有穩定性特帶你，能夠使煤粉的燃燒特性得以保留。但是啟動的時間過長，在負荷發生變動時，其適應能力也是比較好的，其能夠實現完全的燃燒；水煤漿中含有30%的水，而且，即使是在封閉的環境中進行輸送，也不會出現爆炸的事故，在運輸和儲存的過程中不用采取任何的防范措施；在媒體儲存的過程中不會出現物料損失的問題，而且在鍋爐燃燒的過程中不會產生大量的粉塵，也鍋爐燃燒時也不會產生很大的噪音；與燃煤機組相比，鍋爐的除塵設備的容量是比較小的，其灰場的容量僅僅為燃煤機組的四分之一?；覉鰮P塵不會對大氣造成嚴重的污染。

2 水煤漿的環保優勢

水煤漿在使用之前都是經過凈化和浮選的，所以，能夠將水煤漿中的灰塵清除，將水煤漿中的黃鐵礦清除，所以，水煤漿在燃燒時不會產生灰塵和硫化氣體，在燃燒時煙塵和硫化物的排放量是比較低的。在實際的應用中，可以發現，在水煤漿燃燒的過程中，其排出的煙塵中的二氧化氮氣體也不多，所以，水煤漿是一種清潔環保的燃料。水煤漿的中水在燃燒中是不能提供熱量的，在燃燒時由于水汽的蒸發還會造成熱量的流失，但是，水能夠使煤炭的活性提高，從而使煤炭由原先的固體燃料轉化成液體燃料。水煤漿在正常的溫度下其粘度為1000mpa，能夠在管道泵中輸送，也能夠像原油一樣霧化和燃燒，也能夠通過長時間的運輸，所以水煤漿從生產到燃燒，整個過程都是在封閉的環境中進行的，所以其使用起來是比較潔凈的。

2.1 水煤漿鍋爐的煙塵排放計算和比較

水煤漿在燃燒會產生的煙塵主要有兩個原因，一是煤在燃燒時產生大量的粉灰，二是煤中含有的碳元素沒有完全燃燒。

對1千克的水煤漿的煙塵排放量進行計算，煙塵排放量H=灰分的份額*1000000+1000000*煤粉的濃度*炭的份額*（1-燃盡率）*飛灰的份額=74004mg。

在對上述的飛灰的份額進行分析的基礎上，運用臺式的水墨脫硫裝置，能夠提高除塵的效果，其除塵率能夠達到90%。在上面的計算結果中，灰分和水煤漿的濃度都是達到了最大的限值，所以，其計算的結果數值是偏高的。盡管如此，在對煙塵的排放濃度進行計算時，其標準還是高于國家的水平。

運用靜電或者布袋的除塵器，其除塵的效果非常好，可以使鍋爐燃燒時的排放達到國家一級的標準。這可以充分地表明，水煤漿的煙塵排放在經過處理后是可以達到要求的。

2.2 水煤漿鍋爐的硫化物排放的計算和對比

在對水煤漿和重油燃燒的過程中，燃燒中的硫化物能夠達到95%，一般是以硫酸離子的形式呈現，在這個過程中，假設燃料燃燒后產生的硫化物都是硫酸離子。

我國對于重油的排放濃度的規定時在900mg，通過對表1的數據分析，看出我國的鍋爐燃燒排放量還是能夠達到國家的相關標準的，但是在重油燃燒的過程中，重油燃燒產生的硫化物的量已經嚴重超標。

水煤漿是一種流體的燃料，其在使用的過程中可以起到脫硫劑的效果，在使用時結合碳酸鈣和氧化鈣一起使用，其脫硫的效果非常好，幾乎四分之三的硫化物可以被清除，其排放的濃度為150mg，比國家的標準要低很多。而且水煤漿在燃燒中脫硫的工藝不復雜，而且也不用使用過于復雜的設備，不會產生大量的污染。

表1 水煤漿鍋爐和重油鍋爐燃燒時硫化物排放的濃度對比（每千克燃料燃燒）

燃料 硫分 硫化物量/mg 硫酸離子量/mg 熱值MJ 煙氣量/Nm 硫酸離子濃度/mg

水煤漿 0.407 4070 8130 19.32 11.343 733

低硫重油 0.99 9980 19990 40 13.5 1486

普通重油 2.4 24000 50000 40 13.5 3745

2.3 水煤漿鍋爐燃燒的氮化物的計算和對比

鍋爐在燃燒的過程中產生氮化物的原因是多方面的，其主要分為兩大類，第一類是熱力型的氮化物，還有一類是燃料型的氮化物。這兩種氮化物都會隨著鍋爐溫度的升高而升高，所以，氮化物生成過程中溫度是一個比較重要的因素。在水煤漿鍋爐燃燒過程中，因為燃料中水分的含量是比較多的，所以，鍋爐燃燒時會有大量的水汽蒸發，這樣就會導致很多熱量的蒸發，水煤漿鍋爐的溫度比重油鍋爐的溫度低很多，所以，水煤漿鍋爐中產生的氮化物也比重油鍋爐燃燒產生的氮化物少。在國家對鍋爐燃燒氮化物排放的指標為400mg，但是很多鍋爐的燃燒是達不到這個要求的。

3 水煤漿燃燒的原理和相關的問題分析

水煤漿是由60%的煤粉和30%的水構成的，所以，其燃燒的原理與煤粉燃燒的原理是十分相似的，在燃燒中，所以的燃燒過程幾乎都是在爐膛中完成的，水煤漿通過霧化直接噴入到爐膛中，在高溫條件下，在爐膛內產生對流和輻射的作用，其加熱的速度是非?？斓模宜衷谡舭l時容易產生焦炭。水煤漿在燃燒的過程中與煤粉燃燒的區別在于水煤漿在燃燒之前是不用經過干燥處理的，其可以直接通過霧化的方式進入到爐體內燃燒，這樣就會提高水煤漿著火的時間。水煤漿中的水分在爐內著火之前是必須完全蒸發的，但是在水分蒸發的過程中會消耗大量的熱量，使水煤漿鍋爐著火的時間比較慢，所以，在對水煤漿燃燒的原理進行分析的基礎上，對煤的特性、煤顆粒的大小等因素進行分析的基礎上，分析水煤漿的濃度，使水煤漿能夠完全、穩定的燃燒。

水煤漿鍋爐使用的過程中，著火時間過慢是個問題，水煤漿是由煤粉、水和少量的添加劑構成的，所以，在著火中水汽的蒸發會導致鍋爐達不到著火點。所以，對不同的水煤漿的著火熱進行分析，如表2所示。

表2水煤漿蒸發熱和著火熱及煤粉著火熱的比值分析

水分（%） 水分蒸發占總著火熱的比例 水煤漿與煤粉著火火熱的比值

0 0 1.0

20 0.35 1.45

30 0.48 1.67

40 0.59 1.88

按照對水煤漿燃燒原理的分析，水分的蒸發會使水煤漿燃盡總時間延長8%。所以，水煤漿的濃度越高，其所占的百分比會越低。所以，水煤漿不能僅僅通過燃燒實現著火點，所以必須要運用輔助性的燃料幫助其燃燒。水分會降低燃燒的速率，原因在于水分的蒸發會帶走很多的熱量，水煤漿的水分越多，那么水煤漿鍋爐燃燒的速度就越慢。如果水分過高，就會導致水煤漿燃燒的穩定性下降。

3.1 水煤漿穩定燃燒和燃盡的問題

水煤漿在燃燒的過程中其本質是實現的懸浮燃燒，其燃燒幾乎都是在爐膛內進行的，因此，應該分析水煤漿的顆粒在進行懸浮燃燒時要用的時間，在對此進行分析時，應該控制好爐膛的容積，在對水煤漿爐膛進行設計時，應該分析其熱負荷，確保水煤漿能夠穩定的著火。

3.2 水煤漿燃燒爐膛結渣問題的分析

在對穩燃室設計后，能夠提高水煤漿燃燒的速度，也能夠提高水煤漿燃燒的穩定性，但是，在水煤漿燃燒的過程中，會在爐膛內存有大量的殘渣，特別是在燃料的熔點比較低的問題下，如果鍋爐的耐火磚上發生了結渣問題，是很難清除這些結渣的，而且結渣會越來越多，嚴重了會導致水冷壁管被埋在結渣中，導致爐膛的冷卻功能失效。這些結渣會導致鍋爐內的煙氣不能及時地排出，而且這些煙氣中也含有結渣的成分，會導致結渣的進一步增多，在鍋爐運用中，會導致鍋爐的負荷下降。

4 水煤漿工業鍋爐的制作和系統的完善

我國的能源消耗是以煤炭為主的，因為我國的煤炭資源相對來說是比較充足的，這個現狀是不能改變的。按照中國電器工業部門對工業鍋爐使用情況的統計，對燃煤和然氣的鍋爐進行對比，燃煤的鍋爐是占絕大多數的。按照我國的鍋爐發展模式，對其今后的發展模式進行預測，燃煤鍋爐的比例是在減少的，到2020年，我國燃煤的鍋爐只占60%，到了2050年我國燃煤的鍋爐只占50%、所以，作為國內鍋爐生產的廠家都是根據能源的使用情況來研制鍋爐的，對鍋爐的燃燒裝置、鍋爐的本體進行了研究。鍋爐系統的差別除了有燃煤和然氣的差別，還有水處理系統的差別，排煙系統的差別等。

4.1 水煤漿工業鍋爐爐前供漿系統的優化設計

在對爐前供漿系統進行設計時，一般要對漿罐、在線過濾系統設計，防止水煤漿中的顆粒不能完全燃燒，在漿罐中留下大量的結塊，導致管路發生阻塞的問題。在進行爐前設計時，應該盡量將問題簡化，減少管路的使用，確保管路在使用時是通暢的。所以，要對爐前供漿系統進行模塊化的設計，分別對漿罐、過濾器、管路、閥門等進行設計，使這些裝置能夠在一個平臺上操作，從而能夠使安裝和管理更加得便捷。在對回路進行設計時，要確?；芈返难h，對工作臺上的裝置進行進行集中的優化處理。

4.2 水煤漿工業鍋爐燃燒系統的優化設計

在對水煤漿鍋爐燃燒的原理進行分析后，分析水煤漿燃燒效率的因素，其燃燒效率是受到很多因素的制約的，現在，還沒有設計好合適的燃燒器的規格，所以，燃燒器與水煤漿鍋爐不能匹配，水煤漿鍋爐的燃燒裝置在設計過程中比較簡單，在鍋爐燃燒時只能燒水或者燒油，而且從點火到鍋爐的燃燒都是采用人工的方式，這種方式的效率比較低下。而且水煤漿鍋爐的燃燒裝置還沒有設計保護措施，噴嘴很容易產生磨損，而且其壽命非常得短。

5 結語

在鍋爐燃燒過程中，采用水煤漿作為燃料，其是一種清潔型的能源，能夠減少硫化物和氮化物的排放，但是，在水煤漿鍋爐燃燒時會產生燃燒不充分，熱量的損失以及燃燒速度慢的問題，所以，應該改進鍋爐的裝置，采用輔助的燃料，提高水煤漿鍋爐的燃燒效率。

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