水煤浆锅炉的能效分析

水煤浆锅炉的能效分析AnalysisofEnergyEfficiencyofCWS-firedBoiler集美大学俞建洪广州天鹿锅炉厂席代国2010.0前言水煤浆在锅炉和工业炉窑应用现状燃料低位发热量是计算锅炉热效率依据，因此必须单独计算燃料水份对锅炉能效的影响。水煤浆锅炉的能效包括磨煤电耗、燃料中水份带走的热损失、锅炉运行热效率和锅炉运行电耗等4个部分。水煤浆炉与链条炉和煤粉炉进行能效比较的前提1）同一种燃料。即指燃烧某种水煤浆的锅炉与燃烧该水煤浆原料煤的链条炉及煤粉炉进行比较。如表1采用大同原煤及以该原煤研磨的大同水煤浆。表1大同原煤及以该原煤研磨的大同水煤浆部分煤质分析燃料水份Mar/%低位发热量-1net.arQ/Mjkg挥发份dafV/%灰份arA/%大同原煤9.825.5629.611.37大同水煤浆3518.0329.85.12资料来自国家水煤浆中心，见文献［3］.2）电耗对能效影响的计算方法：磨煤电耗和运行电耗均分别折算到磨制1kg水煤浆的电耗和输送1kg水煤浆进炉膛燃烧的电耗。这些电耗对应的热量占水煤浆低位发热量对百分比即是对能效影响值。1水煤浆炉与链条炉的能效比较1.1燃料水份对水煤浆炉与链条炉能效的影响燃料中水份在炉膛被加热至沸点，接着就汽化并把汽化后的水蒸气过热到锅炉排烟温度后排出炉外，这3个过程带走的总热量按文献[1]进行计算（这里略去燃料中氢气燃烧后生成水蒸气的影响），计算结果列入表2。表2水份带走热量占该燃料低位发热量net.arQ的百分比炉型所用燃料燃料所含水份Mar/%1kg燃料中水份带走的热量-1Q/kjkg燃料低位发热量-1net.arQ/Mjkgnet.arQQ/%链条炉大同原煤9.8Q=2500*9.8%=24525.560.959水煤浆炉大同水煤浆35Q=2500*35%=87518.034.853结论：由于水分影响，燃烧大同水煤浆的锅炉比燃烧大同原煤的链条炉在能效上要低3.894%。1.2磨煤电耗对两种锅炉能效的影响表3国内外几家水煤浆厂生产1吨浆的电耗（65%浓度）厂名兖日八一日本大同一大同二吨浆电耗/kWh/t6335405046取平均值42.75kWh/t来计算（见表4）。表4磨煤电耗折算的热量Q1及其占net.arQ的百分比炉型磨煤电耗kWh/t折算成1kg浆所需的供电标煤耗G1g/kg标煤耗换算成对应的热量Q1kj/kgnet.arQ1Q%水煤浆42.75G1=42.75/1000*374=15.99Q1=15.99/1000*7000*4.184=468.32.60链条炉0000结论：由于磨煤电耗，水煤浆炉能效比链条炉要低2.60%。1.3水煤浆炉和链条炉运行电耗比较1.3.1水煤浆炉新增用电设备表5容量6t/h水煤浆炉新增用电设备及所配置电机功率新增设备名称螺杆式空压机供浆螺杆泵输浆螺杆泵带搅拌日用浆罐输油齿轮泵在线过滤器电功率/kW2237.52.21.50.75新增设备总电功率为36.95kW，这还没有计入引风机因改用多管加布袋两级除尘而增加的电功率。1.3.2水煤浆锅炉运行中产生的飞灰量对引风机电耗和环境的影响尽管水煤浆中含灰量很低，但燃料中大约90%灰分经锅炉尾部排到炉外。按表1提供的大同煤和大同浆的含灰量可估算出飞灰量，其结果列在表6中。由于在链条炉中，燃料中仅约10%灰分经锅炉尾部排到炉外。因此，水煤浆炉原始烟尘排放浓度大大超过链条炉。表6以大同煤和大同浆的含灰量计算的飞灰量炉型燃料燃料含灰量%飞灰份额%1kg燃料飞灰量kg与链条炉比较，水煤浆炉飞灰量增大的倍数水煤浆炉大同水煤浆5.12900.0461链条炉大同原煤11.37100.01144.04为了稳定达到一类地区低于环保新标准100mg/Nm3的要求，不得不采用多管加布袋两级除尘。由于布袋除尘器的阻力在1200~1500Pa，比通常采用多管加水膜两级除尘增加阻力约600Pa，这导致引风机运行电耗增加15kWh（6t/h炉）。水煤浆炉1小时新增电耗36.95+15=51.95kWh对一台6t/h水煤浆炉，与同容量链条炉相比（扣除不需要拖动炉排的电机功率2kW），水煤浆炉运行1小时增加电耗就是47.95kWh。考虑部分新增设备属间断运行等因素，新增电耗取38.36kWh。这样，以一台6t/h水煤浆炉1小时约燃烧1.050t水煤浆计算，燃烧1t浆新增电耗是36.53kWh。表7水煤浆炉运行新增电耗折算的热量Q2及其占燃料低位发热量net.arQ的百分比炉型新增电耗kWh/t折算成燃烧1kg浆的供电标煤耗G2g该标煤耗对应的热量Q2kJ/kgnet.arQ2Q%水煤浆炉36.53G2=36.53*374/1000=13.66Q2=13.66/1000*7000*4.184=400.22.22结论：由于运行电耗增加，水煤浆炉能效比链条炉要低2.22%。1.4水煤浆炉和链条炉运行热效率分析比较链条炉运行热效率比水煤浆炉低。比较定性的。为了简化，从反平衡角度进行分析。即略去化学不完全热损失、散热损失和灰渣热损失的影响。导致链条炉比水煤浆炉运行热效率低的主要原因是机械不完全热损失和排烟热损失。深入分析可知，炉渣含碳量高、过量空气系数大分别是链条炉这两大热损失超过水煤浆炉的关键原因。炉渣含碳量高的原因分析我国工业锅炉设计煤种是Ⅱ类烟煤，其灰分和挥发份比大同原煤或Ⅱ级水煤浆的原料煤差很多（表8）这是影响燃尽的主要因素。燃料灰分对炉渣含碳量影响很大，从表8可算得：Ⅱ类烟煤的灰份是大同原煤的2.14~3.42倍，灰份高容易使煤在燃烧过程出现裹灰，碳被氧化的速度减慢，来不及燃尽就落入渣斗，使炉渣含碳量增高。此外，常用Ⅱ类烟煤挥发份也比大同原煤或Ⅱ级水煤浆的原料煤偏低，这也影响燃尽。表8Ⅱ类烟煤和大同原煤的主要煤质特性燃料灰份arA/%低位发热量-1net.arQ/Mjkg挥发份dafV/%水份Mar/%大同原煤11.3725.5629.69.8Ⅱ类烟煤25~4015.50~19.70≥207~15链条炉炉膛过量空气系数偏大的原因分析：链条炉排上燃料是分阶段的层状燃烧，尽管采用相应的分段送风等措施，但因燃料变化和炉排侧密封不可能严密，为了防止局部缺氧，仍然必须选择比水煤浆炉偏大的过量空气系数。其次炉门和渣斗的漏风。通常炉膛出口的≥1.4。水煤浆炉与煤粉炉一样属悬浮燃烧，煤粉与空气混合较好；此外，炉膛密封也相对好。通常炉膛出口≈1.25。基于上述分析链条炉比同一原料煤的水煤浆炉运行热效率大约低2-3%。综上所述，在水煤浆炉和链条炉能效比较中，因水煤浆水份、磨煤电耗及运行电耗对水煤浆炉能效产生影响为-8.714%；而运行热效率对水煤浆炉能效影响为+2~3%。因此，水煤浆炉能效比燃烧制浆原料煤的链条炉大约低5~7%。2水煤浆炉和煤粉炉的能效比较2.1水煤浆炉和煤粉炉磨煤电耗和运行热效率可认为基本相同。2.2由于运行电耗增加，水煤浆锅炉能效比煤粉炉低，这里仅取1%。2.3水分对水煤浆锅炉能效的负面影响3.894%。表9水煤浆炉和煤粉炉能效比较水份带走热量(同链条炉，按表2)炉型磨煤电耗比较结果锅炉运行热效率运行增加电耗(低于链条炉)比较结果水煤浆炉煤粉炉基本相同水煤浆炉比煤粉炉低3.894%水煤浆炉略低于煤粉炉，这里按相同处理水煤浆炉比煤粉炉低，这里取1%水煤浆炉比煤粉炉低4.894%结论：水煤浆炉比煤粉炉低4.894%3.结论与建议3.1由于单位热量（如1MJ）的水煤浆价仅为重油价的二分之一；因此不管哪种容量的锅炉，只要用水煤浆替代原先的重油燃烧，由于燃料费用显著下降，故都能取得明显的经济效益。此外，水煤浆在能源安全方面有其重要意义。3.2与燃烧制浆原料煤的链条炉相比，水煤浆炉运行热效率高于链条炉2~3%，但因水煤浆磨煤电耗和水份带走热量以及运行增加的电耗等因素的影响，其总能效比燃烧制浆原料煤的链条炉要低5~7%。对于燃烧含水含灰相对多的Ⅱ、Ⅲ级水煤浆锅炉，其能效还会更低。3.3与煤粉炉相比，尽管两种炉型的磨煤电耗和运行热效率基本相同，但因水煤浆35%的水份要带走大量的热量，即低3.894%；且水煤浆炉运行电耗与采用气力输送燃烧的煤粉炉相比，其电耗仍然比较大，这里仅定性地取其对能效影响值为-1%。则水煤浆锅炉的能效要比燃烧制浆原料煤的煤粉炉低4.894%。3.4对洗煤场泥煤制成的水煤浆或飞灰水煤浆（如用福建某坑口电厂除尘器下飞灰脱碳工艺过程形成的水煤浆）。由于不存在（或仅存在很低的）磨煤电耗，且所含的水份大多是本身固有的，干燥后利用也需要热源，对这些资源可回收利用的水煤浆，单独燃烧有困难，可注入流化床锅炉燃烧，其可燃质利用和能效都能有效提高。应在矿区大力提倡。这方面国内外有很成功的经验。3.4对洗煤场泥煤制成的水煤浆或飞灰水煤浆（如用福建坑口电厂除尘器下飞灰脱碳工艺过程形成的水煤浆）。由于不存在（或仅存在很低的）磨煤电耗，且所含的水份大多是本身固有的，干燥后利用也需要热源，对这些资源可回收利用的水煤浆，单独燃烧有困难，可注入流化床锅炉燃烧，其可燃质利用和能效都能有效提高。应在矿区大力提倡。这方面国内外有很成功的经验。3.5水煤浆是低灰优质烟煤研磨而成，按水煤浆技术条件和测定方法（GB/T18855-2002），水煤浆被划分为三个等级，其对应含灰量分别为＜6%、6~8%、8~10%。但因燃料灰份大约有90%以飞灰形式飞出锅炉，因此，水煤浆在工业锅炉上燃烧，该属于多飞灰的燃料。锅炉原始烟尘排放浓度大，必须考虑有效的除尘设备才能稳定达标。3.6我国浮选洗煤企业，应当借鉴欧美办法，将一部分3~40mm粗颗粒精煤供链条炉燃烧，这样，不仅该链条炉可达到与水煤浆炉相近的运行热效率，而且其能效比燃烧精煤水煤浆锅炉也要高7~8%。此外，链条炉的原始烟尘排放浓度也更低，使用通常除尘器便可达标。参考文献[1]陈学俊，陈听宽.锅炉原理.机械工业出版社.1991.[2]国标.水煤浆的技术要求和测量方法.GB/T18855-2002.[3]贾传凯.水煤浆水份对锅炉燃烧的影响.工业锅炉，2008（6）.[4]成预林，季云金，徐永前.水煤浆锅炉应用与系统设计.工业锅炉，2008（6）.[5]祝平.不要走入水煤浆误区.中国能源，2002（4）.[6]刘威林，赵光宇.使用大同原煤生产水煤浆的意义及生产中需要注意的几个问题.水煤浆技术研究应用论文集，2001年3月.[7]王受路，张荣曾.水煤浆专用磨机研究与设计.水煤浆技术研究应用论文集，2001年3月.[8]王受路等.精细水煤浆的超细粉碎技术与设备.水煤浆技术研究应用论文集，2001年3月.[9]国标.锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001.谢谢大家！