摘 要 随着环境问题和能源问题日益严重，国家对环保要求也日益增高，水煤浆作为一种新型煤基流体燃料，因为其低污染、高效、节能、低排放越来越多的被用做为锅炉燃料。采用这项新洁净煤技术，既提高锅炉的热效率，又能减少环境污染，经济效益和环境效益显著。但使用循环流化床锅炉燃烧水煤浆会对炉膛的换热、循环物料的使用等产生影响，笔者主要根据水煤浆的特性和流态重构新型循环流化床锅炉的特点，对燃烧水煤浆锅炉的换热、物料循环等问题进行探讨。
关键词 水煤浆 流化床锅炉 流态重构 烟气排放
中图分类号：TQ53414 文献标识码：A
1水煤浆的主要特性
（1）水煤浆被俗称为液态煤炭产品，是约65%的不同颗粒分布的煤和约34%的水及约1%的添加剂的混合物，其低位发热值为17000～19000kJ/kg，水分高（达30%）、灰分低（<10%）。
（2）水煤浆燃烧稳定、充分、炉膛充满度好，燃烧效率达96%—98%；锅炉热效率可达90%。
（3）水煤浆为液体，罐装和管道输送，不需要大的堆煤场地以及铲车等设备，减少了占地面积和输送、存储过程带来的损失和污染。
（4）水煤浆由于其含水分高，使着火比煤粉炉延迟，火焰温度也低，但由于水分有助燃的作用，因此水分对燃烧效率影响不大。但通常需要提高一、二次风的预热温度以加快水分的析出，促进燃烧。悬浮流化床燃烧的水煤浆，进入炉膛后迅速形成较大的颗粒团，在流化床内结团燃烧，在较高的断面热负荷下实现高的燃烧效率。
2水煤浆燃料对炉膛换热系数的影响
循环流化床锅炉中的传热包括气体与固体颗粒间的传热、床层与水冷壁间的传热、床层与炉内埋管间的传热或外置式换热器中鼓泡床层与埋管间的传热，以及旋风分离器或其他一次分离器内的传热。锅炉中传热面的大小与分布对锅炉热效率及其热量输出影响很大，但是由于实验困难以及商业机密不愿公开的原因，目前文献报道的有关循环流化床锅炉的传热系数数据相当少。根据斯蒂芬—玻尔兹曼公式E=C*T4，辐射吸热量跟热力学温度的四次方成正比。由于水煤浆循环流化床锅炉的炉膛燃烧温度为850-900℃，比煤粉锅炉低200℃左右，再加上火焰黑度和炉膛黑度略低于煤粉炉，因此循环流化床锅炉中炉膛的单位面积辐射吸热量比同等蒸发量的煤粉炉或者燃油锅炉低很多。同时由于其灰分的含量少，所以固体颗粒间的传热量也会降低，这样就会更大限度的减少锅炉炉膛的传热系数，但同时由于水煤浆燃料水分的增大，燃烧生成的三原子气体的数量也急剧增大，这样对于锅炉的辐射传热会有益处。故笔者根据一台35t/h悬浮流化水煤浆锅炉的设计和运行研究发现，燃用水煤浆锅炉传热系数要比普通燃煤循环流化床锅炉的传热系数要小一些。
3锅炉设计
3.1常规设计
常规设计炉膛，不仅要有足够的容积，使煤浆能充分完全燃烧，而且要有合理的形状和尺寸，使火焰不贴壁、充满度好，壁面热负荷均匀，同时还要结构紧凑，便于制造、安装、运行和检修。因为燃用水煤浆锅炉炉膛传热系数的减少，炉膛的受热面积势必要增加。同时由于水煤浆中大量水分的存在，燃烧后产生的烟气量也相应增加，根据35t/h水煤浆锅炉的对比，烟气量增加大约12%。对于循环流化床锅炉来说，选取一个合理合适的流化风速是相当重要的，由于烟气量的增大，要保证一个合理的烟气流化风速，就要求炉膛的截面将增大。介于传热系数的减少以及烟气量的增大，炉膛的设计相对于燃煤循环流化床锅炉变化比较大。如果采用埋管水冷形式，由于床料石英砂的冲刷，埋管的磨损非常严重；如果不采用埋管形式，膜式水冷壁面积将增大需要，通常的做法即为增加炉膛的高度，势必造成锅炉制造成本的增大。
3.2定态设计-流态重构新型循环流化床锅炉
即锅炉额定负荷条件下，根据燃料情况、分离系统的性能指标，选定一个合理的状态，依次布置受热面。最终达到锅炉“低床压、低风量、低排放”运行的结果。
具体来说，就是由专用粒化器将水煤浆均匀投入燃烧室下部的热媒体流化床料上，其温度在（850-880℃）左右。水煤浆在缺氧状态下通过处于流化状态的热媒体的加热，迅速完成水份蒸发、挥发份析出、着火燃烧及固定碳的燃烧，在密相区的上部通过合理的补充有一定富裕量的二次风，使水煤浆燃料在缺氧状态下燃烧形成的可燃气体及未燃烧的固定碳沿炉膛高度完全燃烧。在炉膛出口设有绝热高效旋风分离器及返料器，被热烟气携带的热媒体物料被高效分离器分离，通过分离器下部的返料器返回炉膛，减少了媒体物料的损失，实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，既获得很高的燃烧效率，又减少了媒体物料的损失，控制床温实现低温、低氮燃烧。
4烟气排放
水煤浆燃烧同其他燃煤过程一样，也会产生飞灰颗粒物、SO2、NOx等大气污染物。但由于水煤浆中的煤粒在制备过程中进行了洗选，以及水煤浆循环流化床锅炉燃烧温度低等原因，使得水煤浆燃烧的污染、排放情况要远好于普通燃煤锅炉。（1）飞灰及硫化物的排放水煤浆燃料由于其灰分少（<10%）、含硫分低（<0.5%），所以其飞灰颗粒物、SO2的排放数量都比普通燃煤锅炉明显要低。同时因为循环流化床锅炉自身的加石灰石炉内脱硫技术的应用，会使水煤浆循环流化床锅炉的硫化物排放满足国家的标准要求，<300mg/Nm3。（2）原始NOX排放采用流态重构的新型循环流化床锅炉燃烧水煤浆，温度能控制在880℃以内，避开了形成NOX反应的高温区，原始NOX排放浓度大大降低，低至100mg/Nm3以内。
5结论
水煤浆悬浮循环流化床锅炉在设计时需要考虑其高水分、低灰分而引起炉膛传热系数的变化以及由于烟气量增大对炉膛形状的变化等因素，同时注意在风机选型中的配套问题。水煤浆悬浮流化循环流化床锅炉在经济、节能、环保方面均体现出较大的社会效益，随着水煤浆生产加工以及水煤浆锅炉技术的日臻成熟、完善，相信其应用的前景将会更加广阔。
参考文献
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