[科普中国]-水煤浆锅炉

水煤浆锅炉（Coal water slurry boiler）是指使用水煤浆为燃料的锅炉。水煤浆是一种由70%左右的煤粉，30%左右的水和少量药剂混合制备而成的液体，可以象油一样泵送、雾化、储运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资料的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源之一。

概述水煤浆锅炉是指以水煤浆为燃料的锅炉，分为悬浮雾化水煤浆锅炉和流化床水煤浆锅炉。其中悬浮雾化水煤浆锅炉，义可分为导热油炉、蒸汽锅炉和热水锅炉。流化床水煤浆锅炉则属于大型锅炉，一般印染企业不采用。悬浮雾化水煤浆锅炉主要是采用雾化燃烧方式，产生的蒸发量较少（通常小于10t/h），较适合于印染企业。悬浮雾化水煤浆锅炉集中了燃油和燃煤两者的优势，以液态输送，雾化燃烧。燃烧效率可达98%~ 99%，热效率高达82%以上。具有运行成本低和节能环保的显著特点。1

燃烧方式水煤浆锅炉是以水煤浆作为燃料。供浆泵将水煤浆送入燃烧器，经压缩空气或蒸汽雾化后，在炉膛内进行稳定燃烧。燃烧后产生的高温炯气经锅炉管束、省煤器等，对被加热介质进行热交换，然后经锅炉尾部除尘器净化达到环保标准后，再经引风机送入烟囱排人大气。其燃烧方式有以下两种。

(1)雾化悬浮燃烧。燃烧器将水煤浆与空气以射流方式喷入炉膛，与炽热烟气产生强烈混合，并使水分迅速蒸发．在这种条件下，水煤浆气流受到炉膛四壁及高温火焰的辐射，迅速加热悬浮在气流中的煤颗粒，直到获得足够的热量并达到了一定的温度即开始着火燃烧。锅炉的运行负荷取决于燃料的性质和运行工况，即锅炉负荷低时，炉膛的平均烟温降低，燃烧器区域的烟温也随之而降低。雾化燃烧式水煤浆锅炉的最低运行负荷在50%左右。

(2)流化悬浮燃烧。该燃烧方式是将滴状水煤浆送入燃烧室下部的炽热流化床（南石英砂和石灰石构成床料，温度为850~ 950℃）中对其加热，水煤浆受热后迅速完成水分析出，并着火燃烧进行焦炭燃烧过程。，处于流化状态下的颗粒状水煤浆团，可进一步解体为细颗粒，然后被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。为了减少水煤浆损失，提高燃烧效率，在燃烧室出口设有分离回输装置，被热烟气带出的较大水煤浆颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，使水煤浆颗粒团得到循环燃烧。由石英砂和石灰石构成的媒体物料中，石灰石在高温下煅烧可生成Ca0，而此时的燃烧温度正好是Ca0与SO2反应生成CaSO4的最佳温度，因而减少了SO2的排放。1

使用常识锅炉是具有高温、高压的热能设备，是特种设备之一，在机关、事业企业及各行各业广泛使用，是危险而又特殊的设备。一旦发生事故，涉及公共安全，将会给国家和人民生命财产造成巨大损失。为了公共安全、人民生命和财产安全，依据国务院《特种设备安全监察条例》，使用锅炉应注意以下全事项：

1、锅炉出厂时应当附有“安全技术规范要求的设计文件、产品质量合格证明、安全及使用维修说明、监督检验证明（安全性能监督检验证书）”。

2、锅炉的安装、维修、改造。从事锅炉的安装、维修、改造的单位应当取得省级质量技术监督局颁发的特种设备安装维修资格证书，方可从事锅炉的安装、维修、改造。施工单位在施工前将拟进行安装、维修、改造情况书面告知直辖市或者辖区的特种设备安全监督管理部门，并将开工告知送当地县级质量技术监督局备案，告知后即可施工。

3、锅炉安装、维修、改造的验收。施工完毕后施工单位要向州质量技术监督局特种设备检验所申报锅炉的水压试验和安装监检。合格后由州质量技术监督局、州特种设备检验所、县质量技术监督局参与整体验收。

4、锅炉的注册登记。锅炉验收后，使用单位必须按照《特种设备注册登记与使用管理规则》的规定，填写《锅炉（普查）注册登记表》，到州质量技术监督局注册，并申领《特种设备安全使用登记证》。

5、锅炉的运行。锅炉运行必须由经培训合格，取得《特种设备作业人员证》的持证人员操作，使用中必须严格遵守操作规程和八项制度、六项记录。

6、锅炉的检验。锅炉每年进行一次定期检验，未经安全定期检验的锅炉不得使用。锅炉的安全附件安全阀每年定期检验一次，压力表每半年检定一次，未经定期检验的安全附件不得使用。

7、严禁将常压锅炉安装为承压锅炉使用。严禁使用水位计、安全阀、压力表三大安全附件不全的锅炉。

改造技术1 安装冷凝型燃气锅炉节能器；

燃气锅炉排烟中含有高达18%的水蒸气，其蕴含大量的潜热未被利用，排烟温度高，显热损失大。天然气燃烧后仍排放氮氧化物、少量二氧化硫等污染物。减少燃料消耗是降低成本的最佳途径，冷凝型燃气锅炉节能器可直接安装在现有锅炉烟道中，回收高温烟气中的能量，减少燃料消耗，经济效益十分明显，同时水蒸气的凝结吸收烟气中的氮氧化物，二氧化硫等污染物，降低污染物排放，具有重要的环境保护意义。

2采用冷凝式余热回收锅炉技术；

传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。众所周知，锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜热的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到87%～91%。而冷凝式余热回收锅炉，它把排烟温度降低到50～70℃，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，提升了热效率；冷凝水还可以回收利用。

3 锅炉尾部采用热管余热回收技术；

余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

锅炉特点1、水煤浆锅炉的优势在于环保、节能、高效，其有效的利用煤炭资源使锅炉燃尽率达到98%以上。

2、调整负荷方便。水煤浆锅炉的负荷可在35%—100%的范围内任意调节，可达到经济运行的效果。

3、节约土地。燃料及粉煤灰采用罐装密闭运输方式，无扬尘污染，无需储煤场和渣场，有效地提高了土地利用率，节约用地50%以上。

4、运行成本低，自动化程度高。节约人力资源，原煤锅炉每班6-7人，而水煤浆锅炉每班只需2名运行人员。节约燃料20%以上。职工劳动及工业卫生条件得到大幅度改善。

5、经测试水煤浆锅炉烟尘排放浓度为100mg/Nm3左右。国家《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-2001)规定烟尘排放浓度为200 mg/Nm3，仅为国家标准规定燃煤锅炉的1/2。燃烧后的灰可采用密闭的干法气体出灰系统收集后，可用作加气块和水泥的生产原料。

缺点1、对操作员各方面能力要求高；

2、对维修工技能要求高，且工作量大；

3、易耗件多，备件成本高。

工艺系统水煤浆作为替代重油的新型燃料已经在锅炉和工业炉窑上得到一定程度的推广应用。在电站锅炉方面，已从蒸发量220 th锅炉成功运行发展到670 th锅炉的试运行；在工业锅炉方面，全同有数十家锅炉厂在设计制造不同容量的水煤浆锅炉并成功运行。水煤浆应用于钢铁、陶瓷、玻璃等行业的T业炉窑也在推进之中其中不乏成功的经验。 水煤浆锅炉全部采用管道流态输送和雾化实现短时间油自动点火操作简单方便劳动强度远低于燃煤锅炉安全性高。锅炉炉膛升温迅速短时间内可达到900—1200~C实现水煤浆的连续稳定燃烧避免了燃煤锅炉加煤时低温燃烧不充分的重污染过程也避免了燃油锅炉高温(1300~C)燃烧产生的大量氮氧化物污染。在烟气含尘量、含二氧化硫量等环保排放指标上均优于国家标准。

水煤浆锅炉系统的基本流程水煤浆由供浆泵送入燃烧器经压缩空气(或蒸汽)雾化在一定条件下水煤浆在炉膛内稳定燃烧产生的高温烟气经锅炉管束、省煤器等从锅炉尾部排出通过除尘器达到环保标准后经引风机进入烟囱排入大气。燃烧后的极少灰渣通过排渣系统排出炉外。水煤浆锅炉系统除了具有和燃油、燃气锅炉系统相同的系统(供油系统或供气系统、水处理系统、蒸汽或热水系统、排烟系统)外还增加了供浆系统(包括储浆罐、输浆泵、日用浆罐、供浆泵、在线过滤器、流量计等)、雾化介质系统(空气压缩机、储气罐或蒸汽)、清洗水系统、除灰系统(出渣机、沉淀池)、烟气处理系统(省煤器、带文丘里管的湿式脱硫除尘器、引风机)。

燃烧方法及工艺流程

1.空气压力雾化悬浮燃烧原理

水煤浆与空气经燃烧器以射流方式进入炉膛，促使煤浆气流与炽热烟气产生强烈混合，水分迅速蒸发；同时水煤浆气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射。而将悬浮在气流中的煤颗粒迅速加热，水煤浆颗粒获得了足够的热量并达到了一定的温度就开始着火燃烧。其着火热随燃料的性质和运行工况的变化而变化，锅炉负荷低时，炉膛平均烟温降低，燃烧器区域的烟温也将降低。所以雾化燃烧固态排渣水煤浆锅炉最低运行负荷在50%左右。

2.流化悬浮高效洁净燃烧技术原理

将滴状水煤浆投入燃烧室下部由石英砂和石灰石构成床料的炽热流化床中，其温度在850-950℃左右。水煤浆在炽热的流化床料的加热下迅速完成水分析出，挥发分析出并着火燃烧及焦碳燃烧过程。在流化状态下颗粒状水煤浆团进一步解体为细颗粒被热烟气带出密相区进入悬浮室继续燃烧。在燃烧室出口设有分离回输装置。被热烟气带出的媒体物料和较大的水煤浆颗粒团被分离器分离、捕捉，通过分离器下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区，既减少了煤体物料的损失，又实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，从而获得高的燃烧效率。此外，低温燃烧过程，有效的控制了热力型NOx的形成。且由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO2反应进一步生成CaSO4，抑制了SO2的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效的减少SO2的排放

成本对比

|| ||

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学