水煤浆技术在发电厂中的应用

2005/7/15 15:50:56

水煤浆是一种新型的洁净液体燃料, 是洁净煤技术的重要组成部分。自问世以来以其具有的代油节能、高效燃烧和低污染等诸多优点备受各国科学家的青睐。我国的水煤浆技术已完成了实验室和工业性试验阶段，目前已在大中型电站锅炉上成功应用，并取得了比较好的经济效益和社会效益。

1水煤浆的主要技术特性及在茂名电厂的应用

1.1水煤浆的主要技术特性

水煤浆是分别由质量分数约70%的煤粉、30%的水分以及不到1%的化学添加剂（分散剂和稳定剂）制备成的煤基液态燃料，它能像燃料油一样管输、储存和雾化燃烧。表1为水煤浆的几种技术指标。

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　目前，我国已开发出了多种水煤浆。根据水煤浆性质和用途划分，有精细水煤浆、经济型水煤浆（中灰、高灰煤水煤浆、煤泥水煤浆）、气化用水煤浆、环保型水煤浆；根据原煤的灰分来分又可分低灰、中灰和高灰水煤浆等。电站锅炉用的水煤浆以经济型为主。

1.2水煤浆在茂名热电厂的应用

茂名热电厂1号炉为前苏联Т.К.З制造的ТЛ-15/ А型锅炉，原设计出力为220 t/h的燃煤锅炉。该炉于1958年制造，1961年安装，1968年改烧重油。由于国际油价不断上涨，于2000年5月对其进行改烧水煤浆改造。改造设计按燃用经济型水煤浆和重油设计，既能单独烧油，又能单独烧浆，还能油浆混烧。上述各种工况下，锅炉均可以达到额定负荷。改造工程于2000年10月完成，并试烧水煤浆成功。经有关部门测定各项指标均达到设计要求，各项环保指标均符合国家环保法规的要求。图1为茂名热电厂锅炉燃烧水煤浆系统简图，图2为茂名热电厂炉前供浆系统简图，表2为额定工况下锅炉燃烧水煤浆时的主要参数。

2水煤浆的主要特点

2.1安全可靠

电站燃烧水煤浆稳定，安全可靠，而且燃烧效率也很高。白杨河电厂及茂名热电厂锅炉改烧水煤浆后的测试表明，燃烧效率都在98%以上，锅炉热效率在90%以上。由于水煤浆有质量分数约为30%的水分，因此使用过程中相当安全，不存在像燃油、燃煤在运输、储存、输送过程中的爆燃问题。

2.2占地面积小

电站锅炉燃烧水煤浆可以不设煤场，灰场的占地面积也比较小。一般原煤灰分（质量分数）约占20%～30%，电站锅炉燃烧的水煤浆灰分一般小于10%，茂名热电厂目前用浆的灰分只有5%～7%，改烧水煤浆后只需设置缓冲灰池即可解决问题。

2.3燃料成本较低

电站燃烧水煤浆与燃油相比，其经济性尤为突出。从单位热值看，2t水煤浆热量相当于1t的 180号重油。茂名热电厂运行经验表明，实际上2.2～ 2.3t水煤浆产汽率（换算为标煤）才能折合1t重油产汽率（换算为标煤），这是由于燃水煤浆存在飞灰、炉渣等机械损失之故。目前，茂名热电厂在外购浆价格为525元/t，油价为1 550元/t的情况下，油炉改燃水煤浆后燃料成本可以下降25%。如自建浆厂，燃料成本可进一步降低。燃烧水煤浆经济性与燃煤相比也有一定可比性，由于水煤浆是低硫的洁净燃料，不需配备脱硫装置，而直接燃煤若不配备脱硫装置则很难达到环保要求。拿一台300 MW机组来说，一套脱硫装置的工程造价要2亿元以上，而且运行变动成本也要2～3分/kWh。据统计，燃烧水煤浆与燃烧动力煤相比燃料成本也是只高出3分/kWh。

2.4运行调节性能良好

水煤浆具有与油一样的运行调节特性，而优于燃煤的低负荷调节能力。茂名热电厂1号炉改造后的运行情况表明，水煤浆具有燃油一样的调节性能。在无助燃情况下，滑参数停机可滑至30%不投油，最低稳燃负荷为25%。且调节方法简单快捷。

2.5有良好的环保效益

水煤浆原料一般采用洗选煤，而煤中的硫分主要以无机硫及有机硫两种形式存在，煤炭中形态硫组成以无机黄铁矿为主，经过洗选后可以清除50～70%的黄铁矿硫，因此水煤浆的含硫质量分数一般小于0.5%。如果在水煤浆中加入适量的脱硫剂，可以进一步降低SO2的排放浓度。

水煤浆在燃烧过程中，由于燃料中有30%左右的水分在燃烧过程中所起的独特作用，使得水煤浆燃烧后所生成的粉尘的集尘性更好，因此燃烧水煤浆有利于粉尘的控制。

燃烧水煤浆时炉内温度比燃煤粉要低150～200 ℃左右，炉内温度一般低于1 500 ℃。根据统计，当火焰温度低于1 500℃时，有助于抑制NOx的生成，因而水煤浆燃烧所生成的NOx量比煤粉和燃料油都要低得多。

茂名电厂1号炉烟气污染物排放的测试结果表明，粉尘、SO2及NOx排放量远低于国家排放标准。SO2排放量为186.9 kg/h，小于国家环保标准470 kg/h；NOx排放量约90～100 kg/h，小于国家二级排放标准110 kg/h；粉尘排放约17.6 kg/h小于国家环保标准410 kg/h。

3电站锅炉燃烧水煤浆存在的几个问题

我国水煤浆技术虽然经过二十多年的攻关，但在电站锅炉上应用时间较短。它要在电站锅炉上大规模应用，还是有些问题有待解决的。

从技术上看，一是解决水煤浆的防沉、防堵问题。虽然目前水煤浆的稳定性可达3个月甚至更长，但在电站锅炉使用过程中水煤浆或多或少出现软沉淀或硬沉淀问题，如果沉积在管道或阀门上则容易造成堵塞。同时添加剂费用在水煤浆成本中也偏高（约占6%～8%），制浆工艺，新型的添加济有待进一步攻关。二是要解决防磨问题。由于水煤浆是煤粉分散在水介质中的分散系，在输送和燃烧雾化过程中容易造成设备磨损，特别是阀门和泵体定子、转子，喷枪等。目前，水煤浆输送泵都是采用单螺杆泵，其定子寿命为3 000～5 000h；雾化喷枪寿命在1000 h左右，可用小时数不高，有待开发耐磨性强的产品。三是开发大型水煤浆专用设备问题。如水煤浆磨机，我国目前已开发了3 m×12.5 m的磨机，但年产250～500 kt的磨机还未能投入应用。又如水煤浆喷枪目前全都是采用浙江大学的三级雾化喷枪，其最大流量只有4～5t/h。同时，过滤器、搅拌器等更大的设备还有待开发。水煤浆专用设备的开发应向大容量、系列化、标准化方面发展，为大容量锅炉燃烧水煤浆提供条件。
从市场管理上，国家管理部门和行业管理部门要正确引导企业燃用水煤浆。目前我国水煤浆生产企业都是东一家西一家自发地上马，未能形成规模经济，资源未能有效配置。在目前油价居高不下的情况下，有一窝蜂而上的现象，如华北地区就有5家浆厂，由于没有用户，5家浆厂同时向北京燕山石化公司供浆，结果当燕山石化公司的机组停机检修时，5家浆厂全要停产，这就是一个很好的例子。

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