高效、節(jié)能、環(huán)保的水煤漿流化床鍋爐在城市區(qū)域供熱中的應(yīng)用可行性分析

1、一、水煤漿 水煤漿是由65%-69%左右的煤，30%-34%左右的水及約1%的化學(xué)添加劑制成的煤基漿體燃料。具有濃度高、粒度細(xì)、流變性好，燃燒效率高，環(huán)保節(jié)能、安全高效等優(yōu)點。熱值相當(dāng)于燃料油的一半。水煤漿在各種工業(yè)應(yīng)用中，燃燒效率達(dá)到98%以上，是燃燒散煤的一倍，接近或達(dá)到燃油水平；一般兩噸水煤漿可代替一噸重油，可在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐和工業(yè)窯爐等代油或煤、氣燃用。二、替代燃料油在技術(shù)應(yīng)用中的體現(xiàn) 水煤漿是一種新型的煤基漿體燃料，可替代燃料油，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、運行成本低的突出優(yōu)點。其次，在我國的自然能源結(jié)構(gòu)中的“富煤、貧油、少氣”分布特點，決定燃料油的在實際應(yīng)用過程中受到的局限性。然而煤

2、炭燃料的儲量能占總儲量的94.3%以上，在能源消費結(jié)構(gòu)中的比例也可達(dá)到75%以上。這些結(jié)構(gòu)特點就決定了煤炭在一次能源中的重要位置。水煤漿燃料已被列進(jìn)當(dāng)前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄，國家經(jīng)貿(mào)委在節(jié)約和替代燃料油“十五”規(guī)劃明確要求了“采用水煤漿替代燃料油”，國家環(huán)保部門也在國家環(huán)境保護“十五”規(guī)劃中提出“大力開發(fā)水煤漿技術(shù)”。第三，由于燃料油的儲量的不斷縮小，燃料的油的價格也在逐年攀升，僅從2007年到2012年，這五年間，燃料油的價格就上漲了近兩倍。燃料油成本的迅速上升使得使用燃料油作為生產(chǎn)燃料的企業(yè)不堪重負(fù)，而用水煤漿取代燃料油，已經(jīng)成為燃料界不可逆轉(zhuǎn)的歷史趨勢。三、 水煤漿鍋爐

3、“替代”傳統(tǒng)煤鍋爐的優(yōu)勢由于我國的能源結(jié)構(gòu)決定煤在生產(chǎn)能源重占有著重要的地位，其儲量大、價格低也是煤炭也一直是眾多企業(yè)的生產(chǎn)燃料的首選的原因。但是由于煤炭是一次性不可再生能源，其生成年限非常久，而人們的大量浪費，沒有科學(xué)技術(shù)依據(jù)的濫采，也使得煤炭的儲量直線降低。傳統(tǒng)的燃煤鍋爐的設(shè)計缺陷及鍋爐本身存在不可更改的運行缺陷也使得其在燃燒過程的浪費現(xiàn)象嚴(yán)重，安全性也令人擔(dān)憂。為了控制這種現(xiàn)象，使產(chǎn)業(yè)能夠在新能源發(fā)現(xiàn)之前可持續(xù)穩(wěn)定高效安全的發(fā)展下去，水煤漿及水煤漿高效潔凈燃燒流化鍋爐的研發(fā)與應(yīng)用就成了緩解能源危機的一個重要舉措。1、環(huán)保性 水煤漿是選洗后的精煤加工而成，它本身的灰分（6-8%）、硫分（0

4、.3-0.6%），這樣的機構(gòu)特性決定了它燃燒后排放的煙塵濃度比燃煤鍋爐低，一般為80mg/M3；達(dá)到國家的鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一類區(qū)排放指標(biāo)（80 mg/ M3）；排放的SO2濃度燃重油鍋爐低，一般為400 mg/m3，達(dá)到全部區(qū)域排放指標(biāo)（輕柴油500 mg/ M3，燃料油900 mg/ M3）。2003年2月，北京環(huán)保監(jiān)測中心對水煤漿燃燒情況的監(jiān)測證明：除塵以后的煙塵排放濃度為39mg/ M3，SO2排放濃度為58 mg/ M3，由于水煤漿燃燒時火焰中心溫度比燃油和燃煤粉低150200，能有效抑制NO×的生成，因此NO×的排放要低于燃油和燃煤粉。由于水煤漿鍋爐的燃

5、燒密閉性，是的水煤漿在儲存、運輸過程中也不污染環(huán)境。鍋爐的燃盡率達(dá)到90%，使鍋爐的排放廢棄物也是可以再次利用的灰，和能與大氣融為一體的水蒸氣。水煤漿流化床鍋爐的密閉燃燒，類似油爐的系統(tǒng)內(nèi)液體自動化燃燒，與傳統(tǒng)燃煤鍋爐對比，大大改善了工作環(huán)境和條件。特別的水煤漿燃燒技術(shù)，也基本上杜絕了鍋爐房常有的油煙氣味或煤煙氣味。水煤漿鍋爐與其他鍋爐煙氣污染物排放比較水煤漿輕柴油重油II類煙煤燃料灰分(%)70.010.232.48燃料硫分(%)< 0.45%0.251.51.94除塵器()(布袋)99%不用不用90%脫硫裝置()30%不用不用70%GB13271,類區(qū)時段煙塵要求(mg/Nm3)80

6、(80)808080GB13271,類區(qū)時段SO2要求(mg/Nm3)900(500)50900900實際煙塵濃度(mg/Nm3)39.8(59.4)< 80< 80200實際SO2濃度(mg/Nm3)253.8(393.5)45024008002100格林曼黑度< 1級< 1級< 1級啟、停爐>1級是否符合環(huán)保要求符合符合GB13271規(guī)定禁止在一類區(qū)使用不符合備 注相當(dāng)于輕柴油注：1."()"數(shù)字按燃油鍋爐即過?？諝庀禂?shù)1.2的標(biāo)準(zhǔn)計算；2、良好的經(jīng)濟效益 第一，水煤漿是由65%-69%的煤加上34%-30%的水和1%的化學(xué)添加劑組成

7、。水煤漿流化燃燒鍋爐的燃燒效率達(dá)到98%以上，是燃燒散煤的一倍，接近或達(dá)到燃油水平。一般原煤或動力配煤的熱值約5000kcal/kg,鍋爐的熱效率一般在65-70%；而水煤漿的熱值為4500kcal/kg,燃燒效率在98%以上，鍋爐的熱效率在85%左右，1噸水煤漿的有效熱量大約與1.2噸原煤相等，而且一般兩噸水煤漿可代替一噸重油，可在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐和工業(yè)窯爐等代油或煤、氣燃用。水煤漿是以煤為主要原料加工而成，其狀態(tài)發(fā)生變化，從固態(tài)變成漿狀，燃燒方式從層燃改變?yōu)槭胰?，可以像油一樣流動和燃燒。如一臺4T/h的水煤漿流化床鍋爐，相比于其他燃料鍋爐，每月可節(jié)省燃料成本517萬。第二，由于水煤漿的濃

8、度高、流變性好、長期儲存不沉淀。因此它能類似燃油一樣地泵送傳輸，完全能夠代替燃油在工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、電站鍋爐上燃燒，而綜合經(jīng)濟成本比燃油大大降低。 第三，水煤漿流化燃燒鍋爐相比于普通的燃煤鍋爐，燃盡率由固體煤燃燒的7080提高到98以上。爐渣中的含炭量則由燒煤的13.7降到水煤漿的2以下，這不僅體現(xiàn)了上述的環(huán)保，節(jié)能性，從長期的生產(chǎn)角度來看也在不斷的為產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)節(jié)省成本，使得資源利用得到最大化。第四， 水煤漿與燃油類似，用儲罐運輸及儲存，減少了固體煤炭運輸過程的污染和儲存的占地面積。由于燃盡率達(dá)98以上，灰渣排放量明顯減少，與燃煤鍋爐比較，既減少了鍋爐房的總占地面積，又改善了周邊環(huán)境，煤場、渣

9、場無二次污染。3、工藝簡單，安全性高水煤漿流化燃燒鍋爐相對于燃煤鍋爐及霧化燃燒鍋爐工藝非常簡單，省去燃燒器與霧化漿槍，不需要復(fù)雜的高壓風(fēng)漿系統(tǒng)及過濾器等設(shè)備，省去了脫硫裝置，達(dá)到爐內(nèi)脫硫。水煤漿鍋爐要求的燃料（水煤漿）從儲漿罐，經(jīng)供漿泵、過濾器，混合高壓風(fēng)經(jīng)特制噴槍送入燃燒器，在油點火系統(tǒng)輔助等前提條件下，水煤漿在爐膛內(nèi)獨立燃燒。煙氣經(jīng)鍋爐燃盡室、對流管束、省煤器等，從鍋爐尾部排出，通過專用除塵器脫硫除塵，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)引風(fēng)機進(jìn)煙囪排入大氣。爐膛內(nèi)燃燒后的極少灰渣，通過除渣系統(tǒng)排出爐體外。類似油爐的系統(tǒng)內(nèi)液體自動化燃燒及復(fù)雜輔機設(shè)備的節(jié)省,使得企業(yè)燃燒水煤漿流化床鍋爐中所需人數(shù)為普通燃煤鍋

10、爐的一半甚至三分之一。由于水煤漿中含有水份，因此水煤漿不易燃不易爆，安全性比煤、重油、天然氣、煤氣都好。它易于輸送，可通過管道近距離輸送，也可使用火車、汽車、船舶進(jìn)行長距離運輸。它便于儲存，不需要復(fù)雜性的蒸汽加熱系統(tǒng)，儲罐的消防等級均比油、氣儲罐的要求低。 4、儲存與運輸從儲存方面對比燃煤鍋爐與水煤漿鍋爐，傳統(tǒng)的燃煤鍋爐需要大面積的室內(nèi)和室外儲煤廠和大面積的儲灰場。以東新熱電35T/H水煤漿鍋爐和燃煤鍋爐為例，流化床鍋爐的燃料儲存器為儲存罐，所需7天燃料的罐體為1000立方米，直徑為10米，占地面積約為35平方米，燃煤鍋爐所需儲煤廠面積約為6000平米。以土建價格1500元/平米，總價格約90

11、0萬元。而1000立方米所需罐體的價格約60萬元。35T燃煤鍋爐儲灰7天所需儲灰場面積為40m*50m，土建費用約為300萬元。水煤漿鍋爐的儲灰罐所需占地面積為3m*10m，費用約為5萬元。5、廢棄物排放系統(tǒng)燃煤鍋爐的廢棄物排放系統(tǒng)包括除渣機、除塵器、冷卻器、脫硫設(shè)備、運渣機、鏟車等，這些輔機設(shè)備的費用約350萬元。水煤漿流化鍋爐的燃盡率達(dá)到98%，它在爐內(nèi)就實現(xiàn)了脫硫、脫硝，廢棄物只有少量灰，所以他只需要安裝一個除灰裝置，不需要增加新的脫硫設(shè)備。6、運行管理以東新熱電35T/H燃煤鍋爐與燃水煤漿流化鍋爐為例，水煤漿流化鍋爐實現(xiàn)的是全自動電腦控制運行，在運行管理中所需要的鍋爐工人數(shù)為2-3人每

12、班，燃煤鍋爐所需鍋爐工人數(shù)為6-7人/班。按現(xiàn)在鍋爐工的市場平均月薪2500元計算，水煤漿流化燃燒鍋爐所需每月人工費為5000-7500元，而燃煤鍋爐每月則需要1500017500元。水煤漿流化床鍋爐使用全自動PLC或者DCS控制臺，一至兩臺電腦可以控制整個鍋爐系統(tǒng)的進(jìn)漿、燃燒、出灰，脫硫脫硝等程序。而且由于燃水煤漿流化鍋爐屬于全自動封閉式燃燒，人員不需近距離接觸鍋爐，與燃煤鍋爐相比，事故率大大得到降低，至今為止，還沒有得到相關(guān)的與燃水煤漿流化鍋爐的事故消息與數(shù)據(jù)。四、 流化懸浮高效潔凈燃燒水煤漿鍋爐的運行原理及技術(shù)特點1、水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)工作原理： 將滴狀水煤漿投入燃燒室下部由

13、石英砂和石灰石構(gòu)成床料的熾熱流化床中，其溫度在850950左右。水煤漿在熾熱的流化床料的加熱下迅速完成析出水分，揮發(fā)分析出并著火燃燒及焦炭燃燒過程，并在流化狀態(tài)下顆粒狀水煤漿團進(jìn)一步解體為細(xì)顆粒被熱煙氣帶出密相區(qū)進(jìn)入懸浮室繼續(xù)燃燒。在燃燒室出口設(shè)有分離回輸裝置。被熱煙氣帶出的媒體物料和較大的水煤漿顆粒團被分離器分離、捕捉，通過分離器下部設(shè)置的回輸通道返回燃燒室下部密相區(qū)，既減少了媒體物料的損失，又實現(xiàn)了水煤漿顆粒團的循環(huán)燃燒，從而獲得高的燃燒效率。此外，低溫燃燒過程（850950）有效的控制了熱力型NOX的形成。且由于媒體物料由石英砂和石灰石構(gòu)成，石灰石在高溫下煅燒生成CaO，CaO與SO2反

14、應(yīng)進(jìn)一步生成CaSO4,抑制了SO2的排放，而燃燒裝置的運行溫度是CaO脫硫的最佳運行溫度，可有效的減少SO2的排放。2、水煤漿流化懸浮高效潔凈燃燒技術(shù)特點：（1）、實現(xiàn)了水煤漿的低溫燃燒，解決了水煤漿懸浮燃燒帶來的易于結(jié)焦、運行不穩(wěn)定、安全性差的問題，同時抑制了熱力型NOX的生成與排放。（2）、實現(xiàn)了著火燃燒后的水煤漿顆粒團的循環(huán)燃燒，具有高的的燃燒效率。 （3）、利用石灰石與石英砂構(gòu)成的媒體物料，輔之于低溫燃燒技術(shù)實現(xiàn)了水煤漿燃燒過程中直接脫硫、脫硫系統(tǒng)簡單、成本低。（4）、采用分離回輸燃盡裝置提高了石灰石的利用率，減少了媒體物料的補充量，提高了燃燒效率。（5）、負(fù)荷調(diào)節(jié)特性好，可在100

15、%-30%額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，水煤漿品質(zhì)適應(yīng)性好；降低了對水煤漿品質(zhì)的要求，大大降低了運行成本。（6）、鍋爐總體投資少，占地面積小，無儲煤場，無二次污染。水煤漿為灌裝運輸、灌裝儲存、管道輸送，潔凈環(huán)保。（7）、省略了價格昂貴的燃燒器與易出故障的霧化漿槍，不需要復(fù)雜的高壓風(fēng)漿系統(tǒng)及過濾器等設(shè)備，系統(tǒng)更為簡單可靠。（8）、運行穩(wěn)定，操作簡單，燃燒效率高，運用范圍廣，適合各種參數(shù)的鍋爐。五、分析性結(jié)論 綜上所述，水煤漿流化床鍋爐的高效、節(jié)能、環(huán)保、綜合投資低、運行及管理費用低，及順應(yīng)了國家提倡的低碳環(huán)保經(jīng)濟的新要求，又符合各大企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的經(jīng)濟利益和城市居民的實際需求等特性是其占領(lǐng)市場并逐漸被各

16、大城市供熱企業(yè)、新建熱源廠、工業(yè)園區(qū)企業(yè)認(rèn)可并接受的重要原因。下表格是燃煤鍋爐與水煤漿鍋爐分析性結(jié)論表。項目燃煤鍋爐水煤漿鍋爐環(huán)保性以動力煤為燃料；固態(tài)及粉體散裝運輸，儲煤場、儲渣場二次污染嚴(yán)重；原煤熱值低、硫份高、灰分大、上煤過程污染嚴(yán)重；運輸及環(huán)?？刂茋?yán)格，不便于市區(qū)運輸；以水煤漿為燃料、液態(tài)、灌裝運輸、管道輸送、泵送燃燒，整個過程密閉干凈，無二次污染，精煤熱值高、低硫、低灰；水煤漿是國際上公認(rèn)的潔凈環(huán)保燃料；經(jīng)濟效益性以一臺70MW的熱水鍋爐為例，占地面積大，包括儲煤場、除渣場、輸煤系統(tǒng)、脫硫、脫硝系統(tǒng)等總體投資3700萬元；煤鍋爐熱效率低，燃盡率低，脫硫成本高，脫硫、脫硝設(shè)備投資大；以一臺70MW的熱水鍋爐為例，設(shè)備簡單、占地面積小，無需儲煤廠、除渣場，灌裝儲存；爐內(nèi)可脫硫脫硝，總體投資約為3400萬元；鍋爐熱效率高（89%）