精细水煤浆工业锅炉燃烧效率研究

引言

精细水煤浆是由灰分特别低的超净煤制备的水煤浆,是由50%~55%的煤、45%~50%的水以及约1%的化学添加剂组成的稳定的煤基流体燃料,灰分质量分数小于1%,粒径小于30um,热值为14563~15910kJ,能代煤、代油、代气燃烧,广泛地应用于各行各业。

1精细水煤浆工业锅炉热效率

1.1精细水煤浆工业锅炉燃烧流程

精细水煤浆工业锅炉燃烧流程如图1所示,储浆罐中的水煤浆经搅拌器、供浆泵、过滤器,混合高压风经特制喷枪送入燃烧器,燃烧器配以一次风和二次风喷入炉膛内独立燃烧,烟气经锅炉燃尽室、对流管束、省煤器或空气预热器,从锅炉尾

部排出,炉膛内燃烧后的极少灰渣,通过除渣系统排出炉体外。

1.2精细水煤浆的浆体密度

新疆煤灰分较低,可选性较好,经过洗选灰分可以达到1%以下,适用于制备精细水煤浆。煤样工业分析与元素分析结果如表1和表2所示。

从表1、表2可知,分析煤样中水分2.02%,挥发分31.79%,灰分≤1.25%,低位发热量为29.14MJ/kg。

1.3精细水煤浆工业锅炉热效率计算公式推导

作为燃料,精细水煤浆中只有煤是产生能量的成分,水和化学添加剂的作用是分散煤颗粒获得流动性,只有在蒸发掉其中40%~50%的水分后,才能点火并稳定燃烧。精细水煤浆干燥是水分从液态通过蒸发转变为汽态的过程。由于水具有较高的比热和汽化热,水分从常温下升温到变成蒸汽的加热与蒸发过程中都要消耗大量的热能,使实际用于加热热媒的热量减少,即燃料有效热值降低。

(1)燃料的有效热值Q效:

式中,Q效为加热热媒(被加热物)所需的有效热值(kJ/h):B为燃料消耗量(kg/h):Q低位为精细水煤浆制浆用煤的低位发热量(kJ/kg):Q水蒸为燃料中水分从常温到全部蒸发所消耗的热量(J/kg):Q化失为燃料中煤化学不完全燃烧的热损失(J/kg)。

(2)精细水煤浆燃料的燃烧效率η燃:

(3)精细水煤浆工业锅炉的传热效率η传:

式中,Q热媒为加热热媒(被加热物)所需的有效热值(kJ/kg)。

(4)精细水煤浆工业锅炉的热效率η:

式中,η燃为燃烧效率:η传为传热效率(对被加热物而言)。

对于具体结构型式和工艺要求相近的锅炉,由于传热效率值处在相近的范围之内,锅炉的热效率主要由燃烧效率决定。

2精细水煤浆燃烧效率

2.1水煤浆干燥过程的吸热量

(1)每千克精细水煤浆从室温25℃加热到100℃过程中所需的吸热量:

(2)每千克精细水煤浆中水分全部汽化所需的吸热量:

(3)每千克精细水煤浆干燥过程所吸收的热量:

2.2精细水煤浆的有效热值

假设燃料中煤完全燃烧,则:

2.3精细水煤浆锅炉的燃烧效率

说明:精细水煤浆燃料在着火燃烧之前的干燥过程中,由于升温和蒸发掉全部水分所需吸收的热量,燃烧效率降低了8%~9%。

3影响精细水煤浆锅炉燃烧效率的因素

(1)浆体温度:研究表明,25℃时水煤浆的黏度为1000mPa·s,90℃时的黏度为700mPa·s,从25℃到90℃黏度下降30%,黏度明显降低,具有良好的"剪切变稀"特性,即在一定温度范围内,温度越高,水煤浆黏度越低。

(2)雾化效果:水煤浆分离成为一定细度的颗粒或颗粒群后,能与炉内空气充分混合,达到水分充分蒸发、煤粉颗粒充分燃烧的目的。雾化效果越好,其颗粒直径越小,越容易着火,燃烧效率越高。

(3)浆体黏度:黏度越低,浆体流动性越好,雾化效果越好,从而燃烧效率越高。

4结论

(1)在假设精细水煤浆中煤完全燃烧的情况下,由于燃料中全部水分的干燥过程,锅炉燃烧效率降低8%~9%。

(2)影响精细水煤浆锅炉燃烧效率的主要因素有:浆体温度、水分蒸发、水煤浆黏度和雾化效果。

(3)利用锅炉余热对燃料进行预热,改进燃烧器和喷枪结构、性能,提高燃料的雾化效果,有利于提升锅炉燃烧效率。