中小型水煤浆锅炉的应用与推广发展前景

1、前言

近几年来，受国家能源政策和燃油价格因素的影响，胜利油田供热行业面临着降低成本、提高效益和适应市场的需要，供热燃料结构正在朝着节能、环保、经济的方向调整，供热技术和供热方式呈现多元化发展趋势。水煤浆作为一种新型的高效、低污染代油燃料，自2000年以来，先后在胜利油田胜南、胜北、滨南、河口等数家社区锅炉房二十余台中小型锅炉（14MW及以下）进行了试烧与推广，取得了一些有益的经验，在此与各位同行进行交流。

2、水煤浆技术及其发展概况

水煤浆是八十年代初出现的一种新型煤基流体燃料，它含煤约70％，化学添加剂约1％，其余为水。水煤浆既保持了煤炭原有的特性，又具有石油一样的流动性和稳定性，可以像石油一样易于装、贮，实现管道输送和高效燃烧，且具有安全性能好、污染物排放少、价格低廉等特点，是一种较为理想的代油、代煤燃料，可广泛用于工业锅炉、民用锅炉、工业窑炉及电站锅炉，是国际上公认的洁净煤燃料。本世纪70年代，世界能源界就开始了对水煤浆的研究，我国从“六五”到“八五”都将其列为国家重点攻关项目。在80年代初，我国在水煤浆技术上取得突破，走在了世界前列。但是，这一技术在实际应用方面却相对滞后，长期以来仅小范围的应用于大型火力发电厂，而中小型水煤浆锅炉在我国尚且处于试验阶段。

3、中小型水煤浆锅炉应用实践

2000年以来，受国际市场油价大幅飙升的影响，在国家能源政策宏观指导下，胜利油田先后在原有燃油锅炉的基础上实施了较大规模的水煤浆锅炉试烧改造与推广应用。

3.1水煤浆悬浮—雾化燃烧技术

2000年5月，胜利油田对胜南社区南苑锅炉房1台14MW燃油锅炉进行水煤浆试烧改造并取得初步成功。2001年，在胜北社区景安小区、滨南社区胜滨小区等5座锅炉房的8台燃油锅炉进行了水煤浆悬浮雾化燃烧技术改造。改造内容包括在原有燃油锅炉辅助系统的基础上增加了水力除渣、风力吹灰和静电除尘装置等。同时，重点对燃油锅炉实施供热采暖网燃浆工艺技术改造，在保留锅炉主体的前提下增设了预燃室、清灰门以及渣沟等，选用了特制水煤浆浆枪和轻油枪。通过两个运行期的试烧实践表明，尚且存在以下有待改进完善的问题与不足：一是系统工艺较为复杂，操作难度和人员劳动强度大；二是易发生燃烧恶化甚至灭火情况，燃烧稳定性较差；三是为保证水煤浆的稳定、可靠燃烧，炉膛中心区温度一般应控制在1500～1600℃，负荷调节范围过小；四是结焦、积灰现象严重，难以实现连续运行；五是工艺对燃烧器、配风技术以及水煤浆品质要求较高。特别需要说明的是，改造后的水煤浆锅炉实际出力明显降低，通过经验来看，尚不足原燃油锅炉出力的80%。

3.2水煤浆悬浮—流化燃烧技术

鉴于以上原因，2002年以来由胜利油田胜利发电厂与东北电力学院共同研制开发的水煤浆悬浮流化床燃烧技术在胜南、胜北、滨南、河口等数家社区锅炉房20余台中小型锅炉上得到推广与应用。

水煤浆悬浮流化燃烧技术的工作原理是：将粒状水煤浆投入燃烧室下部装有媒体物料的炽热的流化床中，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析出水分、挥发分析出并着火燃烧及焦碳燃烧过程，并在流化状态下将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，热烟气带出的媒体物料和较大的水煤浆颗粒团被设置在燃烧室出口的分离器分离、捕捉，返回燃烧室下部密相区继续进行流化燃烧，这样既减少了媒体物料的损失，又实现了水煤浆颗粒团的循环燃烧，同时分离器气流的扰动有助于可燃气体与氧气的进一步混合和燃烬，从而获得高的燃烧效率。由于媒体物料中的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，而在850～950℃左右的温度下，燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可进一步有效地减少SO2的排放。此外，低温燃烧过程有效的控制了热力型NOX的形成。通过供暖期运行情况来看，各项技术指标明显优于传统的雾化悬浮燃烧方式，其主要特点为：（1）实现了水煤浆的低负荷稳定燃烧，解决了水煤浆悬浮雾化燃烧带来的易结焦积灰、运行不稳定、安全性差等问题；（2）实现了着火燃烧后的水煤浆颗粒团的循环燃烧与可燃气体的燃烬，燃烧效率一般在95~98％以上；（3）含有石灰石成分的媒体物料，辅之于供热采暖网低温燃烧技术实现了水煤浆燃烧过程中的直接脱硫，减少了SO2的排放，有利于环保；（4）负荷调节特性好，燃烧稳定，水煤浆品质适应性好；（5）省略了风压雾化燃烧工艺，使系统更为简单可靠，减少了投资费用；（6）锅炉运行参数稳定，操作简单，适合各种参数的水煤浆锅炉。

水煤浆悬浮流化床燃烧技术的试烧成功，标志着胜利油田在中小型水煤浆锅炉应用技术上迈出实质性的一步，走在了国内同行业的前列。

4、综合效益分析

4.1经济效益分析

水煤浆的热值取决于原煤料的热值和制备浓度，一般为4500-5000kcal/kg之间，即每2～2.2t水煤浆可代替1t重油，按胜利油田目前水煤浆市场价530元/t，重油价格1800元/t计算，如果按低位发热量每2.2t水煤浆替代1t重油，则水煤浆代油技术应用后，单纯就燃浆成本而言可比燃油下浮近40%，供热燃料成本明显降低。

以胜北社区景安锅炉房为例，2001年改造前，采用1台14MW、2台7MW燃油热水锅炉为驻地近35万平方米的居民区和生产厂区实施供暖服务，年消耗燃油约5400吨，折算每平方米燃油成本为0.23元/天。2003年实施水煤浆悬浮流化床燃烧技术改造后，选用3台14MW水煤浆锅炉（两开一备，其中1台为原有14MW燃油锅炉改造，两台为新增水煤浆锅炉）对小区实施供暖，年消耗水煤浆约12000吨，年耗浆成本为630万元，综合考虑水煤浆改造初期投资以及增加的媒体物料、电量、轻油消耗等费用，实施水煤浆代油技术改造后，每平方米燃料成本可降低0.05元/天左右，具有较为可观的经济效益。

当然，由于受煤源、制浆工艺、运输环境以及市场规模等客观条件的影响，各地水煤浆的生产成本与市场价格会存在着较大的差异，也直接影响到一个地区水煤浆技术的应用与发展水平。

4.2社会效益分析

首先，我国煤多油少，煤炭占我国化石能源储量的92.94%，在一次能源消费结构中煤炭一直处于主导地位。

而石油是重要的战略物资，国内石油产量的增加远不能满足需求的增长，据预测，到2010年我国原油将缺口1.2亿吨，国产原油只能满足需求量的58%，对境外石油的依赖程度不断增加，对我国能源安全构成严重威胁。因此，供热采暖网我国一次能源以煤为主的格局在相当长时期内尚难以改变。据预测，到本世纪中，煤炭在我国一次能源消费结构中的比重还难以降至50%以下。所以国家在“十五计划纲要”中指出，“能源建设要发挥资源优势……以煤炭为基础能源”。然而，大量消耗煤炭特别是直接作为终端能源消耗必然引起严重的环境污染。有数据表明，我国原煤总产量的70%以上用于锅炉燃烧，而中小型锅炉在锅炉总体结构中占据近90%的份额，严重制约了我国节能技术与环境保护工作的健康发展。因此，在国际油价飙升，国内石油可采储量日渐下降的今天，如何立足于国内资源，发挥我国能源结构优势已经成为亟待解决的问题。中小型水煤浆锅炉的应用与推广，为我国以煤带油技术和洁净煤技术开辟了一个广阔的发展空间。

其次，水煤浆为洗选后精煤经物理加工而成，含灰、硫、有害物质等远低于常规动力煤和其它工业用煤；而且，由于水煤浆为煤水混合物，其燃烧温度比烧油和煤粉低（约100℃），可大大减少SO2的析出和NOx的生成。同时，水煤浆与煤炭比较，燃烧率由煤炭的60%提升到95%以上，而水煤浆锅炉的热效率可达85%以上，略低于燃油锅炉，这样在同等热值下不仅大大节约了燃煤的消耗量，同时也减少了对大气环境的污染。实践证明，水煤浆锅炉在SOx、NOx排放浓度和排放总量方面均优于燃煤锅炉，在烟尘排放浓度和排放总量方面，只要采取相应的除尘设备，完全可满足一、二类地区环保要求，具有良好的环境效益。

另外，水煤浆相对于燃油和煤粉的易燃、易爆特性来说，其制造、储存、运输、使用过程中的安全性都得到了很大的提高。

5、结束语

综上所述，水煤浆作为是一种较为理想的代油、代煤燃料，在我国中小型锅炉上应用推广具有较为广阔的空间和可观的经济、社会效益。但是，水煤浆与真正的重油燃料相比还是有很大差别的，尤其是水煤浆的含灰量，尽管比原煤少，但仍不能无视其存在的结渣、积灰以及磨损等问题，初期投资和灰渣处理等运行费用都要明显高于燃油锅炉。另外，地处偏远、相对分散的锅炉房还应考虑到浆源以及长途运输所带来的成本增加因素，在制定水煤浆改造方案时必须慎重抉择。