吴凤海（黑龙江新春锅炉厂）
摘要：水煤浆作为一种新型煤基流体洁净环保燃料，既保留了煤的燃烧特性，又具备类似重油的液态燃烧应用特点，是目前我国一项现实的洁净煤技术。研究分析了水煤浆锅炉和水煤浆锅炉设备，提出了水煤浆锅炉设备使用注意事项几点思考。
关键词：水煤浆锅炉设备燃烧特点注意事项
0引言
能源是重要的战略资源，是保障经济社会持续快速健康发展的物质基础。随着世界能源资源的紧缺，环境污染的加重，节能减排已经成为世界经济和社会发展的重大任务。水煤浆(CWM)是一种新型煤基流体洁净环保燃料，既保留了煤的燃烧特性，又具备类似重油的液态燃烧应用特点，是目前我国一项现实的洁净煤技术。水煤浆作为节约和替代石油以及洁净煤利用的示范与推广技术，对于发挥中国煤炭资源优势，既符合国情要求，又可保证能源安全，具有现实和长远意义[1，2]。本文主要探讨了水煤浆锅炉设备使用相关问题。
1水煤浆锅炉预燃室
当水煤浆进入炉腔燃烧前，先在一个容积比较小的燃烧室内被点燃，并形成火炬，然后稳定的火焰直接喷入炉膛，继续燃烧，直至燃尽，其优点如下：由于预燃室是根据燃烧空气动力学稳燃原理设计的，体积小，调节灵活，可以针对不同水煤浆的性能，建立合理的气流结构，使煤浆在其中完成水分的蒸发、挥发份析出、点燃以及稳定燃烧；由于稳燃性能优越，水煤浆可在冷风条件下起动和稳定燃烧。可简化设备和起动工作量，节省大量点火用油；当锅炉改装为燃用水煤浆时，炉膛改造工作量小。
在众多预燃室中，偏置射流预燃室有其独特的优点。雾化了的水煤浆和空气混合物以一定速度通过下偏置的一次风管直射入内壁衬有耐火材料燃烧室有限空间，由于它对周围介质的差吸，在预燃室上都出现一个很大的回流区。在一次风口下侧近底部处有一股起吹灰和控制燃烧作用的控制射流，它一方面增大了射流出口附近的湍流度，另一方面又对主射流起引射作用。使上半部的回流区更强大。形成一个稳定的高温热源，点燃煤浆颗粒。使之稳定并强化燃烧．回流区的大小和位置以及吹灰效果，可通过调节一次风主射流和控制射流来达到。
热态试验表明，在预燃室内，上半部温度高，下半部温度低。头部温度低，尾部强度高。中心温度明显高于壁面附近温度，这种温度分布正是这种非对称射流预燃室能强化燃烧，又能做到不结渣，积灰的原因所在。
对不同性质的水煤浆，预燃室出口温度1250~1350℃，炉膛火焰温度1300~1400℃，火焰长度约6米，燃烧效率96％~98％。
采用预燃室装置燃烧水煤浆，对油炉改造是一个突出的优点，它的燃烧组织主要在预燃室内部和炉膛结构关系不很大，炉膛的作用仅是燃尽和冷却炽热烟气，预燃室配置低压喷嘴后在改造中小型油炉领域内将有很大的天地。目前这种燃烧方式在北京印染厂多台燃油，煤锅炉上改装采用。
2水煤浆燃烧器
水煤浆锅炉设计特色在于炉前供浆系统燃烧器和炉膛结构的设计。炉前供浆系统良好工作的前提是要有合格的煤浆，取决于供浆厂的工艺和添加剂的惯合量，煤浆一旦发生沉淀，则是很难处理的。其二是浆泵和阀门的耐磨性，良好的浆泵寿命在2000小时以上。阀门过滤器易堵塞也是个问题，这就需要有制订切实可行的合理的操作规程。
水煤浆燃烧器又称配风器，是水煤浆燃烧的又一个关键设备。理论研究表明：水煤浆着火热的主要来源是依靠高温烟气的对流加热，这就对燃烧配风的组织以获得使得煤浆雾炬能有效地得到加热，成为水煤浆着火的关键。同时，合理的配风是加强燃烧室内湍动度，提高水煤浆燃烧速度和燃烬度的关键。合理的配风还将影响到污染物的排放，分段送风可以控制NOx的生成和排放，同时合理的配风还将增加燃烧经济性。
根据水煤浆燃烧特性，可采用水煤浆旋流燃烧器。旋流燃烧器是利用旋转射流的特性设计而成的燃烧器，因为不仅旋流燃烧器有较大的喷嘴扩张角，使射流较短，能在较短的炉室中完成燃烧过程，而且在强旋流的内部形成一个回流区，满足煤浆着火所需的回流烟气量的要求旋转射流不仅从射流外侧卷吸周围介质，还从回流区中卷吸介质，故它有较好的“抽气"能力，使大量高温烟气回流到火炬根部，保证燃料顺利着火和火焰稳定燃烧。
旋流燃烧器的特性：①组织良好的空气动力场，使煤浆气流能够及时着火。②燃烧运行可靠，燃烧器不易烧坏、磨损，炉膛不发生灭火。③有较好的燃料适应性和负荷的调节性。风速和风量能够根据负荷和煤浆种类的变化而准确调节。④便于调节和自动控制。⑤能使喷雾雾化和炉膛合理配合。
旋流型燃烧器在工业锅炉和窑炉上已广泛应用。我国在北京造纸一厂20t/h、60t/h及新建的35t/h锅炉上以及广西桂林钢厂、山东莱芜钢厂等工业窑炉上应用的燃烧器均为旋转型燃烧器。我国在工业上应用于20t/h锅炉的旋流型然烧器属于轴向可动叶轮式。
其特点是一、二次风分别进风，一次风采用固定叶轮式稳焰器，但可沿轴线前后移动以便调节中心回流区和火陷位置，二次风采用可调切向式叶片。燃烧器出口装有耐火材料制成的旋口。试验表明水煤浆着火稳定，无脱火现象，燃烧效率可达98％。
应用于60t/h锅炉的油一水煤浆两用旋流燃烧器。其特点是分中心风、一次风、二次风分别进风，便于在试验中加以调整，寻找最佳的结构和运行参数来适应油及水煤浆两种燃料的着火和燃烧需要。二次风选用轴向可动叶轮，中心风及一次风采用固定叶轮，一次风及二次风装有扩口。
U型火焰与W型火焰一样属于顶燃炉，具有火焰行程长、二次风可分级送风，炉出口速度场及温度场偏差小等特点，较适合于低挥发分煤粉及水煤浆的燃烧。早期采用小容量U型炉烧无烟煤比较多。60年代起，美国ForsterWheeler公司和法国StunIndusrtil公司以及日本日立BW公司相继把U型火焰发展为W型。目前，这种炉型已在国内许多电厂得到应用。我国新设计的35t/h水煤浆专用锅护的辅助燃烧器属于这一类型。
四角燃烧器燃烧方式很广泛地应用于我国电站锅炉，白杨河电站230t/h燃油锅炉改造方案中选用的侧二次风布置的水煤浆燃烧器是四角燃烧方式。该燃烧器是我国“六五”、“七五”水煤浆攻关成果的基础上开发出来的，燃烧器可以全烧水煤浆和全烧油或水煤浆和油混烧。燃烧器的结构共分七层，依次自下而上是第一层为下二次风喷口，第二、三、四层为侧二次风布置的水煤浆燃烧器，第四层也可用于烧油，第五、六层为油燃烧器，第五层也可以作为水煤浆燃烧时的上二次风，第七层为三次风喷口。在额定负荷下，燃烧水煤浆时停用第六层油燃烧器，燃油时投用第四、五、六层燃烧器。锅炉进行单角燃烧水煤浆的试验。试验表明：该燃烧器的改造设计能满足水煤浆燃烧的要求，保证锅炉的安全运行。
3燃用水煤浆锅炉的特点
①可以泵送、装卸、用罐贮存；流量可通过阀门控制：锅炉房炉前燃料系统设备和燃油机组十分相似。②可以像油一样雾化后燃烧，易着火，燃烧稳定。保留了煤粉的燃烧特性。启动时间短，负荷变动适应性强(可在40％负荷稳定运行)。燃烧效率一般为97％~99％。③约含30％水分，在常温全封闭状态下输送不会爆炸、自燃，降低了贮存运输的防火要求。④没有煤炭在贮运过程中的物料损失(约3％)，锅炉现场没有庞大且粉尘飞扬的煤场、输煤、制粉及干燥系统。环境卫生、噪音与燃油机组相似。⑤炉后除尘除渣设备及灰场容量比燃煤机组要小许多。灰场容量仅为燃煤机组的1/4。灰场扬尘对大气造成的二次污染较小。⑥炉内燃烧温度比煤粉炉低100℃~200℃，NO排放相对较低。⑦在炉前煤浆中均匀加石灰水(约3％)，炉内脱硫率约可达50％，一般比煤粉炉要高。燃油含硫量一般约为2％，也存在脱硫费用昂贵的问题。⑧由于燃用水煤浆机组燃料系统类似于燃油机组，运行管理、维护检修简单，低灰水煤浆对受热面的磨损大大低于燃煤锅炉，减少了检修工作量，从而可减少人力和资金的投入。并且其安全可靠性还优于燃油机组。⑨水煤浆在常温下磨制，比燃煤机组在热风干燥过程中制粉散热损失小。水煤浆燃烧率高达99％，即使剩5％左右的炉灰渣，其中的90％也是生产水泥的优质原料。
4水煤浆锅炉注意事项
4.1水煤浆锅炉必须有蓄热室，为保证蓄热室能尽快蓄热升温，一般都不设受热面，但水煤浆正常燃烧后，又会因温度太高而结焦，为了解决此矛盾，可在蓄热室两侧墙增加冷却风管，并有风门调节。根据蓄热室的温度情况增加或减少风量，来调节蓄热室两侧墙温度避免结焦，同时，该风还可起到扰流助燃作用，改善锅炉燃烧工况，效果明显。
4.2控制一次风和水煤浆的混合。显然，一次风若在水分蒸发阶段结束之前过早和过量地与水煤浆混合会延长蒸发阶段的过程。可以认为，水煤浆蒸发阶段不需要一次风，一次风应尽可能在水分蒸发阶段基本结束之时逐渐和水煤浆混合。
4.3二次风量宜分级加入。水煤浆一旦水分基本蒸发完毕，其燃烧过程本质上属于煤粉燃烧。但比同类煤种的煤粉燃烧难度大，大量的水分吸收了大量的汽化热，使燃烧温度降低100℃以上，加上煤浆结团后颗粒增大，使燃烧过程延长。此外，粗大的浆团容易分离掉入炉底，使炉渣含炭量加大。所以，根据煤浆的特点，将二次风分作底部风、上部风、中间风、侧边风等有选择地送入炉内是很有必要的。
4.4水煤浆燃烧系统的应用涉及到水煤浆来源、厂区储存、水煤浆燃烧负荷设计、燃烧器及辅机参数的选择等逐个环节，需要认真分析、设计，应对补充燃烧水煤浆原有的排烟设备等进行核算。
4.5对水煤浆的出厂价格、运输价格和增加的发电量等因素做出合理的经济技术分析。确定合理的经济性，对设备稳定运行要求较高的电厂，水煤浆质量的选择至关重要。
4.6水煤浆应定期搅拌，搅拌的周期和时间需与供浆单位确认。在系统设计时要考虑管道内水煤浆的流动，采用循环回路，避免管道内沉积堵塞。
4.7水煤浆燃烧器的设计要求较高，在选择燃烧器时要充分考虑它的使用寿命、燃烧效果和燃烬等因素。
4.8设备应定期清洗和切换运行，包括卸浆泵、过滤器、供浆泵及其相应的连接管道。
4.9管道阀门(包括仪表阀)全部采用球阀，增大流通面积。
5结语
本文主要探讨了水煤浆锅炉设备相关知识，指出水煤浆含灰量低，有利于环境保护。应当指出，目前我国配制水煤浆一般都采用经过洗选的优质煤，含灰量、含水量均低，燃烧特性较好，以便能尽快解决油炉烧水煤浆的课题。
参考文献：
[1]李毅，杨公训，高松.水煤浆锅炉的发展及现状[J].热能动力工程.2007.22(6).
[2]成预林，季云金，徐永前.水煤浆锅炉应用与系统设计[J].工业锅炉.2008.(6).