摘要:簡要介紹了水煤漿的特點(diǎn)及其在廣東南海發(fā)電一廠的應(yīng)用,分析了水煤漿潔凈燃燒技術(shù)的應(yīng)用在減少SO2排放量及環(huán)境保護(hù)方面的意義。

關(guān)鍵詞:水煤漿,潔凈燃料,脫硫效果

水煤漿是一種清潔煤基燃料,它是用一定級配粒度的煤粉和一定量的水及極少量的添加劑混合而成。典型的水煤漿是由66% ～69%的煤粉、30%左右的水和約1%的添加劑組成,是比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的煤代油清潔燃料,具有燃燒效率高、環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)。廣東南海發(fā)電一廠2 ×200MW 燃油鍋爐汽輪發(fā)電機(jī)組,于2003年開始改造,新建2臺670 t/h燃水煤漿、燃油兩用鍋爐,以取代原有的2 臺670 t/h 燃油鍋爐,這是目前國內(nèi)最大的燃水煤漿鍋爐。采用潔凈煤燃燒技術(shù),可在保證鍋爐效率的同時(shí),達(dá)到減排SO2 和煙塵、滿足環(huán)保要求的目的,不僅符合國家能源政策,還改善了當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀況。

1　水煤漿的生產(chǎn)、儲存和輸送

南海潔能燃料有限公司水煤漿廠與南海發(fā)電一廠相距約4 km,以山東兗州煤礦和貴州省盤江煤礦所生產(chǎn)的洗精煤作為水煤漿生產(chǎn)原料。

水煤漿由運(yùn)漿船經(jīng)西江運(yùn)至南海發(fā)電一廠碼頭,經(jīng)安裝在船上的輸漿泵泵至電廠由原儲油罐改造成的8座10 000m3 儲漿罐儲存,罐區(qū)泵房將水煤漿泵送至由原日用油罐改造成的2座1 000m3 日用漿罐,最后在爐前供漿泵房內(nèi)的攪拌桶中經(jīng)攪拌、濾漿后,泵送至鍋爐燃用。

2　爐前供漿系統(tǒng)

2. 1　日用漿罐

在日用漿罐底部周邊設(shè)3個(gè)出漿口和1個(gè)進(jìn)漿口,進(jìn)漿口與3個(gè)出漿口對稱布置在同一平面的4 個(gè)象限點(diǎn)上。3個(gè)出漿口由圓心角為180°的環(huán)形管連接匯總到出漿總管道,再通往泵房內(nèi)的攪拌桶。日用漿罐的進(jìn)、出漿口均設(shè)在底部,是利用進(jìn)、出漿時(shí)的流動(dòng)攪拌作用,減少日用漿罐罐底的流動(dòng)死角, 防止軟沉淀。3個(gè)出漿口各設(shè)1臺電動(dòng)閥,依次定時(shí)輪換出漿,以保證罐內(nèi)周邊的煤漿都能定期得到流動(dòng)或擾動(dòng);在出漿總管道上設(shè)1臺電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,控制日用漿罐的出漿流量,以保持?jǐn)嚢柰暗恼Ｒ何弧Ｍ瑫r(shí),為了防止水煤漿軟沉淀,在日用漿罐的四周靠近底部設(shè)置4處壓縮空氣攪拌點(diǎn),并在罐頂相應(yīng)位置設(shè)藥劑投放口。

2. 2　爐前供漿泵房

爐前供漿泵房內(nèi)設(shè)有2套獨(dú)立的供漿系統(tǒng),分別向2臺水煤漿鍋爐供漿。每套供漿系統(tǒng)包括1臺攪拌桶、3臺輸漿泵和4臺濾漿器。2套供漿系統(tǒng)共用1套煤泥污水收集、泵送設(shè)備。

日用漿罐的水煤漿由管道自流進(jìn)入爐前供漿泵房內(nèi)的攪拌桶,經(jīng)過攪拌降低粘度,再泵送到在線濾漿器過濾,除去混入煤漿中的大顆粒雜物后,匯入輸漿母管,送往位于鍋爐四角各標(biāo)高的漿槍;同時(shí),由濾漿器回流管排出少量煤漿,經(jīng)帶壓固定篩自流回到攪拌桶。濾漿器的回流量由設(shè)在帶壓固定篩出口處的節(jié)流裝置控制。

考慮到南海發(fā)電一廠鍋爐的特點(diǎn),為了防止泵緊急事故時(shí)突然停止供漿引發(fā)鍋爐事故,每臺鍋爐的供漿泵設(shè)置為二用一備;同時(shí)考慮當(dāng)某臺泵發(fā)生突然掉閘等意外事故時(shí),盡量實(shí)現(xiàn)“零切換”,確定選用單臺流量能滿足90m3 /h的螺桿泵,以備在這種情況下迅速提升供漿能力,在最短的時(shí)間內(nèi)彌補(bǔ)供漿量的下降,防止事故的發(fā)生。

2. 3　輸漿管道

輸漿管道到達(dá)鍋爐右側(cè)墻處,在16. 0m標(biāo)高設(shè)置操作檢修平臺,設(shè)供漿母管總閥門群,包括主通道閥門組和旁路通道閥門組,每組閥門均包括快速切斷閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和前后手動(dòng)隔離閥。快速切斷閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由DCS系統(tǒng)控制。供漿母管總閥門群連接至爐前供漿管網(wǎng)。

2. 4　爐前供漿管網(wǎng)布置

爐前供漿管網(wǎng)的作用是向位于鍋爐四角并分布于5個(gè)不同標(biāo)高的20支噴槍供漿。設(shè)計(jì)采用4 + 1 母管供漿方案,即在鍋爐四角對稱布置4根向上的垂直母管,為1～4層16支漿槍供漿;布置于鍋爐側(cè)墻的一根垂直母管專供第5層的4支漿槍。20支漿槍前的供漿、清洗水管道均設(shè)快速三通閥和啟閉閥,由DCS系統(tǒng)控制其轉(zhuǎn)向或開閉。為了提高爐前供漿系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,設(shè)1根從爐前供漿母管至供漿泵房攪拌桶的回流管。

3　煤泥污水的回收

為了處理煤泥污水,在廠區(qū)內(nèi)的爐前供漿泵房和2座水煤漿鍋爐之間各設(shè)1套污水收集桶和渣漿泵,分別收集爐前供漿泵房和爐前罐網(wǎng)的清洗污水, 通過渣漿泵將污水排放到設(shè)在廠外罐區(qū)的煤泥污水處理系統(tǒng),進(jìn)行處理或用泵揚(yáng)至罐車送到水煤漿廠作為制漿原料。

在正常生產(chǎn)中,只有在切換輸漿泵、濾漿器排渣和更換漿槍等情況下,才需要對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行清洗, 排出少量煤泥污水;若需要對較長的輸漿管道或儲漿罐等進(jìn)行清洗,則會(huì)產(chǎn)生較多的煤泥污水。為此, 該系統(tǒng)設(shè)2座300m3 污水沉淀池進(jìn)行交替使用,設(shè) 1座澄清水池和2臺澄清水泵。澄清后的溢流水循環(huán)使用,不外排;沉淀后的煤泥采用人工清挖,供外銷民用,以對環(huán)境污染進(jìn)行有效的控制。

為了加速細(xì)粒煤泥的沉淀,提高澄清水質(zhì),設(shè)1 套凝絮劑加藥裝置,絮凝劑采用聚丙烯酰胺。該裝置包括絮凝劑稀釋攪拌桶和加藥計(jì)量泵。加藥點(diǎn)設(shè)在沉淀池煤泥污水入口處,絮凝劑隨著流動(dòng)的煤泥污水一起進(jìn)入煤泥沉淀池。

4　燃用水煤漿減排SO2 的效果

對國內(nèi)10余臺燃用水煤漿(燃煤硫分0. 6% ～ 1. 87% )電站和工業(yè)鍋爐進(jìn)行的檢測表明,在不添加脫硫劑的情況下,燃用水煤漿的鍋爐煙氣中SO2 質(zhì)量濃度均在640mg/m3 以下,可滿足我國2004年以前實(shí)施的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( GB 1371 - 2001)中規(guī)定的II時(shí)段900mg/m3 限值要求,但達(dá)不到2004年開始實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223 - 2003)中規(guī)定的400mg/m3 要求。從10臺爐水煤漿用煤硫分?jǐn)?shù)據(jù)可見,其中一部分燃煤硫分超過1. 8% ,這說明燃用水煤漿鍋爐SO2 排放濃度低的原因,不僅僅是因?yàn)槿济旱牧蚍值?煤炭灰分中所含的堿性礦物質(zhì)和水煤漿所含的水分也具有一定的脫硫功能。

但是,由于煤炭灰分中的堿性礦物質(zhì)與硫分的摩爾比一般均小于1,因此,直接燃用常規(guī)水煤漿的脫硫效果還不夠理想。工業(yè)試驗(yàn)表明,在水煤漿中適當(dāng)添加脫硫物質(zhì),可以提高水煤漿燃燒時(shí)的脫硫效果。白楊河電廠和燕化三電站鍋爐分別進(jìn)行了水煤漿補(bǔ)加脫硫劑的試驗(yàn),在制漿用煤硫分為0. 6% ～0. 65%的條件下,煙氣中SO2 質(zhì)量濃度為255～ 209mg/m3。試驗(yàn)結(jié)果表明,向水煤漿中補(bǔ)加脫硫劑,可進(jìn)一步降低煙氣中的SO2 排放濃度。

南海發(fā)電一廠所用水煤漿的硫分為0. 26% (折算為制漿用煤的硫分小于0. 4% ) ,低于白楊河和燕化電廠燃用水煤漿的含硫量,如果再向水煤漿中補(bǔ)加一定量的脫硫劑,應(yīng)該可以達(dá)到40%以上的脫硫率和低于400mg/m3 的煙氣SO2 排放標(biāo)準(zhǔn)。

5　水煤漿與原煤、重油比較

5. 1　水煤漿的優(yōu)點(diǎn)

水煤漿是一種清潔燃料,與原煤、重油相比較主要具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)熱效率高。一般中小鍋爐燃煤的熱效率約 60% ,燃用水煤漿則可達(dá)85%左右。實(shí)踐表明,燃用水煤漿可節(jié)煤1 /3左右,減少了對環(huán)境的污染。

(2)燃料費(fèi)用低。按熱值計(jì)算,約2 t的水煤漿可代替1 t重油,但其價(jià)格卻不到重油的1 /4,在同等熱值的情況下,大大節(jié)約了燃料費(fèi)用。

(3)具有一定的脫硫、脫氮效果�；鹧嬷行臏囟缺让悍蹱t低100～150 ℃,以及爐內(nèi)存在水蒸汽, 可減少NOx 的生成;水煤漿含有的水分和煤炭灰分中的堿性礦物質(zhì)在燃燒時(shí)具有一定的脫硫效果。

(4)灰渣的二次污染少。與燃煤鍋爐相比,燃水煤漿鍋爐由于其燃燒效率和鍋爐熱效率的提高, 爐渣中的碳分由燒煤炭的13. 7%降到燒水煤漿的 0. 59% ,出渣量亦大幅減少,延長了除渣周期,節(jié)約了灰渣存貯場地,從而減少了灰渣的二次污染。

(5)環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性兼?zhèn)�。與燃煤相比,燃用水煤漿可減少燃料的占地和輸送環(huán)節(jié)。水煤漿密封運(yùn)輸,減少了散煤運(yùn)輸過程中的損失與污染,同時(shí)還節(jié)約了人力、物力及財(cái)力。

(6)安全性高。水煤漿是一種煤水混合物,其著火溫度在800 ℃左右,在使用和儲存時(shí),具有更高的安全性,也減少了消防的投資和運(yùn)行成本。

(7)煙囪無黑煙。燃用水煤漿鍋爐的排煙接近水蒸汽,消除了燃煤鍋爐運(yùn)行時(shí)難以避免的“黑煙滾滾”,減少了對環(huán)境的污染。

5. 2　水煤漿的缺點(diǎn)

與原煤、重油比較,水煤漿也存在一些缺點(diǎn),需要在應(yīng)用中予以重視和改進(jìn):

(1)從水煤漿的性能來看,它適合長途運(yùn)輸。但是,由于水煤漿中含30%左右的水分,水的長距離運(yùn)輸則是一種經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),因此,漿廠與電廠之間的距離要予以充分考慮。

(2)如果存放周期過長或漿液質(zhì)量有問題,水煤漿有可能會(huì)在儲罐、管道中沉淀,清通比較困難, 所以,儲罐的機(jī)械攪拌設(shè)施及嚴(yán)格的管理措施是必要的。

(3)盡管水煤漿的含灰量比原煤少,但也存在結(jié)渣、積灰以及磨損等問題。到目前為止,該問題的解決方法還在探討中。

6　結(jié)語

廣東南海發(fā)電一廠2 ×200MW 燃水煤漿機(jī)組于2005年底正式運(yùn)行以來,雖然存在一定的不足, 但是其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著,對國內(nèi)的水煤漿行業(yè)起到了有效的示范作用。如果水煤漿潔凈燃燒技術(shù)能夠在我國廣泛應(yīng)用,不僅能緩解國際原油緊張、價(jià)格飛速上漲所帶來的壓力,同時(shí)能有效地減少環(huán)境污染,而且能夠充分地利用我國自身煤炭資源豐富的條件,達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由此可見,水煤漿在我國的推廣應(yīng)用前景廣闊。

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