水煤漿潔凈燃燒技術在南海發電一廠的工程應用與分析
摘要:簡要介紹了水煤漿的特點及其在廣東南海發電一廠的應用,分析了水煤漿潔凈燃燒技術的應用在減少SO2排放量及環境保護方面的意義。
關鍵詞: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,是比較經濟、實用的煤代油清潔燃料,具有燃燒效率高、環境效益好等優點。廣東南海發電一廠2 ×200MW 燃油鍋爐汽輪發電機組,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,這是目前國內最大的燃水煤漿鍋爐。采用潔凈煤燃燒技術,可在保證鍋爐效率的同時,達到減排SO2 和煙塵、滿足環保要求的目的,不僅符合國家能源政策,還改善了當地環境狀況。
1 水煤漿的生產、儲存和輸送
南海潔能燃料有限公司水煤漿廠與南海發電一廠相距約4 km,以山東兗州煤礦和貴州省盤江煤礦所生產的洗精煤作為水煤漿生產原料。
水煤漿由運漿船經西江運至南海發電一廠碼頭,經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的攪拌桶中經攪拌、濾漿后,泵送至鍋爐燃用。
2 爐前供漿系統
2. 1 日用漿罐
在日用漿罐底部周邊設3個出漿口和1個進漿口,進漿口與3個出漿口對稱布置在同一平面的4 個象限點上。3個出漿口由圓心角為180°的環形管連接匯總到出漿總管道,再通往泵房內的攪拌桶。日用漿罐的進、出漿口均設在底部,是利用進、出漿時的流動攪拌作用,減少日用漿罐罐底的流動死角, 防止軟沉淀。3個出漿口各設1臺電動閥,依次定時輪換出漿,以保證罐內周邊的煤漿都能定期得到流動或擾動;在出漿總管道上設1臺電動調節閥,控制日用漿罐的出漿流量,以保持攪拌桶的正常液位。同時,為了防止水煤漿軟沉淀,在日用漿罐的四周靠近底部設置4處壓縮空氣攪拌點,并在罐頂相應位置設藥劑投放口。
2. 2 爐前供漿泵房
爐前供漿泵房內設有2套獨立的供漿系統,分別向2臺水煤漿鍋爐供漿。每套供漿系統包括1臺攪拌桶、3臺輸漿泵和4臺濾漿器。2套供漿系統共用1套煤泥污水收集、泵送設備。
日用漿罐的水煤漿由管道自流進入爐前供漿泵房內的攪拌桶,經過攪拌降低粘度,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高的漿槍;同時,由濾漿器回流管排出少量煤漿,經帶壓固定篩自流回到攪拌桶。濾漿器的回流量由設在帶壓固定篩出口處的節流裝置控制。
考慮到南海發電一廠鍋爐的特點,為了防止泵緊急事故時突然停止供漿引發鍋爐事故,每臺鍋爐的供漿泵設置為二用一備;同時考慮當某臺泵發生突然掉閘等意外事故時,盡量實現“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,在最短的時間內彌補供漿量的下降,防止事故的發生。
2. 3 輸漿管道
輸漿管道到達鍋爐右側墻處,在16. 0m標高設置操作檢修平臺,設供漿母管總閥門群,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、電動調節閥和前后手動隔離閥。快速切斷閥和電動調節閥由DCS系統控制。供漿母管總閥門群連接至爐前供漿管網。
2. 4 爐前供漿管網布置
爐前供漿管網的作用是向位于鍋爐四角并分布于5個不同標高的20支噴槍供漿。設計采用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、清洗水管道均設快速三通閥和啟閉閥,由DCS系統控制其轉向或開閉。為了提高爐前供漿系統運行的可靠性,設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,在廠區內的爐前供漿泵房和2座水煤漿鍋爐之間各設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的清洗污水, 通過渣漿泵將污水排放到設在廠外罐區的煤泥污水處理系統,進行處理或用泵揚至罐車送到水煤漿廠作為制漿原料。
在正常生產中,只有在切換輸漿泵、濾漿器排渣和更換漿槍等情況下,才需要對相應設備進行清洗, 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行清洗,則會產生較多的煤泥污水。為此, 該系統設2座300m3 污水沉淀池進行交替使用,設 1座澄清水池和2臺澄清水泵。澄清后的溢流水循環使用,不外排;沉淀后的煤泥采用人工清挖,供外銷民用,以對環境污染進行有效的控制。
為了加速細粒煤泥的沉淀,提高澄清水質,設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量泵。加藥點設在沉淀池煤泥污水入口處,絮凝劑隨著流動的煤泥污水一起進入煤泥沉淀池。
4 燃用水煤漿減排SO2 的效果
對國內10余臺燃用水煤漿(燃煤硫分0. 6% ～ 1. 87% )電站和工業鍋爐進行的檢測表明,在不添加脫硫劑的情況下,燃用水煤漿的鍋爐煙氣中SO2 質量濃度均在640mg/m3 以下,可滿足我國2004年以前實施的《鍋爐大氣污染物排放標準》( GB 1371 - 2001)中規定的II時段900mg/m3 限值要求,但達不到2004年開始實施的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223 - 2003)中規定的400mg/m3 要求。從10臺爐水煤漿用煤硫分數據可見,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,不僅僅是因為燃煤的硫分低,煤炭灰分中所含的堿性礦物質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與硫分的摩爾比一般均小于1,因此,直接燃用常規水煤漿的脫硫效果還不夠理想。工業試驗表明,在水煤漿中適當添加脫硫物質,可以提高水煤漿燃燒時的脫硫效果。白楊河電廠和燕化三電站鍋爐分別進行了水煤漿補加脫硫劑的試驗,在制漿用煤硫分為0. 6% ～0. 65%的條件下,煙氣中SO2 質量濃度為255～ 209mg/m3。試驗結果表明,向水煤漿中補加脫硫劑,可進一步降低煙氣中的SO2 排放濃度。
南海發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加一定量的脫硫劑,應該可以達到40%以上的脫硫率和低于400mg/m3 的煙氣SO2 排放標準。
5 水煤漿與原煤、重油比較
5. 1 水煤漿的優點
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點:
(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85%左右。實踐表明,燃用水煤漿可節煤1 /3左右,減少了對環境的污染。
(2)燃料費用低。按熱值計算,約2 t的水煤漿可代替1 t重油,但其價格卻不到重油的1 /4,在同等熱值的情況下,大大節約了燃料費用。
(3)具有一定的脫硫、脫氮效果。火焰中心溫度比煤粉爐低100～150 ℃,以及爐內存在水蒸汽, 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在燃燒時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,節約了灰渣存貯場地,從而減少了灰渣的二次污染。
(5)環保和經濟性兼備。與燃煤相比,燃用水煤漿可減少燃料的占地和輸送環節。水煤漿密封運輸,減少了散煤運輸過程中的損失與污染,同時還節約了人力、物力及財力。
(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,具有更高的安全性,也減少了消防的投資和運行成本。
(7)煙囪無黑煙。燃用水煤漿鍋爐的排煙接近水蒸汽,消除了燃煤鍋爐運行時難以避免的“黑煙滾滾”,減少了對環境的污染。
5. 2 水煤漿的缺點
與原煤、重油比較,水煤漿也存在一些缺點,需要在應用中予以重視和改進:
(1)從水煤漿的性能來看,它適合長途運輸。但是,由于水煤漿中含30%左右的水分,水的長距離運輸則是一種經濟浪費,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量有問題,水煤漿有可能會在儲罐、管道中沉淀,清通比較困難, 所以,儲罐的機械攪拌設施及嚴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 結語
廣東南海發電一廠2 ×200MW 燃水煤漿機組于2005年底正式運行以來,雖然存在一定的不足, 但是其經濟效益和社會效益顯著,對國內的水煤漿行業起到了有效的示范作用。如果水煤漿潔凈燃燒技術能夠在我國廣泛應用,不僅能緩解國際原油緊張、價格飛速上漲所帶來的壓力,同時能有效地減少環境污染,而且能夠充分地利用我國自身煤炭資源豐富的條件,達到良好的經濟效益和社會效益。由此可見,水煤漿在我國的推廣應用前景廣闊。
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