水煤漿（簡(jiǎn)稱CWM）是70年代迅速發(fā)展起來的一種以煤代油的新型燃料，世界上許多國(guó)家都投入大量的資金和人力進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)，使水煤漿成為極具發(fā)展前途的潔凈燃料。
    燕化公司現(xiàn)每年燒掉燃油達(dá)100萬t，由于生產(chǎn)的發(fā)展，燃料用量還要不斷增加。隨著燕化公司對(duì)重油加工工藝的改進(jìn)和加工能力的提高，以及水煤漿燃燒技術(shù)在電站鍋爐的推廣應(yīng)用，燕化公司決定以水煤漿代替燃料重油，并于1996年10月～19 97年5月委托中石化咨詢公司等單位進(jìn)行了可行性研究。為取得燃用水煤漿的經(jīng)驗(yàn)，燕化集團(tuán)公司決定在其第三熱電站首先建一臺(tái)220 t／h水煤漿示范鍋爐，此時(shí)恰逢日本國(guó)施行綠色援助計(jì)劃（燃用脫硫型水煤漿）。1998年8月開始進(jìn)行拆遷及場(chǎng)地平整工作，1999年1月正式開工，2000年1月15日試運(yùn)行，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、220 t/h CWM鍋爐燃燒系統(tǒng)總體方案
    220 t／h CWM鍋爐按燃用水煤漿、脫硫型水煤漿、重油設(shè)計(jì)，每種燃料均能達(dá)到100%負(fù)荷。燃燒器布置于前墻，上下分5層，每層2支，共10支燃燒器，其編號(hào)分別為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J。A～H共8支燃燒器，由日立公司設(shè)計(jì)制造，每個(gè)燃燒器上安裝有CWM槍、重油槍、輕油槍、電打火及2支火焰監(jiān)視器，均為遠(yuǎn)方氣動(dòng)控制進(jìn)退。I、J為燃油燃燒器，位于最上層，這兩支燃燒器由杭州鍋爐廠設(shè)計(jì)制造，每個(gè)燃燒器上配備有重油槍、電打火和火焰監(jiān)視器。I、J燃燒器只有在鍋爐處于燃油狀態(tài)時(shí)投入使用，并停用A、B兩個(gè)燃燒器上的重油槍。
2、CWM燃燒試驗(yàn)
    2000年3月9日，在燃燒5只重油槍(A，B，C，D，F(xiàn))的條件下，漿槍E-次點(diǎn)火成功，隨后又相繼進(jìn)行了同時(shí)燃燒2、3、4、5、6只漿槍的燃燒試驗(yàn)及脫硫型水煤漿燃燒試驗(yàn)。
2.1  爐前供漿系統(tǒng)
    由制漿間來的水煤漿進(jìn)入爐前攪拌罐，經(jīng)攪拌后進(jìn)入過濾器K108去雜質(zhì)，然后進(jìn)入供漿母管。4臺(tái)螺桿泵（3臺(tái)工作1臺(tái)備用）把水煤漿升壓后供燃燒器燃用。
    本次燒漿用的是北京水煤漿廠生產(chǎn)的水煤漿，這種漿由于其揮發(fā)成分少、灰溶點(diǎn)低，屬于不易燃燒的漿種。目前世界上還沒有在大型工業(yè)鍋爐上燃燒這種低品質(zhì)煤漿的先例。
2.2  煤漿火焰著火及燃燒
    煤漿燃燒關(guān)鍵是如何縮短煤漿升溫及水分蒸發(fā)階段，使煤漿及時(shí)著火，燃燒后期使固定碳盡可能燃凈。
    對(duì)煤漿著火影響最大的兩個(gè)因素是漿壓和霧化蒸汽壓力，見表1。
    漿壓在0.7～1.8 MPa范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)著火。與燃燒重油不同的是，當(dāng)漿壓增加時(shí)，相應(yīng)的霧化汽壓力也必須增加，且兩者之間的壓力差不大于0.2 MPa。這是因?yàn)樗�煤漿的霧化比較困難，主要靠蒸汽的沖擊破碎，使煤漿形成細(xì)小液滴，當(dāng)漿壓上升時(shí)，漿體本身具有的能量提高，必須相應(yīng)提高霧化蒸汽的能量（壓力）才能使?jié){炬破碎；當(dāng)霧化蒸汽壓低于漿壓較大時(shí)，霧化效果差，不能著火，當(dāng)霧化蒸汽壓高于漿壓較大時(shí)(0.4 MPa)，影響煤漿的噴出量，嚴(yán)重時(shí)蒸汽倒流進(jìn)入煤漿管線，使煤漿根本就噴不出來。
    高煤漿壓力下雖然也能著火，但漿管線發(fā)生振動(dòng)，火焰不穩(wěn)定，所以，目前實(shí)際運(yùn)行時(shí)漿壓保持在0.8～1.3 MPa之間，對(duì)應(yīng)的霧化汽壓力也在0. 8～1.3 MPa之間。
2.3火焰穩(wěn)定性
2.3.1  著火點(diǎn)
    要使?jié){炬著火必須使?jié){炬獲得足夠的著火熱，加熱漿炬的熱源主要是煙氣回流熱量。水分蒸發(fā)過程雖然很短，但漿霧初速高，著火點(diǎn)就可能離噴嘴很遠(yuǎn)。要保證著火后煤漿的著火點(diǎn)離噴嘴較近，不能忽遠(yuǎn)忽近，要保證固定碳有足夠的燃燒時(shí)間。
    影響著火點(diǎn)的因素有兩類，一類是基本不變的因素，另一類是可調(diào)因素。對(duì)第一類因素，要保證熱風(fēng)溫度在340 ℃以上，爐膛測(cè)點(diǎn)處溫度要在650℃以上，要達(dá)到這種熱負(fù)荷，至少要點(diǎn)4只重油槍，鍋爐負(fù)荷在100 t／h以上，才可以點(diǎn)水煤漿槍。在DCS程序中，日方要求鍋爐負(fù)荷在130 t/h以上才可以點(diǎn)水煤漿槍，由于當(dāng)時(shí)沒有這么大的蒸汽負(fù)荷，我們?cè)邳c(diǎn)燃5只重油槍，鍋爐蒸發(fā)量110 t／h時(shí)，就成功地點(diǎn)燃了水煤漿槍。
    當(dāng)點(diǎn)漿成功后，對(duì)漿的穩(wěn)定燃燒有決定作用的因素就是風(fēng)箱壓力和漿壓與霧化汽壓力之差。
2.3.2風(fēng)箱壓力
    如表2，當(dāng)風(fēng)壓大于800 Pa時(shí)，煤漿火焰開始脫離噴嘴，嚴(yán)重時(shí)煤漿要到爐膛后部才開始燃燒。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是風(fēng)壓提高后使煤漿炬的流速加快，而煤漿升溫及水分蒸發(fā)的速度不變，從噴入爐膛到溫度升至著火點(diǎn)所需的時(shí)間是固定的，所以等到煤漿著火時(shí)漿已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到爐膛后水冷壁。一旦著火點(diǎn)遠(yuǎn)離噴嘴，爐膛深度不能有效利用，固定碳沒有充分的燃燒時(shí)間就紛紛落入撈渣機(jī)中排出，使撈渣機(jī)出渣量異常增加。實(shí)踐證明風(fēng)壓對(duì)漿燃燒的影響要遠(yuǎn)大于重油，燒漿時(shí)運(yùn)行中要保證風(fēng)壓在600～800Pa。
2.3.3  漿壓與霧化汽壓之配合
    見表3，漿壓與霧化汽壓力相差0.1 MPa時(shí)，對(duì)煤漿燃燒穩(wěn)定性影響不大，但漿壓高于霧化汽壓力0.2 MPa時(shí)，煤漿火焰開始脫離噴嘴，直至到后水冷壁才開始燃燒。
    在正常運(yùn)行中，漿壓與霧化汽壓容易保證，當(dāng)增加或減少漿槍時(shí)，很容易出現(xiàn)火焰脫離噴嘴現(xiàn)象，要及時(shí)調(diào)整好二者關(guān)系。
2.3.4次風(fēng)與二次風(fēng)
    與重油不同，燃燒煤漿時(shí)一次風(fēng)不宜太多，因?yàn)檫^大的一次風(fēng)不利于水分的蒸發(fā)，不利于煤漿的穩(wěn)定著火，反而導(dǎo)致水分未蒸發(fā)完的煤漿霧炬吹到受熱面上，引起結(jié)渣。試驗(yàn)中讓一次風(fēng)開度從O%加大到100%，證明一次風(fēng)開度在25%時(shí)效果較好。二次風(fēng)開度保持在(45～60)%之間。
2.3.5  漿槍的位置
    由于煙氣從爐膛下部到上部溫度越來越高，所以處于最上排的燃燒器G、H燃漿時(shí)燃燒總體效果好于下排的燃燒器C、D。
2.4燒水煤漿時(shí)負(fù)荷的增減
    燃燒煤漿時(shí)負(fù)荷增減可以靠增減槍數(shù)或改變漿流量實(shí)現(xiàn)，燃燒第一只漿槍時(shí)，要控制漿壓力在0.9 MPa，霧化蒸汽壓力在0.8 MPa，配給一定的風(fēng)量即可著火。
    增加或減少漿槍時(shí)，要按照每只漿槍3 t/h漿，0. 5～0.7t／h霧化蒸汽來控制漿壓、漿泵變頻和霧化汽壓力。等系統(tǒng)穩(wěn)定后再同時(shí)提高或減少漿量和霧化汽量。目前燃燒器最大的燃漿量為4.7 t/h，超過這個(gè)值后燃燒不好。
2.5  燃燒水煤漿對(duì)鍋爐的影響
    由表4看出，在蒸汽負(fù)荷基本相同的工況下，增加水煤漿燃用量對(duì)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生明顯影響。首先是由于煤漿中硫分含量高于重油，使煙氣中。排放量加大；其次，由于水煤漿燃燒期比重油時(shí)間長(zhǎng)，火焰中心后移，使?fàn)t膛溫度、屏過（屏式過熱器）壁溫、排煙溫度均上升，主蒸汽溫度上升，減溫水量加大（燒油工況基本不用減溫水）；再次，由于爐膛整體溫度的提高，空氣經(jīng)預(yù)熱器后吸熱量加大，使熱風(fēng)溫度提高。
2.6脫硫?qū)嶒?yàn)
2.6.1  脫硫方法
    采用濕式脫硫法，在水煤漿中直接混入石灰石脫硫劑，調(diào)和加工成脫硫型水煤漿，將其噴入爐內(nèi)燃燒，讓發(fā)生的硫磺氧化物在燃燒過程中直接脫硫反應(yīng)。
2.6.2  脫硫效果
    3月28日、29日兩天時(shí)間加石灰石，燃燒脫硫型水煤漿。石灰石加入比例0.062，水加入比例0. 034。燃燒器狀況AB重油槍，cdefgh漿槍。由于硫的排放濃度與煤漿量有直接關(guān)系，所以只有在漿量不變的情況下考察脫硫效果。
    3月28日9點(diǎn)開始加入石灰石，經(jīng)過10h的置換，到晚20時(shí)煙氣中S()?含量從230×10-6降到200×10一左右，并穩(wěn)定在這一水平，見圖1和表5。到3月29日20點(diǎn)脫硫水煤漿試驗(yàn)結(jié)束，證明在水煤漿中加入石灰石可以得到一定的脫硫效果，但沒有達(dá)到日揮公司脫硫率50%的設(shè)計(jì)值。
2.6.3  脫硫引起的問題
    雖然在水煤漿中加入石灰石后得到了一定的脫硫效果，但也出現(xiàn)了一些問題。
    首先是煤漿的燃燒情況惡化，這是由于北京漿揮發(fā)成分少，石灰石的加入使煤更加難以著火，爐底排渣量加大。第二是燃燒器旋口、看火孔及水冷壁上有嚴(yán)重的結(jié)渣產(chǎn)生，其原因是北京漿灰熔點(diǎn)本來就低1 230～1 330℃，再加人石灰石，使灰成分有所變化，突出一點(diǎn)是Ca0含量增加了10倍，由于自由氧化硅易與氧化物如Ca0、Mg0等形成低熔點(diǎn)的共晶體，從而降低了整個(gè)灰的熔化溫度，熔融性特性溫度均降低了30℃。水冷壁、看火孔是爐膛的低溫部分，熔化的灰在這里冷卻凝聚，對(duì)局部管壁產(chǎn)生腐蝕。
    火焰溫度越高，煤粒中的硫釋放出來的越多，使排煙中的SOx濃度上升，脫硫率降低。當(dāng)溫度超過1 400℃時(shí)，石灰石失去反應(yīng)性，成為過燒狀態(tài)。但火焰溫度過低會(huì)降低燃燒效率，火焰不穩(wěn)定。因此，脫硫型水煤漿最合適的火焰燃燒溫度為1 200～1250℃。但為了達(dá)到較好的脫硫率，如何控制火焰燃燒溫度，在目前來看還有一定困難，不能單純?yōu)榱嗣摿蚨鵂奚�鍋爐的安全與效率。
3、結(jié)  論
    (1) 220 t/h水煤漿鍋爐初步達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，能夠燃用重油和水煤漿，為燕化公司百萬噸水煤漿代油事業(yè)走出了關(guān)鍵的第一步，為我國(guó)的煤碳加工利用事業(yè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
    (2)燃燒重油時(shí)，重油壓力可控制在1.1～2.1 MPa，霧化汽壓力控制在1.1 MPa。
    (3)燃燒水煤漿時(shí)，漿壓力和霧化汽壓力可控制在0. 8～1.3 MPa之間，兩者壓差不能超過0.4 MPa。
    (4)在水煤漿中加入石灰石可以達(dá)到一定的脫硫效果。
    (5)燃燒器的性能還需要進(jìn)一步改進(jìn)，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售生物質(zhì)鍋爐燃燒的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。