水煤漿鍋爐技術(shù)及應(yīng)用研究

水煤漿鍋爐技術(shù)及應(yīng)用研究中原證券股份有限公司投資銀行第二事業(yè)部吳俊1.1.水煤漿基本概念水煤漿作為一種煤基流體清潔燃料，是由70%左右的煤粉，30%左右的水和少量藥劑混合制備而成的液體燃料，可以像油一樣泵力輸送、儲(chǔ)運(yùn)、霧化燃燒。制作水煤漿的煤一般為洗精煤，在洗煤中將大量的煤矸石、有機(jī)硫洗去后，使洗精煤的含灰量和硫很低，制成漿后，水煤漿的含灰量和硫更低，是一種低灰低硫的清潔燃料。（如二級(jí)漿：灰6~8%；硫0.35~0.65%）。水煤漿在鍋爐上的應(yīng)用顯示出了巨大的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)。且符合我國缺油少氣多煤的能源國情。水煤漿是一種替代油、氣等能源的最基礎(chǔ)、最經(jīng)濟(jì)的潔凈能源。1.2.水煤漿鍋爐的應(yīng)用情況水煤漿鍋爐已有20多年的研發(fā)和應(yīng)用。特別是其作為鍋爐燃料后，因其高效燃燒、低污染物的排放的特點(diǎn)，被作為一種清潔燃料應(yīng)用于鍋爐。當(dāng)前，水煤漿鍋爐已廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、有機(jī)熱載體鍋爐，鍋爐容量范圍可覆蓋工業(yè)鍋爐和電站鍋爐，單臺(tái)鍋爐容量小到1t/h達(dá)到670t/h的電站鍋爐，近年來水煤漿鍋爐逐步向大容量方向發(fā)展。因水煤漿燃燒屬煤的潔凈燃燒，“十三五”期間水煤漿鍋爐行業(yè)正受到越來越多的重視和發(fā)展。1.3.水煤漿鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)1.3.1水煤漿是一種實(shí)現(xiàn)高效燃燒的燃料平均粒徑為50μ的水煤漿通過燃燒器霧化后在爐膛內(nèi)懸浮燃燒。因其與空氣混合好，水煤漿煤粉顆粒的比表面積大（顆粒呈多孔狀）等原因，在僅需過量空氣系數(shù)1.2倍的情況下，實(shí)現(xiàn)水煤漿的燃燼率98%以上，此時(shí)鍋爐排煙處氧量僅為8-9%。鍋爐效率達(dá)87%~90%。1.3.2水煤漿鍋爐實(shí)現(xiàn)清潔燃燒、低污染物排放鍋爐的煙氣經(jīng)煙氣凈化裝置后（除塵、脫硫、脫銷），水煤漿鍋爐大氣污染物最終排放達(dá)到GB13271-2014中“燃?xì)忮仩t”大氣污染物特別排放限值（煙塵≤20mg/Nm3；SO2≤50mg/Nm3；NOX≤100mg/Nm3；煙氣林格曼黑度≤1級(jí)）。燃料的高效利用是減少鍋爐污染物排放總量的前提；水煤漿的低硫低灰特性是減少鍋爐灰、渣（煙塵）和SO2排放的前提；水煤漿的低溫燃燒決定了鍋爐低NOX的排放。在目前所有的燃燒方式中，水煤漿鍋爐的燃燒溫度屬較低的一種，其減少了熱力N的生成；水煤漿鍋爐比較容易實(shí)現(xiàn)“空氣分級(jí)燃燒”、“煙氣再循環(huán)”等抑制NOX的低氮燃燒技術(shù)，抑制率可達(dá)20%。NOX的初始排放一般為300-400mg/Nm3。水煤漿的燃燒已被國家列為“潔凈燃燒技術(shù)”。1.3.3水煤漿鍋爐房的周邊環(huán)境友好，與油、氣鍋爐房媲美因水煤漿是一種液體燃料，其燃料存儲(chǔ)、輸送與油鍋爐一致，再加上灰采用干灰收集，其鍋爐房及周邊環(huán)境完全和油氣鍋爐房媲美。且水煤漿鍋爐排放的灰渣是建材行業(yè)一種很好的原料，實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。1.3.4水煤漿鍋爐技術(shù)成熟、產(chǎn)品可靠性高水煤漿鍋爐已經(jīng)歷了十多年的應(yīng)用和完善，其技術(shù)已非常成熟，產(chǎn)品處在大規(guī)模的應(yīng)用階段，諸如煤粉鍋爐的易爆膛、易結(jié)焦、易積灰等問題早已解決，產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性高。1.3.5水煤漿鍋爐自控水平當(dāng)前，水煤漿鍋爐及系統(tǒng)采用PLC或DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)的鍋爐系統(tǒng)智能控制及能效管理。1.3.6水煤漿鍋爐運(yùn)行費(fèi)用水煤漿鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用低，在燃用“商品漿”的情況下，水煤漿鍋爐總體運(yùn)行費(fèi)用基本與燃煤鏈條鍋爐持平。經(jīng)測(cè)算：每噸蒸汽（每60萬大卡熱量）燃料費(fèi)用：98.31元/60×104kcal；（水煤漿發(fā)熱量4300kcal/kg；煤漿價(jià)格620元/噸；鍋爐效率88%；以正平衡計(jì)算）每噸蒸汽（每60萬大卡熱量）綜合運(yùn)行費(fèi)用（包含：燃料費(fèi)；水電費(fèi)；油點(diǎn)火費(fèi)；煙塵、SO2、NOX治理費(fèi)、司爐工資、設(shè)備折舊）：118.1元/60×104kcal。1.4與燃煤粉鍋爐相比水煤漿鍋爐的優(yōu)勢(shì)煤粉在大型電站鍋爐有廣泛的應(yīng)用，但在小型工業(yè)鍋爐上使用所謂高效環(huán)保粉煤鍋爐，看不出有什么創(chuàng)新的技術(shù)突破，而且還有許多問題需改進(jìn)和突破：（1）小型工業(yè)煤粉鍋爐的安全裝備不可能象電站鍋爐一樣豐富，但燃料安全性又同樣需保證。而小型工業(yè)鍋爐畢竟不同于大型電站鍋爐，如大型電站鍋爐煤粉輸送管管徑大，無堵塞問題，小型工業(yè)鍋爐著不然；（2）小型工業(yè)煤粉鍋爐的爐膛容積、爐膛高度、爐膛尺寸畢竟不能和大型電站鍋爐相比，也不能像電站鍋爐一樣進(jìn)行合理的配風(fēng)，要完成煤粉高效燃燒難度很大。為此，煤粉向“超細(xì)煤粉”、高揮發(fā)分、高熱值的方向發(fā)展，這僅一步加劇了對(duì)燃料安全的擔(dān)心，煤粉制備、運(yùn)輸、使用中的環(huán)保和安全性日漸顯現(xiàn)。（3）高溫燃燒、小爐膛空間所帶來的爐膛易掛焦和煙道積灰較難清理，致使鍋爐出力和效率下降；局部受熱面高受熱強(qiáng)度對(duì)熱媒和受熱面的影響；高NOX排放和SOFA風(fēng)效果差；（4）從目前小型工業(yè)煤粉鍋爐使用情況看，其可靠性差，連續(xù)運(yùn)行能力差，產(chǎn)品還不成熟，從煤粉的燃燒機(jī)理看，其對(duì)污染物減排是沒有任何貢獻(xiàn)的。特別是目前普遍關(guān)心的氮氧化物指標(biāo)控制及解決燃煤PM2.5的問題。1.5鍋爐改造市場放量、市場空間達(dá)2,000億元國家能源局印發(fā)關(guān)于《煤炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020）》的通知，《計(jì)劃》明確指出將實(shí)施燃煤鍋爐提升工程，推廣應(yīng)用高效節(jié)能環(huán)保型鍋爐。新生產(chǎn)和安裝使用的20蒸噸/小時(shí)及以上燃煤鍋爐應(yīng)安裝高效脫硫和高效除塵設(shè)施。在供熱和燃?xì)夤芫W(wǎng)不能覆蓋的地區(qū)，改用電、新能源或潔凈煤，推廣應(yīng)用高效節(jié)能環(huán)保型鍋爐，區(qū)域集中供熱通過建設(shè)大型燃煤高效鍋爐實(shí)現(xiàn)。20蒸噸/小時(shí)及以上燃煤鍋爐應(yīng)安裝在線檢測(cè)裝置，并與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)。到2017年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)基本淘汰10蒸噸/小時(shí)及以下的燃煤鍋爐；天津市、河北省地級(jí)及以上城市建成區(qū)基本淘汰35蒸噸/小時(shí)及以下燃煤鍋爐。鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)供、集中供熱等供熱方式，以天然氣（煤層氣）、電力等清潔燃料替代分散中小燃煤鍋爐。10蒸噸/小時(shí)及以上的燃煤鍋爐要開展煙氣高效脫硫、除塵改造，積極開展低氮燃燒技術(shù)及水煤漿燃燒技術(shù)改造示范，實(shí)現(xiàn)全面達(dá)標(biāo)排放。大氣污染防治重點(diǎn)控制區(qū)域的燃煤鍋爐，要按照國家有關(guān)規(guī)定達(dá)到特別排放限值要求。開發(fā)推廣工業(yè)鍋爐余熱、余能回收利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)余熱、余能高效回收及梯級(jí)利用。到2020年，淘汰落后燃煤鍋爐60萬蒸噸，京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域的燃煤鍋爐設(shè)施，基本完成天然氣、熱電聯(lián)供、潔凈優(yōu)質(zhì)煤炭產(chǎn)品等替代；現(xiàn)役低效、排放不達(dá)標(biāo)鍋爐基本淘汰或升級(jí)改造，高效鍋爐達(dá)到50%以上。根據(jù)中國鍋爐網(wǎng)2017年7月17日發(fā)布的《2017年中國清潔供熱行業(yè)發(fā)展前景預(yù)測(cè)》

：2017-2020年燃煤工業(yè)鍋爐改造市場空間中性情景下約為2,300億元。以2013年燃煤工業(yè)鍋爐耗煤約7.3億噸煤，噸煤改造投資900元測(cè)算，對(duì)改造比例進(jìn)行悲觀、中性和樂觀的假設(shè)，則改造工程市場空間約為1,577-2,628億元。1.6行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)熱力行業(yè)中清潔煤燃燒將成為主要趨勢(shì)我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主的局面和缺油少氣的情況長期內(nèi)不會(huì)改變。目前我國\o"煤炭燃燒新聞專題"煤炭燃燒利用占煤炭利用的80%，其中煤炭燃燒發(fā)電占80%，燃燒熱能直接利用占20%，煤炭轉(zhuǎn)化利用占煤炭利用的20%，其中以煉焦和氣化為主。天然氣受制于供給安全、經(jīng)濟(jì)性等因素，并不能全面替代燃煤，其絕對(duì)占比仍較小，兼具環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性的清潔煤技術(shù)為核心的燃煤清潔化將成為傳統(tǒng)熱力行業(yè)節(jié)能減排的主要方式。未來我國煤炭燃燒技術(shù)主要集中在以下四個(gè)方面：高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)、低階煤高效潔凈梯級(jí)發(fā)電技術(shù)、特殊煤質(zhì)高效潔凈發(fā)電技術(shù)、燃燒污染物排放控制技術(shù)。熱力供應(yīng)技術(shù)服務(wù)向系統(tǒng)集成化相對(duì)于傳統(tǒng)僅局限于鍋爐設(shè)備的生產(chǎn)和銷售服務(wù)，供熱系統(tǒng)集成服務(wù)會(huì)為企業(yè)帶來更高的利潤率。通過供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)營維護(hù)等一體化服務(wù)，企業(yè)的高性能鍋爐產(chǎn)品能更好地結(jié)合企業(yè)獨(dú)有的工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性優(yōu)化，進(jìn)而有利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于整個(gè)流程涵蓋了研發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品供應(yīng)以及項(xiàng)目施工安裝等環(huán)節(jié)的產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)，因而總體利潤率將會(huì)遠(yuǎn)高于單一提供產(chǎn)品的營銷方式。未來熱力能源利用行業(yè)將從產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)創(chuàng)新發(fā)展到技術(shù)方案系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，掌握系統(tǒng)解決方案的關(guān)鍵技術(shù)，將是企業(yè)核心競爭力的最佳體現(xiàn)。高效環(huán)保水煤漿鍋爐將成為環(huán)保重壓和能源結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)選項(xiàng)水煤漿作為一種煤基流體清潔燃料，是由70%左右的煤粉，30%左右的水和少量藥劑混合制備而成的液體燃料，可以象油一樣泵力輸送、儲(chǔ)運(yùn)、霧化燃燒。相比油和天然氣，綜合燃燒值和燃燒費(fèi)用，性價(jià)比最好。2015