水煤浆的燃烧效率与改进技术

    水煤浆是由30—40%水和60—70%的煤加入约1%的分散剂组成的混合物。水煤浆的成分中只有煤是产生能量的成分，水的作用只是分散煤颗粒从而获得流动性。水煤浆作为燃料而言，这30—40%水不仅不会增加热值，雾化水煤浆喷入炉内煤燃烧前必须蒸发掉这部分水分，水分从常温下升温到变成蒸汽蒸发要吸收大量的热能，这部分能量约为水煤浆热值的7%；这也是导致水煤浆有效热值降低的主要原因。燃料的有效热值即燃料总热值减去燃料达到燃点前自身必须消耗的热量，能够用来燃烧加热热媒的那部分热量。燃料的燃烧必须具备三大要素：1、温度；2、助燃剂氧气3、燃料的适时混合。水煤浆也同样只有蒸发掉30—40%水，煤达到燃点才能进行燃烧，由于水具有较高的比热和汽化热，蒸发过程消耗热量会很高，实际用于加热热媒那部分热量就会减少，造成水煤浆有效热值偏低。

一、水煤浆中水蒸发能耗对燃料有效热值影响

众所周知，水蒸发分为2个过程，第一步水从常温上升到蒸发温度，常温常压下水的蒸发温度100℃，这个过程水表现为温度上升，上升耗能多少取决于比热。水的比热为4.2*10³焦/千克·摄氏度，是所有物质中比热最高的，也就是水升高一度吸收的热量最高。第二步水从液态变为气态的过程，也就是蒸发过程；这个过程热能吸收量取决于水的汽化热。水的汽化热为40.8千焦/摩尔，相当于2260千焦/千克；即每公斤水在蒸发温度条件下变成蒸汽需要吸收2260千焦热量。由此我们可以计算出一吨水煤浆的有效热值。以水煤浆制造使用的燃煤热至6000千卡，水煤浆含水35%，含煤65%，水煤浆总热量为3900000千卡，实际热值3900千卡/千克。

1、水煤浆升温吸热量

    一吨水煤浆含水35%，即350公斤水。

350公斤水从25℃上升到100℃升温75℃需要耗能为：

Q₁=cm△t= 350×4200×75=110250000焦=110250千焦耳(KJ) =26349.75千卡(KCAL)

    一吨水煤浆含煤65%，即650公斤。

650公斤煤升高75℃需要耗能为：

Q₂=cm△t= 650×2100×75=102375000焦=102375千焦耳(KJ) =24467.625千卡(KCAL)

    一吨水煤浆升高75℃需要耗能为：

Q₁ ＋Q₂=26349.75＋24467.625=50817.375千卡(KCAL)

2、水煤浆汽化吸热

    350公斤水汽化需要耗能为：

Q₃=mc_d=350×2260=791000千焦=189049千卡(KCAL)

M_质量

cd_水的汽化热

3、水煤浆有效热值

    燃烧过程水煤浆自身消耗热量为：

Q1 ＋Q2＋Q3=26349.75＋24467.625＋189049=239866.375千卡(KCAL)

    一吨水煤浆燃烧的有效热值为：

Q －（Q1 ＋Q2＋Q3）=（3900000－239866.375）/1000=3600.14千卡/千克

水煤浆中蒸发掉全部水分吸收热量使水煤浆热值降低了7.69%。这部分热值降低使用能企业不得不增加用能成本，直接导致生产总成本提高。

二、水煤浆黏度影响燃烧效率

水煤浆黏度对燃烧效率的影响是通过影响喷雾效果而起作用。水煤浆的燃烧过程是先通过雾化器将水煤浆雾化城细小的浆滴，一个浆滴通常包括若干细小的煤粉颗粒，进入炉膛后，浆滴受热蒸发，将煤粉颗粒暴露在炉膛内，然后发生与煤粉炉内煤粒类似的燃烧过程，直到燃尽。水煤浆的雾化效果越好，其浆滴粒径越小，越容易着火，燃烧效率越高。水煤浆雾化效果好坏除了燃烧设备外，水煤浆本身黏度起了重要的作用。一般情况下，黏度越高雾化效果越差，黏度低雾化效果好。影响水煤浆黏度的主要因素有：浓度、分散剂种类、水煤浆温度。通常用户购买水煤浆时浓度和分散剂种类已经属于固定因素，不可能改变；锅炉燃烧时水煤浆温度就变成了决定黏度的唯一要素。为了便于利用，理想的状态是水煤浆能表现出不同的黏度值；储存时，要求其表现出高黏度，减低沉降速率，以利于较长时间存放；燃烧时迅速降低黏度，体现出良好的流动性，使其易于雾化，可以提高燃烧效率。水煤浆升温后，黏度明显降低，是具有良好 “剪切变稀”的特性。在一定温度范围内，温度越高，水煤浆粘度越低。在水煤浆入炉燃烧前适当提高温度，降低黏度，这样不仅能改善雾化效果，同时黏度低有利于泵送和降低喷嘴堵塞几率。

三、预热水煤浆提高燃烧效率

通常水煤浆的含煤比例和分散剂的种类是由生产企业决定的，使用单位是无法控制。燃料使用企业提高水煤浆燃烧效率可做的工作只有在燃烧前充分搅拌和预热水煤浆提高温度二项工作可做。预热水煤浆提高温度在提高水煤浆燃烧效率上又是最直观有效的。

    第一、水煤浆入炉前预热到较高温度，直接作用就是减少水煤浆在炉内升温至水沸点所吸收的热量。一吨含水35%的水煤浆从常温25℃预热到70℃可以减少能量消耗127575000焦。在冬季室外常温一般低于10℃这一措施节煤表现尤为突出。

    第二、较高温度降低水煤浆黏度，提高燃烧效率。适当的通过提高煤浆温度来取得较低黏度的水煤浆，低黏度水煤浆有良好的输送性提高泵的做工效率。低黏度水煤浆通过雾化后能获得更小的浆滴，使燃料高效燃烧。水煤浆在一定温度范围内黏度变化明显，为预热提高燃烧效率带来可操作性。水煤浆生产企业对自己生产的水煤浆不同温度变化情况做了测试，25℃时的粘度1000mPa••s，90℃时的粘度700mPa••s，从25℃到90℃黏度下降30%。

对用能企业来讲，预热水煤浆带来的减少水煤浆本体吸热和提高雾化程度达到提高燃烧效率的方法是一种简单而有效的方式。通过预热水煤浆减少用能量具有投资小，回收时间短的优势；一般的节煤效率都可以达到5%以上；投资回收期在一年以内。预热水煤浆系统最好利用废热，如果增加较高的预热运行成本势必得不偿失。水煤浆预热要注意温度适宜，过高的温度可能会导致分散剂变性凝固，致使水煤浆黏度急剧上升，失去流动性。

本文作者：河北省自动化研究所    衡宝林

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