多种劣质煤混烧技术研究

多种劣质煤混烧技术研究

赵培超

（中电投远达环保工程有限公司，重庆400060）

摘要：由于循环流化床锅炉（CFB）自身对煤种的波动不是很敏感且燃烧稳定、效率较高的特点，所以能够较好的适应中煤、煤泥、煤矸石等多种劣质煤的混煤。针对循环流化床锅炉在燃用低热值、高灰分劣质燃料时，存在的锅炉稳燃性差、实现灰平衡难度大、磨损严重等问题，从设计上进行优化，以满足性能要求；同时，对煤泥掺烧技术进行了分析，并提出了新的要求。

关键词：劣质煤；循环流化床；混烧

1概述

对于煤矸石综合利用发电厂，其燃料为中煤、煤泥、煤矸石等多种劣质煤的混煤，这对锅炉的稳燃、防磨、物料系统的可靠性、混煤等方面提出了新的要求。从锅炉本体及相关系统对多种劣质煤种燃烧的适应性方面进行介绍。

2劣质煤燃烧的关键技术

循环流化床锅炉对劣质燃料具有良好的煤种适应性，与普通煤粉炉相比，对煤种的波动不是很敏感，而且燃烧稳定，效率较高[1]。但在燃用低热值、高灰分的劣质煤时，会导致锅炉稳燃性差、实现灰平衡难度大、磨损严重等一系列问题[2]。在锅炉设计的时候就应针对这些问题进行优化，以满足性能要求。

2.1选择循环流化床锅炉适应劣质煤

在循环流化床锅炉中按重量百分计算，入炉燃料仅占床料的1%~3%，其余则为不可燃的固体颗粒（如脱硫剂、飞灰或砂等）。循环流化床锅炉特殊的流体动力特性使得气固和固固混合的非常良好，因此燃料进入炉膛后很快与大量高温床料混合，燃料被迅速加热至高于着火温度，而同时床层温度又没有明显降低。只要燃料的热值大于加热燃料本身和燃料所需的空气至着火温度所需的热量，就可以使得循环流化床锅炉不需辅助燃料而燃用任何燃料[3，4]。经密相区的热平衡计算，燃料热值在1300kcal/kg以上的煤，均可以保证密相区的燃烧温度。因而燃用煤矸石、劣质煤和煤泥混合燃料，在燃烧上完全没有问题。

2.2提高CFB锅炉的稳燃特性

一般来讲，锅炉在50%～100%BMCR负荷范围内，燃烧无需作特殊调整。低于上述负荷，锅炉的设计和运行就需有特殊的燃烧调整手段。当负荷在50%～100%BMCR范围内床温、炉膛出口过量空气系数基本不变，这时炉膛出口温度的变化幅度也较小，只是空气量和下部烟速随负荷变化而变化，过热器出口温度保持在额定值。负荷继续降低（50%BMCR以下），为保证低负荷锅炉运行工况的稳定，炉膛下部的床温和流化速度有一个最低保证值，此时，就要求炉膛出口过量空气系数相应加大，而且，随着负荷的降低，炉底一次风的量应基本维持不变，二次风随负荷变化而变化，这样既保证了低负荷时流化床的流化质量，还维持了一个较高的床温，保证低负荷能不投油稳燃。

同时，由于过量空气系数的增加使通过尾部受热面的烟气量不至于降低太多，而且循环流化床锅炉在低负荷时，其炉膛出口温度也不像煤粉炉那样大幅度降低，因此，其低负荷尾部受热面的传热比煤粉炉要强一些，汽温在50%～100%BMCR（滑压）的范围内能达到额定值。

循环流化床锅炉的负荷调节灵敏度较好。无外置换热器的机组，采用较少的耐火材料，锅炉的启动和负荷调节受耐火材料的限制极小，可迅速通过改变风煤量来调节负荷；而且，在保证总风量的前提下，通过调节一、二次风的比例，使锅炉在不同负荷下，将床温维持在稳定的范围，确保各负荷下的稳定燃烧。

2.3控制灰平衡

燃用劣质煤难点之一在于实现灰平衡。在燃烧高灰煤时，飞灰份额下降，主循环回路循环灰量增加很快，带来的磨损和排渣问题极为突出。因此，锅炉设计时需解决燃用高灰分的煤矸石等燃料时的床温控制、磨损、排渣等问题：如采用较低的炉膛烟气速度、调节范围较广的一二次风比率、一分为二的回料器等；在给煤和排渣系统设计上充分考虑煤矸石给料量大、底渣量大的特点，采用可靠性较好的炉前气力播煤和滚筒式冷渣器；炉后排渣的布置形式，冷渣器能兼顾回料器放灰，可以及时有效地调节主循环回路的循环灰量。

2.4控制主回路的吸热比例

循环流化床锅炉主循环回路及对流段的热量份额随着燃料种类的变化而变化，这种变化主要与炉膛出口烟气温度有关，并受到燃料烟气焓值和烟气量的影响，劣质燃料带入对流烟道的热量份额一般情况下要大于优质燃料。为保证锅炉各部分放热和吸热平衡，劣质燃料炉内受热面的布置面积要小于优质燃料。

2.5减少磨损

减少磨损是燃烧劣质煤需要解决的关键技术之一[5]。在锅炉运行中；锅炉部件可能由于材料、技术等原因发生磨损失效，为了缓解循环流化床锅炉中磨损这一问题，需在充分认识磨损机理的基础上，对锅炉不同部件进行设计，并根据其发生磨损的性质和特点的不同，采用不同的防磨技术。对锅炉部件的维护主要有以下几种方法：

（1）改善所用的材料；（2）采用合理的设计布置方式；（3）在某些区域采用耐磨耐火材料来保护受热面。

3煤泥掺烧技术

要达到稳定、高效燃烧洗煤泥是不容易的，主要原因是煤泥在流化床中燃烧时易形成结团，这种聚团作用使流化床内物料的粒度不断增大，并极易沉积，从而破坏整个床内稳定的流化状态，致使很难以良好的状况连续运行，这样就很难控制燃烧洗煤泥流化床的燃烧强度和进行负荷调节[6，7]。

3.1煤泥掺烧主要问题

通常，煤泥水分应当低于35%，否则锅炉排渣的含碳量就会偏高。主要原因在于煤泥在锅炉内的燃烧为爆炸燃烧，其燃烧过程为，当煤泥进入锅炉内时，在煤泥块的外边会迅速形成一个干结的外壳，此外壳阻碍了煤泥块内水蒸汽的散发，经过一段时间的积累，内部水蒸汽会将此外壳涨破，造成煤泥块的粉碎，如果块度还较大就会不断地重复上述过程，直致煤泥完全干透并燃烧。此过程类似于爆炸，故称之为爆燃。因此，延长煤泥在炉内的停留时间将非常重要。另外，由于煤泥水分高，如下部区域燃烧份额较高，水分析出时带走大量的热量，会对下部密相区床温的维持带来一定的困难；煤泥颗粒较细，其灰份一般无法形成有效灰份，所以，煤泥掺烧量过大，使循环灰量降低，会对锅炉带负荷能力有所影响。

3.2煤泥入炉位置

燃用煤泥含水分大，流动粘结性强、燃料粒度细等特点，可以从入炉和燃尽这两个方面着手解决煤泥的喷射和燃烧问题。煤泥给料方式按给料点位置的不同划分为炉顶给料和锅炉中部给料两种，其中，中部给料方式根据给料设备的不同又细分为煤泥喷枪雾化喷燃和螺旋抛射燃烧两种。

为保证燃料入炉点的均匀性，可以在宽度方向布置了多个煤泥给入点。这种布置方式既保证了煤泥入炉的均匀性又保证了煤泥在炉膛内又足够的燃尽时间。煤泥给入点容量的设计充分考虑到一只煤泥口停运时，其余煤泥口能够将单台锅炉的煤泥量送入炉膛。

3.3煤泥喷嘴

喷枪式给料设备多为国外进口设备配套，其要求煤泥非常干净，否则容易造成喷嘴堵塞。清理时由于锅炉的不同，炉内正负压的关系，清洗困难，并容易造成炉火外溢造的问题。另外，喷枪式中部给料器要求必须配备高压风机，最高压力必须达到3MPa左右，以便将煤泥吹进炉膛中部。

螺旋抛撒式中部给料器是一种锅炉侧壁给料装置，如图1所示。由喷头、护罩、石棉盘根、螺旋轴、内管、支座、减速电机等部分组成。此种设备是依靠电动机驱动螺旋桨叶高速旋转，将到达输送管口的煤泥抛进锅炉内部并远离炉壁，其上设置的三通换向可以实现输送流道的转换，从而达到给料、清洗、通干结的设计效果。另外，当输送系统停止工作时，其电动机会延时一段时间停止，会将管口部位的煤泥清理干净，避免下次入料时本次残留煤泥在管口干结影响入料。

4混煤措施

针对煤矸石、劣质煤、中煤这三种燃料的混煤方式：主要有筒仓方案、斗轮机煤场方案和干煤棚桥抓方案。

5结论

循环流化床锅炉技术是一种适应中煤、煤泥、煤矸石、煤泥等多种劣质煤混烧技术。采用该技术，有利于变废为宝，保护环境，节省能源。

参考文献

[1]惠晓峰.循环流化床锅炉稳定运行及改进措施[J].陕西电力，2006（2）：64-66.

[2]周一工.循环流化床锅炉的发展前景与目前存在的问题[J].发电设备，1996（9）：11-15.

[3]刘德昌，杨海平，张世红等.提高循环流化床锅炉热效率的措施[J].热电技术，2008（4）：3-11.