煤質(zhì)變化對循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組運(yùn)行的影響

韓 亞 妮

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

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煤質(zhì)變化對循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組運(yùn)行的影響

韓 亞 妮

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

介紹了循環(huán)流化床鍋爐燃煤特性，從不同熱量、揮發(fā)成分含量、灰分含量、顆粒度、水分含量以及雜質(zhì)含量等方面，分析了煤質(zhì)對循環(huán)流化床運(yùn)行工況的影響，探討了煤質(zhì)對鍋爐和相關(guān)輔助設(shè)備運(yùn)行的影響，為選擇適宜鍋爐燃燒的煤種類提供依據(jù)。

煤質(zhì)，鍋爐，燃燒性能，發(fā)熱量

1 循環(huán)流化床鍋爐的燃煤特性

1.1 燃料適應(yīng)性廣泛

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時，其所加入的燃料總量只有床料總量的2%左右，而剩下的均為不可燃材料，包括脫硫劑、灰渣等。所以，將煤加入至流化床中時，其中的灰渣會將煤顆粒包圍起來。而硫化床鍋爐中具有非常強(qiáng)的混合作用，流化床中的高溫會在煤的燃燒過程中發(fā)揮“理想拱”的功能，將所加入的煤燃料升溫至相應(yīng)的著火點(diǎn)溫度，從而引燃煤顆粒。而對所加入的煤燃料進(jìn)行加熱消耗的熱能，不足流化床總熱量的1%。所以，不會因此而使流化床的溫度產(chǎn)生較大的波動。另一方面，由于所加入煤顆粒在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的熱能，進(jìn)一步的保證了流化床可以維持特定的溫度值。正因如此，流化床通常不會出現(xiàn)著火困難的問題，同時其對多種煤質(zhì)均具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。一些高硫含量、高水分含量以及高灰分含量的難燃料均能被用作流化床的燃料。而且，無論采取何種燃料，流化床鍋爐機(jī)組的系統(tǒng)運(yùn)行也不會出現(xiàn)較大的波動。能被用作流化床鍋爐的燃料包含無煙煤、煤矸石、樹枝、天然氣、煙煤等多種燃料。

1.2 低氮氧化物排放量以及高效脫硫性能

在循環(huán)流化床燃燒過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫燃燒的目的。流化床燃燒溫度能夠被控制在900 ℃左右，并且可以確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒。在循環(huán)流化床鍋爐燃燒時，通過采取分級燃燒的工序，將一次風(fēng)和二次風(fēng)分別送入，能夠降低燃料燃燒時的氮氧化物排放量。并且，燃料燃燒時也能夠向循環(huán)流化床中添加一定量的石灰石，以減少燃料燃燒時二氧化硫氣體的排放，對于環(huán)境的保護(hù)非常有利。

1.3 燃燒負(fù)荷大、傳熱能力強(qiáng)、效率高

在循環(huán)流化床中，氣體和固體之間會形成非常強(qiáng)的內(nèi)循環(huán)擾動，使得鍋爐內(nèi)的熱傳遞變得非常強(qiáng)勁，讓新加入的燃料在非常短時間內(nèi)而達(dá)到爐內(nèi)的溫度值。而燃料經(jīng)由相應(yīng)的分離裝置被多次的循環(huán)而返回至爐中，使其停留時間以及反應(yīng)時間均得到了延長，從而降低了燃料不完全燃燒所造成的熱量損失，原料在流化床中燃燒的效率可以高達(dá)95%左右。

1.4 灰渣具有較高的活性

由于灰渣具有較高的活性系數(shù)，所以能被再次的利用。在相對低的溫度值下，燃料燃燒所形成的灰渣具備相對高的活性，能被用來生產(chǎn)水泥礦物摻合料，也能被用作其他種類的建筑材料。并且，能夠?qū)⒒以脕硖峒兲囟ǖ南∮薪饘佟?/p>

2 煤質(zhì)變化對流化床鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響

1)根據(jù)我公司循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的多年經(jīng)驗，如果煤燃料的發(fā)熱量低于5 000 kJ/kg，此時煤不具備較高的發(fā)熱量，將導(dǎo)致鍋爐出口處的溫度值無法滿足要求，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐的供熱不正常。并且，發(fā)熱量低于5 000 kJ/kg的煤，燃燒過程中極易出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，也會使燃料燃燒不夠完全，要是問題嚴(yán)重將會發(fā)生熄火事故。

2)煤中的揮發(fā)成分能夠在600 ℃左右的溫度下析出并發(fā)生燃燒反應(yīng)。而由于揮發(fā)分的燃燒所釋放的熱量，會使煤顆粒自身溫度值快速增長，給煤的燃燒創(chuàng)造了極為有利的環(huán)境條件。并且，由于煤中揮發(fā)成分析出，使其內(nèi)部擁有了更大的孔隙，在煤燃燒時將會擁有更大的接觸面積，從而使煤燃燒速率得以有效的提升。

3)煤里所含有的灰分會在煤燃燒的時候吸收較大的熱量。所以，煤中灰分所占的比例越大，煤所具備的發(fā)熱量也就會越小。根據(jù)我公司循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的多年經(jīng)驗，如果采用灰分大于51%的煤作為原料，易導(dǎo)致煤燃料不易燃燒或者燃燒被延遲。另外，由于煤的燃燒困難及燃燒延遲，會使鍋爐內(nèi)部的溫度有所下降，使得煤燃料不具備較高的燃燼程度，同時也會使灰分中會有較多的可燃物。煤中灰分所占比重變大，煤炭顆粒表層就會極易被灰分所包圍，導(dǎo)致其燃燒速率低下，火焰的傳遞速度也降低，最終出現(xiàn)燃燒不良的問題。

4)煤自身顆粒性會嚴(yán)重的影響到煤燃燒效果。如果煤具有較大的顆粒度，煤燃燒的過程過于短，會使其中含有的焦炭未能全部的燃燒，導(dǎo)致鍋爐灰渣的含碳量過高，從而使鍋爐的熱損失值有所增加。如果煤所具有的顆粒度較小，微細(xì)的煤顆粒在燃燒過程中會出現(xiàn)較大的機(jī)械損失。一般情況下，所采用的煤燃料顆粒度不超過13 mm。

5)當(dāng)煤中所含的水分值不超過6%時，其對煤燃燒性能的影響和煤中所含揮發(fā)分時對煤燃燒的影響效果相同，有利于煤的燃燒。通過煤燃燒動力學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行分析，處于高溫火焰中水蒸氣在煤燃燒中發(fā)揮著一定的催化功能，能夠顯著地提升煤燃燒速率，也可以增強(qiáng)煤燃燒時的火焰黑度值，使鍋爐中的輻射換熱效應(yīng)得到強(qiáng)化。但是，如果煤中水分的含量太高，會導(dǎo)致煤的著火熱不斷的增加。并且，煤所產(chǎn)生的熱量有一部分需要用于對煤中的水分進(jìn)行加熱，從而使鍋爐中的煙氣的溫度有所減小。同時，煤粉氣流所吸收的部分煙氣溫度也有所降低，火焰所形成的輻射熱度也會受到影響，這就會對燃料的燃燒產(chǎn)生不利影響。

6)煤中含有的雜質(zhì)在煤燃燒時將部分的熱量吸收，所形成的灰分將包圍于煤顆粒表面，使顆粒無法充分的和空氣接觸，從而對煤燃燒造成不利影響，使鍋爐的熱效率值有所減少，也會導(dǎo)致鍋爐中受熱面的磨損程度變得更為嚴(yán)重，所需清除的灰量有所增多，并且還會嚴(yán)重的危害到鍋爐使用過程中的安全與可靠性。

3 煤質(zhì)對鍋爐和相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行影響

1)當(dāng)采用的煤質(zhì)不好時，會使鍋爐消耗煤的數(shù)量增多，鍋爐的出渣數(shù)量也增多，且爐渣中含有的碳量隨之增多。由于產(chǎn)渣量增多，也會使冷渣設(shè)備以及輸渣設(shè)備的使用次數(shù)增多，這將導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的使用周期縮短。由于行車設(shè)備、輸煤設(shè)備、破碎設(shè)備的使用量增加，其所發(fā)生故障次數(shù)也會相應(yīng)增加，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行成本的提高。

2)當(dāng)煤顆粒過大，會造成排渣管道發(fā)生堵塞的問題。如果較長時間內(nèi)無法完成排渣，就將導(dǎo)致流化床出現(xiàn)分層現(xiàn)象，使得流化效果變得極差。如果嚴(yán)重的話，將導(dǎo)致床層出現(xiàn)結(jié)焦問題。

3)當(dāng)煤中含有較大的灰分，煤燃燒之后會對水冷壁、空氣預(yù)熱裝置等造成相對大的損壞。同時，也易導(dǎo)致設(shè)備的積灰問題，使鍋爐送風(fēng)時會遇到較大的阻力，導(dǎo)致系統(tǒng)的熱效率減少。同時，還會對除塵裝置造成不利的影響，使除塵裝置的運(yùn)行負(fù)荷不斷增加，從而導(dǎo)致除塵裝置發(fā)生故障的概率增加，這將非常的不利于環(huán)境保護(hù)。

4)當(dāng)煤中硫化物含量較大，會發(fā)生一定的高溫腐蝕問題，會對水冷壁、省煤裝置、預(yù)熱裝置等造成嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致鍋爐爆管問題的出現(xiàn)，嚴(yán)重的危害到鍋爐的安全與可靠性。另外，煤燃料中含有較多的硫，將導(dǎo)致灰渣發(fā)生流變的溫度有所減小，從而使流化床或返料裝置出現(xiàn)結(jié)焦的問題。

4 結(jié)語

如果煤質(zhì)出現(xiàn)波動，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對鍋爐及相關(guān)裝置的檢查和維護(hù)，及時的發(fā)現(xiàn)并排除裝置所發(fā)生的問題，強(qiáng)化送風(fēng)及爐腔內(nèi)的溫度監(jiān)控，確保爐腔內(nèi)的溫度不會出現(xiàn)波動。加強(qiáng)煤在儲存過程中的監(jiān)管，避免出現(xiàn)風(fēng)化和自燃問題。另外，也應(yīng)當(dāng)全面、精準(zhǔn)的收集所使用煤質(zhì)的數(shù)據(jù)信息，并將其信息及時的報告給生產(chǎn)部門，讓相關(guān)技術(shù)人員可以選用適宜鍋爐燃燒的煤種類，并實時地根據(jù)煤質(zhì)變化完成系統(tǒng)的調(diào)控工作。

[1] 馬 娟.煤質(zhì)變化對供熱鍋爐的影響及應(yīng)對措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(6)：99-100.

[2] 劉德文.煤質(zhì)對電廠鍋爐運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的影響研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016(2)：170-171.

[3] 黃 中，肖 平，江建忠，等.循環(huán)流化床鍋爐燃料的優(yōu)選[J].潔凈煤技術(shù)，2011(6)：79-80.

The influence of coal quality change to circulation fluidized bed boiler operation

Han Yani

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030024, China)

This paper introduced the coal fired characteristics of circulation fluidized bed boiler, from different heat, volatile component content, ash content, particle size, water content and impurity content aspects, analyzed the influence of coal quality to circulation fluidized bed operation conditions, discussed the influence of coal quality to boiler and auxiliary equipment operation, provided basis for the selection of appropriate combustion boiler coal type.

coal quality, boiler, combustion performance, calorific value

1009-6825(2016)34-0118-02

2016-09-24

韓亞妮(1983- )，女，工程師

TU761.2

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