劣質(zhì)煤熱解燃燒分級(jí)轉(zhuǎn)化技術(shù)在300 MW CFB鍋爐中的應(yīng)用淺析

(山西省朔州市山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司,山西 朔州 036800)

1 引 言

1.1 能源發(fā)展趨

我國是一個(gè)以煤炭為主要能源資源的國家。目前我國煤炭產(chǎn)量已達(dá)40億t左右，占一次能源消費(fèi)量的65%左右。雖然在未來幾十年內(nèi)我國煤炭能源的比例將逐步下降，但煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位不會(huì)發(fā)生根本的改變，我國仍然是一個(gè)以煤為主要能源的國家。

長期以來煤炭往往被作為單一用途來利用，目前 80%左右以利用效率較低的直接燃燒方式利用。目前我國發(fā)電耗煤約18億t，占我國煤炭消費(fèi)量50%以上。但現(xiàn)有火電廠只將煤炭作為燃料直接燃燒，造成系統(tǒng)效率偏低，污染物控制成本高，且浪費(fèi)了煤中具有高附加值的油、氣和化學(xué)品。

1.2 煤炭的利用現(xiàn)狀及多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢

以煤熱解為基礎(chǔ)的分級(jí)轉(zhuǎn)化梯級(jí)利用技術(shù)從煤炭既是能源同時(shí)又是電力、化工、冶金等行業(yè)的資源這一角度出發(fā)，將煤的熱解、氣化、燃燒、合成等各個(gè)過程有機(jī)結(jié)合，在同一系統(tǒng)中生產(chǎn)多種具有高附加值的化工產(chǎn)品、液體燃料以及用于工藝過程的熱和電力等產(chǎn)品。煤炭中不同組分在化學(xué)反應(yīng)性上差別巨大，揮發(fā)分是煤組成中最活躍的組分，通常在較低溫度下就會(huì)析出，同時(shí)揮發(fā)分也是煤中比較容易利用的組分，而固定碳較為穩(wěn)定，反應(yīng)所需活化能較高，在低溫下不易反應(yīng)。針對(duì)煤炭的這種特性，熱解氣化燃燒分級(jí)轉(zhuǎn)化技術(shù)通過熱解將揮發(fā)分提取出來，揮發(fā)分中的煤氣可用于制取天然氣、合成液體燃料或制取氫氣，焦油可提取有用的化學(xué)品或提質(zhì)制取燃料油；富碳半焦則可用于燃燒或氣化，也可用于制活性炭等其他用途。通過上述生產(chǎn)過程在系統(tǒng)中的有機(jī)耦合集成，簡化工藝流程，減少基本投資和運(yùn)行費(fèi)用，根據(jù)市場需求和煤炭特性，通過耦合熱解、氣化、燃燒分級(jí)轉(zhuǎn)化方式，適用于具有復(fù)雜煤質(zhì)的褐煤或煙煤，可實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)，降低各產(chǎn)品成本，從而實(shí)現(xiàn)了煤的分級(jí)轉(zhuǎn)化綜合利用，提高了煤轉(zhuǎn)化效率和利用效率，降低污染排放，實(shí)現(xiàn)煤炭利用系統(tǒng)整體效益最優(yōu)化。

1.3 文中研究內(nèi)容

本項(xiàng)目改造方案為在現(xiàn)有電廠3號(hào)機(jī)組的1臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐一側(cè)的二個(gè)高溫分離器之間布置1套熱解系統(tǒng)，煤氣粗凈化系統(tǒng)為1套，熱解產(chǎn)生的半焦全部回用作為鍋爐的部分燃料，其燃燒所產(chǎn)生的蒸汽可滿足發(fā)電150 MW；熱解焦油處理后外賣；熱解產(chǎn)生的熱解氣(富含 CH4、CO、H2、C2、C3等)經(jīng)脫氨、脫硫、脫苯萘、脫碳、精脫萘油、精脫硫、干燥和低溫液化分離等處理得到清潔能源LNG(液化天然氣)和管道燃料氣(富含CO和H2)。

2 流化床熱解爐的實(shí)驗(yàn)研究

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行溫度在850～900 ℃之間，大量的高溫物料被攜帶出爐膛，經(jīng)分離機(jī)構(gòu)分離后部分作為熱載體進(jìn)入以再循環(huán)煤氣為流化介質(zhì)的流化床熱解爐。煤經(jīng)給料機(jī)進(jìn)入熱解爐和作為固體熱載體的高溫物料混合并加熱(運(yùn)行溫度在 550～800 ℃之間)。煤在熱解爐中經(jīng)熱解產(chǎn)生的粗煤氣和細(xì)灰顆粒進(jìn)入熱解爐分離機(jī)構(gòu)，經(jīng)分離后的粗煤氣進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行凈化。除作為熱解爐流化介質(zhì)的部分再循環(huán)煤氣外，其余煤氣則經(jīng)脫硫等凈化工藝后作為凈煤氣供民用或經(jīng)變換、合成反應(yīng)生產(chǎn)相關(guān)化工產(chǎn)品。收集下來的焦油可提取高附加值產(chǎn)品或改性變成高品位合成油。煤在熱解爐熱解產(chǎn)生的半焦、循環(huán)物料及煤氣分離器所分離下的細(xì)灰(灰和半焦)一起被送入循環(huán)流化床鍋爐燃燒利用，用于加熱固體熱載體，同時(shí)生產(chǎn)的水蒸汽用于發(fā)電、供熱及制冷等。

某電廠2×300 MW燃煤循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠制造的SG-1060 /17.4-M801型亞臨界中間再熱、單鍋筒自然循環(huán)鍋爐。采用緊身封閉布置、全鋼構(gòu)架、采用支吊結(jié)合的固定方式，鍋爐采用單鍋筒自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、絕熱式旋風(fēng)氣固分離器、循環(huán)流化床燃燒方式，煙井內(nèi)布置對(duì)流受熱面。

3 熱解爐與流化床的耦合技術(shù)研究

煤在熱解爐內(nèi)熱解時(shí)會(huì)產(chǎn)生易燃易爆危險(xiǎn)性物質(zhì)，主要有一氧化碳、氫氣、硫化氫、等。所以要采取可靠的措施，在發(fā)生異常工況時(shí)，可以快速有效的將熱解爐與流化床燃燒爐隔離，并將易燃易爆危險(xiǎn)性物質(zhì)控制在安全范圍內(nèi)。

熱解燃燒分級(jí)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方案最關(guān)鍵的技術(shù)是采用來自循環(huán)流化床燃燒爐的固體熱載體提供氣化熱源。因此，物料循環(huán)系統(tǒng)是關(guān)鍵，既要保證氣化室和燃燒室間有合適的循環(huán)物料量以提供氣化所需的熱量，并控制熱解爐運(yùn)行溫度在合適的溫度下，以獲得較大的煤氣產(chǎn)率。因此該電廠在循環(huán)回路上設(shè)置錐形灰渣閥以控制進(jìn)入熱解爐物料。

4 結(jié)束語

煤制氣項(xiàng)目，本身是很成熟的，只是利用現(xiàn)在的鍋爐返料部分返料到新建的熱解爐，與燃料混合，達(dá)到600多度，自然就產(chǎn)出氣了，但與流化床的結(jié)合是關(guān)鍵，該廠的熱解燃燒轉(zhuǎn)化裝置出力為150 MW，替代原來鍋爐1/2的出力，在運(yùn)行調(diào)整上講面臨很多新挑戰(zhàn)。故文中得出以下主要結(jié)論：

(1)長期以來煤炭往往被作為單一用途來利用，但現(xiàn)有火電廠只將煤炭作為燃料直接燃燒，造成系統(tǒng)效率偏低，污染物控制成本高，且浪費(fèi)了煤中具有高附加值的油、氣和化學(xué)品。因此熱解燃燒與流化床鍋爐相耦合技術(shù)是有相當(dāng)好的發(fā)展前景。

(2)在耦合過程中，如何保證流化床的正常穩(wěn)定運(yùn)行，如何快速隔離熱解爐運(yùn)行是關(guān)鍵，需要在以后的實(shí)驗(yàn)過程中深挖研究。

(3)推廣應(yīng)用煤炭分級(jí)轉(zhuǎn)化綜合利用技術(shù)適合我國的國情和特色，充分體現(xiàn)煤炭既是能源又是資源的理念，既可對(duì)現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行分級(jí)利用改造，又可適用于新建電廠，可應(yīng)用于高效清潔發(fā)電、替代工業(yè)鍋爐燃煤、運(yùn)輸燃料替代和煤化工等領(lǐng)域，對(duì)于我國清潔高效煤炭發(fā)電、油氣等資源替代、大幅度節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等具有重要戰(zhàn)略意義。