煤氣化爐應(yīng)用于煤粉鍋爐的探討

摘要：采用煤氣化爐裝置代替大型煤粉啟動爐，為電廠提供外部高參數(shù)蒸汽；代替煤粉鍋爐燃油為爐膛提供點火、陪燃或穩(wěn)燃用煤氣。符合節(jié)能降耗、同時也解決了鍋爐燃油時存在經(jīng)濟、安全、環(huán)保問題；并且可以降低機組煤耗。這是一種全新的高效潔凈煤發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤氣化爐；煤粉鍋爐；啟動爐；燃油；潔凈

1、前言

2014年5月，發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》中提出具體目標(biāo)：全國新建燃煤發(fā)電機組平均供電煤耗低于300克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時，到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時，其中現(xiàn)役60萬千瓦及以上機組（除空冷機組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時?，F(xiàn)燃煤發(fā)電機組達(dá)標(biāo)排放及降低煤耗的行動，主要是設(shè)備改造、脫硫、脫銷、除塵的技術(shù)革新與改造。是否考慮在燃料上的改進？是否用部分原煤進行氣化后再供鍋爐燃燒？是否用部分煤氣化代替鍋爐燃油呢？是否用煤氣化爐余熱，提高鍋爐給水溫度、提供外部蒸汽降低機組汽耗量？針對這些構(gòu)思，就煤化爐、啟動爐、煤粉鍋爐特性問題，如何提高燃煤鍋爐效率，降低供電煤耗，解決燃油存在的安全及環(huán)保問題進行探討。

2、燃油對煤粉鍋爐受熱面的影響

電廠煤粉鍋爐點火啟動、停運和低負(fù)荷助燃、斷煤等異常情況下均需耗用大量的燃油，特別是入爐煤品質(zhì)難以保證，在安全生產(chǎn)的需要下電廠鍋爐助燃油大幅增加，大大增加了燃料成本，嚴(yán)重影響電廠的經(jīng)濟效益。且燃油對鍋爐在使用中鍋爐的水冷壁管和對流受熱面上容易積存灰垢，會增加熱阻，降低鍋爐熱效率。據(jù)測定灰垢厚度達(dá)1 mm時，要浪費燃料10%左右，受熱面積灰后還會加速管壁的腐蝕。

在低負(fù)荷運行時，爐內(nèi)各部溫度均不同程度下降，最終排煙溫度也會降低，且需燃油運行。極易使低溫受熱面的金屬壁溫低于硫酸汽的露點溫度，硫酸蒸汽便會在低溫受熱面上結(jié)露，從而造成低溫受熱面、電除塵電極上產(chǎn)生積灰積炭的油灰腐蝕。

對燃油啟動爐來講，應(yīng)徹底淘汰。

3、煤氣化爐、啟動爐（燃油爐）、煤粉鍋爐特性分析

煤氣化爐是以煤基為能源的化工系統(tǒng)。由于具備環(huán)保節(jié)能性，符合我國當(dāng)前能源資源發(fā)展需求，因此被眾多的行業(yè)所選擇。且煤氣化爐在小型化方面應(yīng)是比較成熟，經(jīng)濟環(huán)保。目前大型燃煤鍋爐燃燒或進行自身技術(shù)改造來大幅降低發(fā)電煤耗量的操作空間有限，并用投入的成本更高；且目前環(huán)保的排放都是靠后端來處理，運行成本及投資量大；前置處理主要還是控制入爐煤的品質(zhì)，但這與國家政策不相符。所以入爐煤的高效潔凈技術(shù)應(yīng)運而生。

1）目前煤粉鍋爐在啟停過程中、異常工況下、低負(fù)荷或偏離設(shè)計煤種等燃燒運行時，為了確保鍋爐爐膛燃燒安全，只能投油穩(wěn)燃，這不僅增加了電廠運行成本，而且對電廠鍋爐受熱面、空預(yù)器、除塵及脫硫設(shè)備存在重大安全問題。

2）啟動爐在大型煤粉鍋爐啟動前必須運行，但存在燃燒效率差、使用率極低、保養(yǎng)成本高、并且安全、經(jīng)濟、環(huán)保性能極差特性；還嚴(yán)重與國家政策不相符。且啟動爐也是燃油，存在嚴(yán)重的能量浪費，同樣也存在與煤粉鍋爐更大的安全及環(huán)保問題；另啟動爐運行時間短，利用空間不足，設(shè)備長期空置，使保養(yǎng)成本高，資產(chǎn)貶值嚴(yán)重。

3）煤氣化爐需要磨煤、干燥系統(tǒng)及后部煤氣冷卻器系統(tǒng)，相關(guān)投入不僅成本高，而且占有大量土地；煤氣化爐熱效率能達(dá)90%以上，但產(chǎn)生大量的蒸汽利用空間有限，大部分排空或低效利用，造成能量大量浪費。

4）現(xiàn)有煤氣化爐碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，總的熱效率最少也有90%以上，且應(yīng)技術(shù)也比較成熟，但在設(shè)備大型化上存在許多技術(shù)問題，應(yīng)用不成熟。

5）需整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）中用的煤氣，對熱值要求需不高（2200-2500大卡），但對煤氣凈化度（如：粉塵及硫化物含量）要求很高。

6）煤氣化爐產(chǎn)生的煤氣熱值可以達(dá)到3000-3500大卡，但綜合成本只有制油成本的一半及以下。

7）燃煤鍋爐優(yōu)點是經(jīng)濟實惠；缺點是污染嚴(yán)重，后期除塵、脫硫、脫銷設(shè)備投入巨大，而且需要占用大量的場地。

8）燃油鍋爐優(yōu)點結(jié)構(gòu)性能簡單；缺點是費用高，而且燃油運輸、儲存的危險性高，易出現(xiàn)事故。

9）燃?xì)忮仩t優(yōu)點是高效、清潔、環(huán)保。無腐損，鍋爐壽命長；缺點是品質(zhì)要求高、使用有條件限制。

4、應(yīng)用效果

1）煤氣化爐燃料直接從電廠粉倉提供，解決了煤氣化爐原料提供問題。這不僅降低了煤氣化爐的投資，而且充分地利用了電廠廢熱，既經(jīng)濟又環(huán)保。

2）煤氣化爐為火電廠啟動爐提供了高溫?zé)煔?。通過啟動爐汽水系統(tǒng)的吸熱，產(chǎn)生了高溫高壓蒸汽；降低煤氣溫度，并凈化煤氣提高了煤氣品質(zhì)。顯著提高了煤氣化爐的熱效率。

3）利用火電廠啟動爐相關(guān)輔助設(shè)備，凈化了煤氣。大大降低了煤氣化爐系統(tǒng)的投資，同時也提高了啟動爐的使用率。

4）所得高熱值煤氣為電廠鍋爐提供了穩(wěn)定的可燃燃料，可以替代電廠鍋爐爐前燃油系統(tǒng)。降低了電廠運行成本，提高了爐膛燃燒安全，同時大幅提高了鍋爐后部設(shè)備的安全性、環(huán)保性，同時也降低鍋爐的機械不完全燃燒熱損失及排煙損失。

5）啟動爐不再參入燃燒反應(yīng)，只吸收煤氣熱量及完成煤氣的凈化作用。提高了電廠環(huán)保性，降低了電廠運行成本，大大提高了燃燒效率。

6）充分利用啟動爐設(shè)備，蒸汽可以連續(xù)提供。降低了電廠抽汽損耗，提高鍋爐給水溫度，從而大幅提高了電廠機組熱效率，進一步降低了發(fā)電煤耗，同時也為用戶提供了多樣的高參數(shù)的蒸汽。

7）啟動爐不再需要對外排放。大幅提高了電廠環(huán)保性。

5、結(jié)論

將三者有機結(jié)合起來，取長補短。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作使用方便、經(jīng)濟環(huán)保、安全等優(yōu)點。

1）提高鍋爐煤種適應(yīng)性。對煤的活性幾乎沒有要求。

2）經(jīng)濟性能好、熱效率高。大大降低了三者之間的重復(fù)投資，總的熱效率可達(dá)96%左右。鍋爐總效率將提高2%左右；發(fā)電煤耗最少下降10g/kwh以上。

3）環(huán)保性能好。氣、水循環(huán)利用，而且解決了煤粉鍋爐燃油過程中燃燒效率不足70%、大氣污染等問題。

4）安全性能好。解決了煤粉鍋爐尾部受熱面再燃燒、鍋膛放炮、空預(yù)器積油積炭積灰、電除塵電極積碳、電除塵布袋故障、脫硫石膏污染等問題。

參考文獻

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作者簡介：張檢飛（1977—），男，漢族，主要從事電力生產(chǎn)運行及管理；工程建設(shè)管理；電力工程及煤化工工藝設(shè)計、實驗研究等。

（作者單位：大唐華銀張家界水電有限公司）