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新闻资讯 |
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关于CFB锅炉掺烧煤泥的探讨 |
作 者: 成远实业5月12日 |
摘要：某公司为煤电一体化企业，配套资源综合利用坑口电厂，2019年5月电厂锅炉按照一定比列掺烧煤泥，对煤泥掺烧相关的工况及生产管理进行了实践总结，并对大量掺烧提出相关技术探讨。
引言：
近年来随着产业结构的调整，电力供应正在形成相对过剩的买方市场，特别是山西省电力产能过剩尤为特出，为适应这一形式的变化，电力系统正在推行竞价上网、分时电价等一系列的体质改革，市场竞争日益激烈。同时由于煤炭价格调整，如何节约燃料费用，降低发电成本，是各发电企业一直研究的课题。我国每年的洗煤泥量达数千万吨，作为煤炭生产过程中的伴生品，它颗粒细，水分高，粘性大，不易运输，在堆积状态下形态极不稳定，遇水即流失，风干又飞扬，但是煤泥作为一种劣质燃料又有其利用价值，由于煤价上涨因素，又为各发电企业在燃烧设计煤种的同时为掺烧煤泥提供了条件。
一、项目背景
某电厂装机规模为2×135MW空冷机组，配2台哈尔滨锅炉厂生产的480t/h超高温超高压循环流化床锅炉，主要利用公司配套洗煤厂洗出的煤矸石和劣质煤，设计煤种入炉热值约3000kcal/kg，按设备年利用小时数4500h计，年耗煤矸石等劣质混煤约1.08Mt/a，属资源综合利用电厂。
近年来，随着国家能源结构和产业结构的调整，节能减排力度进一步加大，环境保护要求更加苛刻，煤炭和电力企业面临的形式相当严峻。利用煤泥就地发电，具有节能、环保、运行成本低等优势，符合国家的产业政策和循环经济带总体要求，具有良好的发展前景，对实现合理利用煤炭资源、减少煤炭资源的浪费和环境污染都十分有利。为降低燃料成本、增加企业效益、保护环境、节约能源，该公司开展了相关煤泥掺烧发电的实践。
二、煤泥掺烧发电技术发展现状
煤泥掺烧工艺流程一般分为两种工艺方案：方案一是晾干（或加热干燥，煤泥水分≤15%）后掺入动力煤中，供锅炉燃烧发电：方案二是通过泵送技术直接工锅炉燃烧发电。
方案一多用于远距离运输的大型火力发电厂，最适用炉型为煤粉炉。该工艺优点是可以掺入动力煤种，以动力煤销售价格，通过长距离运输向发电企业供给。这种工有利于选煤企业增加效益，对于以煤粉炉发电的企业仅仅是减少燃料破碎的成本。干燥后的煤泥极易吸水，吸水后的煤泥粘结性大，往往造成燃料输送系统的粘料，影响输送、破碎，或者制粉系统的故障等。对于就近以流化床锅炉发电的企业，也可以掺烧部分干燥煤泥，但掺烧比例很小，最大为10%左右。同时，由于煤泥风干后，表面煤粉会随空气流动而飞扬，污染环境；如采用加热干燥煤泥方式，则成本增加约45元/t煤泥，从而增加发电企业的燃料成本。该方案多用于动力煤供需矛盾突出时，选煤厂采用的煤泥处理。
方案二主要用于近距离输送或就近利用的火力发电厂，适用于资源综合利用电厂，炉型为各种吨位的循环流化床锅炉。该方案煤泥运输距离一般控制在50km范围内，通过公路汽车运输；就近利用一般指选煤厂距离电厂在2km范围内或者在同一厂区内，通过管道运输煤泥，同一厂区内或者距离很近时，采用煤泥不落地方式直接利用。
煤泥燃烧发电利用泵输送技术主要集中在我国，其管道输送可达1000mm,煤泥泵出口压力最大至24MPa，输送含固率65%~75%，系统可靠，适应性强。目前，我国建成投入运行的煤泥泵送掺烧发电工程已有上百家，其中，山西阳城晋煤能源发电，神东电力公司上湾电厂、淮南矿业集团潘三电厂等，电厂规模均为2×135MW发电机组，配2台440t/h左右的循环流化床锅炉，年掺烧煤泥量500kt~600kt.煤泥掺烧比例达60%左右，运行可靠稳定。其中有些电厂锅炉设计煤种就考虑掺烧煤泥，掺烧后工况相对可控，也有淮南矿业集团潘三电厂锅炉煤种未考虑煤泥。后增加煤泥掺烧系统，在调试期间，煤泥掺烧比列达60%（锅炉负荷率在90%左右），产生受热面大量积灰和结焦现象；同时，鼓、引风系统、除尘系统出力无法满足需要；锅炉排烟温度提高10℃左右。目前煤泥掺烧比列为35%左右，锅炉可在40%负荷率以上平稳运行。
由于我电厂锅炉设计煤种未考虑煤泥。依据现有同类型锅炉掺烧煤泥运行经验，同时考虑辅机能力及除灰渣和烟气排放要求，而且最主要只在现煤场晾晒煤泥、现有推煤机掺配的手段，确定本次掺烧原则为不超过10%，逐步适量以锅炉安全环保燃烧为前提。
三、试验前相关条件
（一）煤泥的特性
2015年选煤厂扩建规模为5.0Mt/a,选煤工艺为200-13mm块煤
重介浅槽分选、13-1mm末煤采用现有重介旋流器分选、1-0.25mm粗煤泥采用TBS分选、-0.25mm细煤泥压滤脱水回收。选煤厂设有完善的煤泥浓缩压滤系统，正常情况下2台加压过滤机即可处理全厂煤泥，加压过滤机脱水后的产品灰分在36%左右，硫分为0.5%，全水在22%左右，收到基低位发热量均在3550kcal/kg左右；电厂燃料煤来自于选煤厂混煤和末矸石；煤泥不掺烧时压滤煤泥全部掺入产品销售，煤泥掺烧时压滤煤泥供给电厂。供给电厂煤质化验数据如下：
（二）煤泥掺烧前煤场条件
煤泥因粒径、水分、粘度等性质迥异。混合进入燃料系统掺烧
时极易导致设备堵塞、降低系统出力、影响机组负荷甚至运行的安全性。因此电厂专门制定煤泥的接收、存储、翻晒、掺配方案，为提高煤泥掺烧量创造了必要条件。
1、根据来煤泥数量在煤场提前空出西侧第五、第六场地，用于
存放和翻晒煤泥，一可以锅炉配煤就近使用，另推煤机有相应作业空间。
2、煤泥进入煤场后根据湿度，进行不低于7天的翻晒，期间煤
场用推煤机对煤泥进行翻晒，确保储存、使用需要。
3、若遇下雨天时，煤场人员做好防雨工作（苫盖），且根据入炉
情况减少或停止掺配，防止因严重堵煤或断煤影响锅炉正常燃烧或环保指标事件的发生。
4、煤场掺配煤泥时，要根据锅炉入炉煤热值的要求
（3000-3200kcal/kg）,在煤沟前的过道上将混煤、矸石、煤泥按要求比列进行初次掺配，推拌均匀后。再推至煤篦子上。
5、煤泥的晾晒、掺配由煤场管理人员每日三班倒负责督促实施；
发电管理处负责对煤场的掺配进行监督，综合计划处加强对煤场人员的管理，经常深入煤场进行检查，确保煤泥的晾晒，掺配符合以上要求。
（三）煤泥掺烧过程中出现的问题及解决办法
掺烧煤泥后。输煤系统的粗碎机、细碎机、皮带的落煤筒。锅
炉的煤仓出口、给煤机出口、落煤机等处经常堵煤，煤仓壁粘膜；尤其是给煤机频繁断煤，直接导致锅炉燃烧工况改变，环保指标排放大幅度波动。为此。电厂专门制定措施，保证设备的运行。
1、掺烧煤泥后，锅炉运行人员要加强监视与调整，确保烟气环
保指标不超标。若发生严重的断煤现象，致使锅炉燃烧不正常或环保指标超标时，当值值长立即通知综合计划处暂时停止掺烧煤泥。
2、输煤维护项目部增派人手，加强对落煤桶、粗细碎、煤仓、
给煤机的疏通工作，锅炉16米给煤机平台24小时保证有不低于3人的捅煤人员，负责做到随堵随通，确保锅炉给煤系统运行正常。
3、发电处专业管理人员加强对锅炉运行人员负责对掺配后的入
炉煤情况进行跟踪。
4、发电处管理人员加强对锅炉运行的情况进行跟踪，加强人员
监管，防止因人员原因造成的降负荷、环保指标超标事件的发生。
5、由于煤泥自身全硫比原入煤高所以导致脱硝剂消耗增加，NOX产生量较不掺烧前减少，对于床温改善效果明显。统计见下表
四、经济性分析
该公司每年生产商品煤280万吨，电厂燃料煤来自于选煤厂混煤和末矸石；煤泥不掺烧时压滤煤泥全部掺入产品，煤泥掺烧时压滤煤泥供给电厂，一方面产品发热量提高，销售收入增加，另一方面电厂混煤用量减少，电厂成本降低；可见煤泥供给电厂掺烧，对矿井和电厂均带来经济效益。如果按照常规135MW机组用泵输送煤泥测算，如果电厂每年掺烧煤泥40万吨（全水分30%）时，按洗煤厂当前工艺每年煤泥产量预计为51.85万吨（全水分22%）煤泥需要掺入产品销售；而且带来选煤厂工作制度需调整才能满足这种新情况。由于该公司为煤电一体化企业，当前煤泥作为热值高是调节产品掺入商品煤后，产品品质提高，质量稳定，利润提高，公司的总体经济效益提升明显。
五、结语
本项目由于只是对煤泥掺烧进行了掺烧相关的试验，虽然数量不多，但是锅炉燃烧也暴露出了相关环保参数波动等问题，由于电站锅炉也就全部达到超低排放标准，环保压力日益增大对入炉煤品质稳定提出了更高的要求。关于煤泥掺烧系统如果要大量利用，应设置专用煤泥输送系统来保证系统的可靠性。根据中科院和浙江大学针对CFB锅炉（循环流化床锅炉）大比例掺烧煤泥提出的结团燃烧及异比重床理论，采用泵送技术的CFB锅炉掺烧煤泥发生主要有以下技术特点：
1、可实现大比例掺烧煤泥，掺烧比列最高可达60%，根据工程实践证明，对于已运行的CFB锅炉，其设计煤种考虑煤泥时，其掺烧比例可达倒60%左右；对于未考虑煤泥为设计和校核煤种的CFB锅炉，其掺烧比列一般在35%以下。按以上比列掺烧煤泥，不会对已运行的CFB锅炉相关辅机系统的运行造成影响（如鼓风机、引风机和除尘器）。
2、掺烧煤泥后可有效降低锅炉床温，有利于炉内脱硫脱硝，降低锅炉烟气中的SO2和NOX的含量，减少脱硫剂和脱硝剂消耗。
3、已运行的锅炉掺烧煤泥，会使锅炉尾部排烟中含水量增大，排烟温度略有升高，造成锅炉排烟损失增大，锅炉热效率下降。对于掺烧比例小于30%的锅炉，其排烟温度增高3℃左右。根据对同类型电厂的实测，锅炉热效率下降约0.5%。
4、降低锅炉料层高度，一次风压降低，风量减少，电机功耗下降；二次配风比例增加。
5、减少锅炉磨损，有效降低锅炉排渣量，排渣热损失减小，提高锅炉热效率：飞灰量增加，受热面积灰增加，锅炉吹会次数增多。
6、采用泵送技术，可实时调整入炉煤泥量，便于锅炉调负荷运行。
7、可实现自动控制，系统运行、检修、维护方便。
关于煤泥掺烧实践如果只是少量利用应以保证锅炉风险可控为
前提，大量利用还是要按项目的必要性、技术应用并结合煤炭市场行情开展相关的可行性研究方能可持续发展，当然对于煤电一体化企业还是要以公司综合效益的最大化为前提。总而言之，循环流化床锅炉掺烧煤泥是可行性的。掺烧煤泥具有典型示范作用和广阔发展前景，是一种既符合国家能源政策，又具有良好的经济效益、环保效益和社会效益的有效途径。
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