CFB鍋爐大比例摻燒煤泥的影響分析研究

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(1.大唐黑龍江發電有限公司，哈爾濱 150028；

2.中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化分公司，新疆 克拉瑪依 833600)

0 引言

煤泥是煤炭洗選過程中的主要副產品，選煤廠排出的煤泥形態極不穩定，其主要特點是：①顆粒普遍較細，30 μm以下的微顆粒一般占煤泥總質量的60%以上；②煤泥的水份和灰分含量高，經壓濾機初脫水后的煤泥含水率仍在30%以上，灰分約為20%；③煤泥的黏性較大，易于結團。這些特性導致煤泥的堆放、貯存和運輸比較困難，容易造成環境污染[1-4]。

循環流化床鍋爐摻燒是煤泥利用的主要形式，目前國內各型循環流化床鍋爐燃用煤泥較為普遍，但摻燒比例和燃燒效率不高，且存在床壓不穩定、磨損量大、運行周期短等問題。本文分析了循環流化床鍋爐大比例摻燒煤泥的影響并提出了相關建議[5-7]。

1 摻燒煤泥對鍋爐磨損的影響

循環流化床鍋爐燃用設計煤種時的爐膛截面風速是固定的。研究表明，循環流化床鍋爐受熱面的磨損程度與煙氣速度之間存在3次方關系。由于煤泥的性質較為特殊，摻燒煤泥后會引起煙氣量的增加，進而引發受熱面磨損量增大等新問題，因此大比例摻燒煤泥時應特別注意磨損的加劇。

圖1 循環流化床鍋爐摻燒煤泥后重點防磨部位

循環流化床鍋爐密相區內水冷壁管上敷設了耐磨耐火材料，不會產生磨損；稀相區物料濃度較低，且物料流向與水冷壁管方向一致，一般也不會產生大的磨損。而在兩者交界的區域內顆粒濃度相對較高，且交界處管子方向會與物料流向不一致，易產生磨損。因此，摻燒煤泥后防磨的重點是密相區耐火耐磨材料與光管水冷壁之間的交界面。

為降低大比例摻燒煤泥后可能帶來的磨損加劇問題，推薦安裝多階防磨梁。大量機組運行結果表明，多階防磨梁能夠顯著降低了爐膛貼壁流的速度和濃度(灰流平均速度可由8 m/s減少到2 m/s)，從根本上延長水冷壁管的使用壽命，特別適用因為煤質變化鍋爐煙氣量增加而引起的磨損加劇。

2 摻燒煤泥對輔機運行的影響

煤泥與褐煤在物理性質、元素分析、工業分析等方面有許多相似之處，因此煤泥容易燃燒，有較低的分解溫度、初始燃燒溫度和燃盡溫度，完全燃燒所需的時間也較少。進入流化床鍋爐料床的煤泥含有約30%的水份，這些水份的加熱蒸發要從料床帶走一部分熱量(改變床溫)，這一變化會影響到鍋爐的運行。在運行調節中可以采取的措施有：改變一二次風率、料床存量和循環物料量來改變床內物料的濃度分布，從而改變爐膛換熱特性；改變上下二次風比例，來調節床溫；根據燃料變化來調節過量空氣系數。

摻燒煤泥后煙氣體積的增加和飛灰濃度的變化將增加對流受熱面的傳熱、積灰和磨損，加劇引風機和灰渣系統的工作壓力，例如引風機電流增加，鍋爐氧量降低、冷渣器出力下降和除塵器出力增加等。因此需要考慮輔機設備的運行余量，保證運行安全性。

3 摻燒煤泥對污染物排放的影響

鍋爐污染物排放包括SO2、NOx和粉塵三方面。為加強環境保護、實現節能減排目標，國家環保部已經推行了更為嚴格的環保標準，即《火電廠大氣污染物排放標準》(GB 13223-2011)，該標準允許的污染物排放限值如表1，自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐及燃氣輪機組必須執行新規定的煙塵、二氧化硫、氮氧化物和煙氣黑度排放限值。

表1 燃煤鍋爐污染物物最高允許排放濃度(單位：mg/m3)

從大多數循環流化床鍋爐的運行結果上看，摻燒煤泥后會出現粉塵濃度超標、部分工況的NOx排放超標。由于添加煤泥后燃燒溫度會有所降低，因此通過增加石灰石鈣硫摩爾比可以降低原有的SO2排放濃度。通過運行優化調整大多數情況可以將環保參數調整至規定范圍。

4 摻燒煤泥后的鍋爐運行建議

大多數循環流化床鍋爐在中負荷和高負荷均可實現大比例添加。但是低負荷時燃料消耗量少，加入煤泥后對爐內物料的擾動較大，特別是對床溫、氧量、SO2排放等參數將產生顯著影響，因此低負荷時投煤泥量應減少。

爐膛溫度方面，在床溫800 ℃以上時添加煤泥不會對燃燒產生不利影響。由于隨著煤泥添加比例的增加，床溫會有所下降，運行中應密切監視床溫，床溫變化較大時除調節煤泥量、給煤量外，同時要通過調節一二次風量保持床溫穩定，這對提高燃燒效率、降低SO2和NOx排放均有一定益處?？紤]到煤泥加入后排煙溫度明顯升高，這會使得鍋爐熱效率降低，為降低排煙損失可以適當加強吹灰頻次。

床壓方面，添加煤泥后會影響床內物料的積聚，大比例添加時還會引起床壓的下降，低床壓時(5 kPa以下)不宜采用較大的煤泥添加比例，否則會使床壓更低燃燒不穩定、同時影響鍋爐的帶負荷能力。由于煤泥量的增加會引起爐膛中壓差增大，可能引起密相區與稀相區的磨損加劇，建議定期進行水冷壁受熱面的壁厚檢查，加強對易磨損部位的監測和記錄。

煤泥添加比例變化時應及時調整給煤，保持鍋爐汽壓和汽溫穩定，在增加負荷時應先加風后加煤；減少鍋爐負荷時應先減煤后減風，改變風煤量時應緩慢交替進行。煤泥輸送系統出力發生變化時會引起鍋爐爐膛負壓、床溫和SO2排放的劇烈波動，應該提前做好調整準備(例如提前增加石灰石給料量)。

由于煤泥很容易被煙氣帶出爐膛，因此爐膛應保持較低的負壓(-100 Pa以內)。若爐膛負壓過大，尾部煙氣溫度上升很快，說明有大量煤泥顆粒進入尾部煙道，此時應減少煤泥添加量，減小二次風量和引風機風量，降低煙氣流速。當出現床溫大幅度下降時，應立即停止煤泥添加。待床溫繼續升高后再嘗試投運，以防止堆積煤泥量過大而導致煤泥爆燃，床層流化不良結焦，影響設備正常運行。

5 摻燒煤泥的鍋爐的設計建議

循環流化床鍋爐爐膛橫截面的選取主要取決于流化風速的選取。根據經驗，流化床的流化風速取值范圍為4.5～5.5 m/s?？紤]到煤泥燃料水份含料高、顆粒粒度細的特殊性，因此鍋爐的流化風速可取此范圍的下限(例如4.5～5.0 m/s)，同時盡可能合理的采用防磨技術。

流化床鍋爐燃用煤泥時，盡管冷渣器出力可能下降，但仍應保留足夠的設計余量。在設計石灰石輸送系統時也應考慮留有足夠的余量。設計除塵器時還要充分考慮飛灰份額增加所帶來的影響。

另外，煤泥顆粒較細，其灰分中有相當的部分無法形成有效的循環灰，所以大比例燃燒煤泥的循環流化床鍋爐要考慮此特點對物料平衡的影響。應采用高效的旋風分離器(應可以高效捕集20 μm粒度的煤泥顆粒)，將大量高溫固體物料從氣流中分離出來，送回燃燒室，保證物料和脫硫劑多次循環、充分燃燒。

6 結 論

煤泥燃燒特性好，循環流化床鍋爐大比例添加煤泥是利用煤泥資源的有效嘗試，此舉措最大程度上利用了低熱值燃料，節約了原煤、保護了環境，有利于節能減排，研究工作具有較強的示范推廣作用。

[1] 孫獻斌，黃 中. 大型循環流化床鍋爐技術與工程應用[M]. 中國電力出版社，2013.

[2] 吳金卓，馬 琳，林文樹.生物質發電技術和經濟性研究綜述[J].森林工程，2012，28(5)：102-106.

[3] 張 敏. CFB鍋爐燃燒優化調整試驗方法研究與應用[J]. 熱力發電，2009.

[4] 高洪培，王鵬利，張 敏，等. 大型循環流化床鍋爐臨界流化風量控制與燃燒優化調整[J]. 熱力發電，2005.

[5] P.巴蘇，S.A.弗雷澤.循環流化床鍋爐的設計與運行[M] .科學出版社，1994.

[6] 黃 中，高洪培，孫獻斌，等. 最新環保標準下對循環流化床鍋爐環保特性的再認識[J]. 電站系統工程，2012.

[7] 奧慧琦，黨 超. 循環流化床鍋爐煤泥摻燒技術探討[J]. 陜西電力，2011.