堿金屬對準東煤燃燒利用影響的研究進展

霍敦財 甘露 靳超然

（1國家電投集團遠達環保工程有限公司2國家電投集團遠達環保工程有限公司重慶科技分公司）

堿金屬對準東煤燃燒利用影響的研究進展

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（1國家電投集團遠達環保工程有限公司2國家電投集團遠達環保工程有限公司重慶科技分公司）

準東煤儲量豐富，但其高結焦性、高沾污性，極大的限制了準東煤在電站鍋爐中的大規模運用。本文基于調研，系統的概述了準東煤燃燒發電過程中所遇到的問題，闡述了其結渣沾污形成過程及其原因。

準東煤；堿金屬；沾污

引言

新疆作為我國五大綜合能源基地之一，尚未開發的煤炭資源儲量豐富，預測資源總量達2.19萬億噸[1]。新疆煤炭資源主要分布在準格爾、吐哈、伊利三大盆地，大多為待開發整裝煤田。隨著我國中部和東部的老煤炭基地資源的逐漸枯竭，新疆煤炭資源作為我國能源接續，將具有不可替代的重要地位。相關勘探研究發現，準東煤作為一種天然潔凈煤，其熱值高，灰、氮、硫等含量非常少，屬于低或特低的范圍，是一種低污染，低排放的動力用煤。

1 準東煤利用現狀及存在問題

受新疆特殊的地理位置、經濟條件、交通運輸等因素的限制，準東煤炭無法大規模外送，嚴重阻礙了準東煤炭基地的發展，同時由于成煤歷史和自然地理環境，其堿金屬的含量普遍超過2%，遠高于國內其他地區動力用煤，部分礦區產煤甚至高達10%以上[2]。較高的堿金屬含量造成了準東煤的高結焦性、高沾污性，極大的限制了準東煤在電站鍋爐中的大規模運用。如何解決準東地區電廠燃用準東煤出現的結渣沾污問題已成為準東地區煤電產業發展的當務之急。

2 堿金屬的結渣沾污的形成過程

結渣/沾污是一個多因數綜合作用的化學物理過程，受煤質特性、爐膛結構、燃燒器布置、爐內空氣動力場、溫度水平以及運行工況等多種因素影響[3]，主要依賴于煤中的礦物質在爐內高溫環境中的遷移過程和行為。其中，煤中堿金屬的存在對沾污的起了決定性作用。沾污的形成過程通常會經歷內白層、燒結內層和外部燒結層形成三個過程。

3 影響準東煤沾污的因素

燃用準東煤出現的沾污已成為一個多學科交叉且相互滲透的工程實際問題，嚴重阻礙了鍋爐的安全經濟運行，相關學者經過全面的分析研究發現：燃煤品質，堿金屬的遷移過程，飛灰的遷移過程，溫度等均對沾污的形成過程有一定的影響。

3.1 燃煤品質

燃煤品質對沾污起決定性作用，其影響主要體現在煤中堿金屬的含量與存在形態及鋁硅酸鹽等礦物的含量與分布。煤中堿金屬的存在形態有活性與穩定性之分，活性堿金屬成分在燃燒中易揮發，是引起沾污的主要成分。不同煤種堿金屬的含量與存在形態均有很大的差別，從而影響煙氣中的堿金屬含量。煤中的堿金屬在揮發前后均能與鋁硅酸鹽反應生成低粘性不可揮發的堿金屬鋁硅酸鹽，從而降低煙氣中的堿金屬含量，緩解沾污。煤中鋁硅酸鹽含量越高，能夠揮發的堿金屬蒸汽就越少，沾污傾向越弱。

3.2 堿金屬的遷移過程

煤燃燒過程中堿金屬的遷移規律對煤的沾污有重要影響。煤中不同存在形式的堿金屬成分在燃燒初期會發生相互轉化，且不同存在形式的堿金屬成分的轉化規律又隨煤種、氣氛和溫度的不同有所不同。燃燒后期，揮發的堿金屬成分與其他成分反應，生成新的堿金屬化合物，包括含堿金屬的鋁硅酸鹽、氯鹽、硫酸鹽等。煤中的堿金屬在爐內的反應復雜，燃燒方式、運行工況等的不同也會導致煤中的堿金屬在燃燒后期存在形式的差異。若在燃燒過程中釋放到煙氣中的堿金屬蒸氣含量少或生成更高熔點的硅鋁酸鹽，則凝結在換熱面上的沾污介質硫酸鹽量減少，從而減輕了換熱面的沾污。所以煤燃燒過程中堿金屬的遷移及影響遷移的因素均對沾污有重要的影響。

3.3 飛灰的遷移過程

沾污是由于飛灰在受熱面上的沉積，所以飛灰的遷移過程對沾污有著重要影響，控制煙氣中的飛灰量是緩解沾污的一個主要方向。

3.4 煙氣溫度

煙氣溫度對沾污的影響主要體現在兩方面。一方面堿金屬的遷移的過程主要受溫度，主要體現在對堿金屬生成反應的化學平衡和相平衡的影響。低溫下堿金屬與鋁硅酸鹽的反應發生在堿金屬揮發之前，高溫條件下則恰好相反，導致了高溫煙氣中氣象堿金屬含量的差異。另一方面主要體現在沾污的溫度敏感特性。

結語

堿金屬含量高的準東煤燃燒利用過程中出現嚴重的沾污問題極大限制了其利用。高堿金屬準東煤沾污會伴隨高溫腐蝕。燃煤品質，堿金屬的遷移過程，飛灰的遷移過程，溫度等均對準東煤燃燒利用過程中堿金屬沾污的形成過程有一定的影響。

目前，高堿金屬準東煤沾污研究不足，還未能實現安全經濟的100%純燃準東煤，因此，對于高堿金屬準東煤還有待于進一步深入研究。

[1]嚴陸光，夏訓誠，呂紹勤，等.大力推進新疆大規模綜合能源基地的發展[J].電工電能新技術，2011，30（1）:1-7.

[2]張守玉，陳川，施大鐘，等.高鈉煤燃燒利用現狀[J].中國電機工程學報，2013，33（5）:1-12.

[3]胡玉龍，李輝，劉建江.200MW機組鍋爐結渣原因分析及防治措施探討[J].節能，2007，26（3）:26-29.

霍敦財（1968-），男，本科，工程師，主要從事燃煤煙氣治理工程項目管理工作