循環流化床鍋爐燃料煤應用現狀、問題及解決方案

鄭仰峰　李興發　張吉東　商一冰　申夢潔　劉洋

摘 要：為了更全面的了解煤化工企業，本文以兗礦魯南化工有限公司為例，對煤化工企業鍋爐燃料煤的現狀和技術進行研究。通過分析鍋爐燃料煤的采購使用情況，鍋爐的型號，鍋爐燃料煤設計煤質狀況，鍋爐蒸汽曲線，鍋爐燃燒洗混煤出現的問題及解決方案，得出現在煤化工企業鍋爐燃煤的現狀，以及燃燒洗混煤的優化技術。以此為現在的煤化工企業解決鍋爐燃煤問題，尤其是燃燒洗混煤提供技術參考。

關鍵詞：煤化工；鍋爐燃料煤；循環流化床；蒸汽指標；洗混煤

1 概述

我國的能源結構是“富煤、貧油、少氣”，在能源消費中，煤炭所占比重能達到60%。利用煤炭最主要的形式是燃燒，現在國內多使用循環流化床鍋爐來燃燒煤炭[ 2 ]，而許多企業為節省成本，多采用劣質煤或泥煤進行摻燒，在此過程中如果盲目使用混煤，可能會造成循環流化床鍋爐的損毀，導致企業的停工停產，給企業帶來經濟損失，因此對循環流化床鍋爐燃料煤的研究顯得尤為重要。

本文以兗礦魯南化工有限公司為例，對煤化工企業循環流化床鍋爐燃料煤的使用情況，出現的問題及解決方案進行研究，得出一套合理使用洗混煤的模式。此研究內容可為其他使用循環流化床鍋爐的煤化工企業提供經驗參考。

2 兗礦魯南化工有限公司2013年-2015年份鍋爐燃料煤的采購和使用情況

2.1 公司2013年-2015年鍋爐燃料煤采購和熱值情況分析

自2013年-2015年，該公司采購了大量的鍋爐燃料煤，用于循環流化床鍋爐的燃燒，以此為整個生產系統提供動力。鍋爐燃料煤具體的采購情況可見表1，根據表1分析，從量上來看，在2013年-2015年期間，采購的鍋爐燃料煤的量和熱值都在逐年增加，但是熱值全部都稍高于公司對于鍋爐燃料煤的設計熱值（4830大卡）。燃燒熱值遠低于設計鍋爐煤熱值的煤炭時，可能會降低密相區溫度，影響燃燒，而且低熱值煤炭的折算灰分和折算水分比較高，會占用爐內燃燒份額，降低鍋爐的效率；燃燒遠比設計鍋爐燃料煤熱值高的煤炭，爐內溫度過高，會有結焦的風險[ 3 ]。公司采購的鍋爐燃料煤熱值略大于設計鍋爐煤煤質的熱值，采購的煤炭合理，同時也為摻燒劣質鍋爐煤提供了條件。

2.2 公司2013年-2015年消耗鍋爐燃料煤情況分析

公司采購的鍋爐燃料煤全部用于鍋爐燃燒，用來供熱電和蒸汽，在生產過程中，噸煤產量這個指標很重要，它可以將鍋爐燃料煤的熱值，轉變成需要的產品，即是將鍋爐燃料煤的熱能轉化成電能和蒸汽能。根據表2，消耗一噸鍋爐燃料煤，大約可以得到150kg的熱電蒸汽，鍋爐燃料煤的熱值在小范圍內波動，對此沒有影響。

3 兗礦魯南化工有限公司使用劣質鍋爐煤情況分析

3.1 公司現有鍋爐概況

公司自2002年-2011年期間，共安裝了循環流化床鍋爐8臺，其中有3.8MPa壓力等級的鍋爐4臺，具體又分為產汽量為75t/h煙囪座為120m的兩臺，產汽量為130t/h煙囪座150m的兩臺；另外四臺鍋爐是9.8MPa壓力等級，其中產汽量為130t/h煙囪座為150m的有兩臺，產汽量為260t/h煙囪座為150m的一臺，產汽量為260t/h煙囪座為90m的有一臺，具體情況見表4。

公司為配合鍋爐運行，安裝了2臺汽輪發電機組，循環流化床鍋爐每年可使用鍋爐燃料煤約70萬噸。

3.2 兗礦魯南化工有限公司生產裝置對鍋爐蒸汽指標的要求

公司的鍋爐在生產運行中和發電廠鍋爐所起的作用有根本的差別，整個公司化工裝置的動力都是通過循環流化床鍋爐燃燒煤炭來提供，鍋爐的穩定性對整個生產系統起著至關重要的作用。循環流化床鍋爐日常主要作為公司空分、合成裝置的壓縮汽輪機驅動裝置，此過程對鍋爐蒸汽壓力、溫度指標要求較為嚴格，嚴禁出現鍋爐負荷大的波動，否則空分、合成汽輪機容易聯鎖跳車。

公司目前存在兩種3.8Mpa蒸汽壓力系統，一種靠多臺3.8Mpa壓力等級的鍋爐加減負荷進行壓力調節，但是，這種方式壓力波動很大，見圖1蒸汽壓力曲線，蒸汽壓力調控困難；另一種是從9.8Mpa蒸汽壓力管網減壓來進行壓力調控，此種方式蒸汽管網 壓力比較穩定，見圖2蒸汽壓力曲線，蒸汽壓力調控容易。

3.3 循環流化床鍋爐設計燃煤煤質情況

公司設計的鍋爐燃煤是煙煤，根據表4可以看出，設計煤的熱值不是很高，為4830大卡，略低于公司采購的鍋爐燃料煤，這種煤炭燃燒可以得到53.03%的基碳，6.95%的全水分，6.61%的基氧，3.30%的基氫，0.98%的基氮，0.43%的基硫，28.70%的灰分。

設計煤中含量最高的是碳，含量最低的是硫，設計煤含水分在10%以下[ 1 ]，非常利于在鍋爐中燃燒，不會造成鍋爐管道堵塞。灰分遠低于51.27%[ 3 ]，可以摻燒部分劣質鍋爐煤，不至于灰分含量過高，鍋爐內燃燒產生的煙氣中飛灰急劇增加，加重鍋爐的水冷壁的磨損[ 4 ]，從而可以保護鍋爐，延長鍋爐使用壽命。

4 鍋爐燃燒洗混煤帶來的問題

1）當前，該公司使用的洗混煤（鍋爐燃料煤和劣質鍋爐煤）熱值在4700～5000大卡，含水量在7%左右，灰分低于35%，碳、氫、氧、硫的含量均符合循環流化床鍋爐設計煤質的情況。而在2013年-2015年期間，公司使用的鍋爐煤部分為各大煤礦的洗混煤，水分在12%左右，由于洗混煤中摻加部分洗精煤粉，含水量和粘度比較大，很容易造成粘壁，隨后粘結成團產生收口，發生架橋情況，致使落煤槽堵煤，還可能在落煤管的折流板上產生粘結積累，發生落煤管堵塞，導致鍋爐斷煤熄火[ 5 ]，這時就需要大量的人力物力去疏通管道，嚴重影響了公司的生產，給公司帶來損失。

2）該公司的260噸流化床鍋爐運行周期在100天左右，循環流化床鍋爐摻燒洗混煤或煤泥會增加對其的磨損。公司為降低采購成本，協同煤化供銷公司采購了部分高硫低熱值的煤炭（硫含量1.3%，發熱量4000大卡，灰分42.01%）和采購的鍋爐燃料煤進行1：4比例摻燒使用，但是，由于低熱值煤的灰分在40%左右，灰分含量過高，熱值過低，就要增加鍋爐煤的輸送量，結果在鍋爐煤燃燒過程中，煙氣中的飛灰濃度劇增，增加了對鍋爐水冷壁的磨損[ 4 ]，結果發現鍋爐水冷壁磨損嚴重。

5 兗礦魯南化工有限公司鍋爐燃燒洗混煤的解決方案

1）在使用含水分比較大的洗混煤之前，需要解決煤濕問題。

首先是利用當地的魏莊煤場（可存煤2萬噸）進行晾曬，然后再將晾曬后的鍋爐煤倒運到干煤棚（存煤2萬噸）進行使用。如果是在夏季、冬季遇到連陰雨天氣，導致晾曬時間很長，無法保證現場有足夠的干煤炭，此時可以通過摻燒一部分氣化煤來保證鍋爐的正常運行。

而后是充分利用場內的空間，對場內進行濕煤晾曬的地方進行改造，加裝上干煤棚。

最后是公司要求煤礦企業對洗混煤進行預處理，對煤炭水分加以控制，如果將洗混煤的水分控制在8%以下再運送到公司，則對摻燒非常有利。

2）對循環流化床鍋爐的上料裝置進行改造，由于洗混煤的熱值低，鍋爐的輸送煤量就會相應的增加，所以，需要對煤炭運輸系統進行擴容，公司針對輸煤系統皮帶較小的問題，進行了皮帶改造，擴大了皮帶的寬度。經過改造后煤炭輸送能力大幅度增加，解決了輸送量小的問題。

3）公司注重科學研究，加強了和外部交流，共同研究流化床鍋爐的防磨問題，以確保混燒劣質煤后，循環流化床鍋爐的運行周期完整。

6 結論

1）公司在2013年-2015年期間，采購的鍋爐燃料煤的量和熱值都在逐年增加，熱值均大于鍋爐燃煤設計煤質的熱值，但是鍋爐燃料煤噸煤產量受煤炭熱值的影響極小。

2）公司的8臺循環流化床鍋爐分3.8Mpa和9.8Mpa兩個壓力等級，其中3.8Mpa壓力等級的鍋爐中，靠多臺3.8Mpa壓力等級的鍋爐加減負荷進行壓力調節的鍋爐蒸汽壓力曲線不穩定，從9.8Mpa蒸汽壓力管網減壓來進行壓力調控的鍋爐壓力曲線運行穩定。

3）公司設計使用的鍋爐煤燃煤煤質中，熱值為4830大卡，全水分為6.95%，灰分為28.70%，碳含量最高，硫含量最低，設計情況適合劣質鍋爐煤的混燒。

4）公司在2013年-2015年期間使用洗混煤，由于洗混煤的含水量在12%左右，灰分大于40%，造成鍋爐管道堵塞，水冷壁磨損嚴重，那么在燃燒前，需要對煤炭進行晾干，降低煤炭含水量。由于洗混煤的熱值低，要保證足夠熱量就要加大輸送量，所以還需要加寬鍋爐輸送帶的寬度。

5）煤化工企業使用循環流化床鍋爐進行煤炭混燒時，混煤的水分控制在7%，灰分控制在30%，非常利于煤炭在鍋爐中的燃燒，會減少對循環流化床鍋爐的損壞。

參考文獻：

[1] 姜英.煤化工用煤技術標準系統研究[J].煤炭科學技術，2008，36（12）：86-88.

[2] 林宗虎.循環流化床鍋爐的發展過程及趨向[J].工業鍋爐，2008，2：1-5.

[3] 黃中，肖平，江建忠.循環流化床鍋爐燃料的優選[J].煤炭燃燒，2011，6（6）：43-46.

[4] 田群偉，周金英.循環流化床鍋爐水冷壁磨損原因淺析及措施[J].大氣肥，2012，35：121-124.

[5] 劉應官.高水分煤炭對輸煤系統及鍋爐運行的影響[J].云南化工，2015，42（4）：60-62.

作者簡介：

鄭仰峰（1995-），男，漢族，山東青島人，本科，主要從事礦山安全方面的研究。