電氣工程

高鈉煤燃燒利用現狀

張守玉，陳川，施大鐘，等

摘要：目的：我國高鈉煤資源豐富，特別是新疆準東地區，其預測儲量高達3900億t，目前累計探明煤炭資源儲量為2136億t。以我國現在煤炭年消耗量計算，一個準東煤田就夠全國使用一百年。但是，由于歷史成因和當地特殊的自然地理環境，新疆高鈉煤堿金屬氧化鈉Na2O的含量（以灰分計）總體都在2%以上。而高鈉含量易導致燃用準東煤的鍋爐出現結渣、沾污、積灰和腐蝕等問題，嚴重影響了鍋爐的正常運行。電廠直接燃燒高鈉煤會導致鍋爐不能長期安全穩定運行，致使大量開采成本低、燃燒活性好、低污染、低排放的高鈉煤得不到很好地利用。結合國內外高鈉煤燃燒利用的研究成果，討論潛在的高鈉煤提質技術。方法：通過調研文獻，從高鈉煤中鈉的存在形式、鈉在燃燒過程中的遷移規律、高鈉煤燃燒利用過程中存在的問題及相關控制技術四個方面，討論高鈉煤燃燒利用的研究現狀。指出影響煤中鈉的存在形式的因素，分析煤中鈉在燃燒過程中的遷移規律，討論鈉對燃煤鍋爐高溫沾污的影響，總結目前減小燃用高鈉煤過程中鍋爐設備受到影響的相關控制技術。結果：（1）煤中鈉的存在形式可分為水溶性鈉、酸溶性鈉和不可溶鈉，多以存在于煤孔隙中的水溶性鈉為主，水溶性鈉在燃燒過程中被水分帶到煤顆粒表面揮發。煤中鈉的存在形式與煤階、顯微組分、氯等有關。（2）不同地區煤中鈉的總量以及各種存在形式鈉的含量是不同的，由此也造成了煤中Na在燃燒過程中的遷移過程及對換熱面沾污影響的不同。煤中鈉在燃燒過程中主要以氯化鈉、有機鈉的揮發組分及鈉原子3種形式釋放，而不同存在形式鈉的具體釋放機理仍存在爭議，需進一步研究。煤中鈉在燃燒過程中的釋放分為燃燒前期和燃燒后期2個階段。燃燒前期煤中鈉基本不釋放，只是不同存在形式之間進行轉化；燃燒后期鈉從煤中釋放出來，大部分與煙氣中的成分反應生成硫酸鹽等。影響鈉遷移的主要因素有煤種、反應溫度和壓力、氯的存在等。（3）高鈉煤燃燒利用過程中的沾污機理：釋放到煙氣中的鈉冷凝在換熱面管壁上，并與煙氣中物質化合形成硫酸鹽，由此造成的沾污是黏結性積灰和高溫腐蝕綜合作用的結果。（4）根據高鈉煤沾污的影響因素，主要的控制技術有：合理的鍋爐設計及調整運行工況調整；燃料的預處理；添加劑；摻燒；管壁處理。結論：對高鈉煤燃燒利用的研究進行了總結，分析了高鈉煤中鈉的存在形式及其影響因素；討論了鈉在燃燒過程中的遷移規律及影響因素；高鈉煤燃用過程由于含鈉量高易造成高溫沾污；目前對燃用高鈉煤引起的沾污問題，主要采用摻燒、運行工況調整、對煤樣進行預處理等控制措施。目前，由于對高鈉煤燃燒沾污問題研究不足，仍不能滿足鍋爐安全經濟運行的要求，因此，對高鈉煤沾污的控制技術仍需深入研究。

來源出版物：中國電機工程學報, 2013, 33(5): 1-12

入選年份：2016