煤氣化爐應用于煤粉鍋爐的探討

摘要：采用煤氣化爐裝置代替大型煤粉啟動爐，為電廠提供外部高參數蒸汽；代替煤粉鍋爐燃油為爐膛提供點火、陪燃或穩燃用煤氣。符合節能降耗、同時也解決了鍋爐燃油時存在經濟、安全、環保問題；并且可以降低機組煤耗。這是一種全新的高效潔凈煤發電技術。

關鍵詞：煤氣化爐；煤粉鍋爐；啟動爐；燃油；潔凈

1、前言

2014年5月，發改委、環保部和國家能源局聯合下發的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》中提出具體目標：全國新建燃煤發電機組平均供電煤耗低于300克標準煤/千瓦時，到2020年，現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時，其中現役60萬千瓦及以上機組（除空冷機組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時?，F燃煤發電機組達標排放及降低煤耗的行動，主要是設備改造、脫硫、脫銷、除塵的技術革新與改造。是否考慮在燃料上的改進？是否用部分原煤進行氣化后再供鍋爐燃燒？是否用部分煤氣化代替鍋爐燃油呢？是否用煤氣化爐余熱，提高鍋爐給水溫度、提供外部蒸汽降低機組汽耗量？針對這些構思，就煤化爐、啟動爐、煤粉鍋爐特性問題，如何提高燃煤鍋爐效率，降低供電煤耗，解決燃油存在的安全及環保問題進行探討。

2、燃油對煤粉鍋爐受熱面的影響

電廠煤粉鍋爐點火啟動、停運和低負荷助燃、斷煤等異常情況下均需耗用大量的燃油，特別是入爐煤品質難以保證，在安全生產的需要下電廠鍋爐助燃油大幅增加，大大增加了燃料成本，嚴重影響電廠的經濟效益。且燃油對鍋爐在使用中鍋爐的水冷壁管和對流受熱面上容易積存灰垢，會增加熱阻，降低鍋爐熱效率。據測定灰垢厚度達1 mm時，要浪費燃料10%左右，受熱面積灰后還會加速管壁的腐蝕。

在低負荷運行時，爐內各部溫度均不同程度下降，最終排煙溫度也會降低，且需燃油運行。極易使低溫受熱面的金屬壁溫低于硫酸汽的露點溫度，硫酸蒸汽便會在低溫受熱面上結露，從而造成低溫受熱面、電除塵電極上產生積灰積炭的油灰腐蝕。

對燃油啟動爐來講，應徹底淘汰。

3、煤氣化爐、啟動爐（燃油爐）、煤粉鍋爐特性分析

煤氣化爐是以煤基為能源的化工系統。由于具備環保節能性，符合我國當前能源資源發展需求，因此被眾多的行業所選擇。且煤氣化爐在小型化方面應是比較成熟，經濟環保。目前大型燃煤鍋爐燃燒或進行自身技術改造來大幅降低發電煤耗量的操作空間有限，并用投入的成本更高；且目前環保的排放都是靠后端來處理，運行成本及投資量大；前置處理主要還是控制入爐煤的品質，但這與國家政策不相符。所以入爐煤的高效潔凈技術應運而生。

1）目前煤粉鍋爐在啟停過程中、異常工況下、低負荷或偏離設計煤種等燃燒運行時，為了確保鍋爐爐膛燃燒安全，只能投油穩燃，這不僅增加了電廠運行成本，而且對電廠鍋爐受熱面、空預器、除塵及脫硫設備存在重大安全問題。

2）啟動爐在大型煤粉鍋爐啟動前必須運行，但存在燃燒效率差、使用率極低、保養成本高、并且安全、經濟、環保性能極差特性；還嚴重與國家政策不相符。且啟動爐也是燃油，存在嚴重的能量浪費，同樣也存在與煤粉鍋爐更大的安全及環保問題；另啟動爐運行時間短，利用空間不足，設備長期空置，使保養成本高，資產貶值嚴重。

3）煤氣化爐需要磨煤、干燥系統及后部煤氣冷卻器系統，相關投入不僅成本高，而且占有大量土地；煤氣化爐熱效率能達90%以上，但產生大量的蒸汽利用空間有限，大部分排空或低效利用，造成能量大量浪費。

4）現有煤氣化爐碳轉化率高達99%以上，總的熱效率最少也有90%以上，且應技術也比較成熟，但在設備大型化上存在許多技術問題，應用不成熟。

5）需整體煤氣化聯合循環發電（IGCC）中用的煤氣，對熱值要求需不高（2200-2500大卡），但對煤氣凈化度（如：粉塵及硫化物含量）要求很高。

6）煤氣化爐產生的煤氣熱值可以達到3000-3500大卡，但綜合成本只有制油成本的一半及以下。

7）燃煤鍋爐優點是經濟實惠；缺點是污染嚴重，后期除塵、脫硫、脫銷設備投入巨大，而且需要占用大量的場地。

8）燃油鍋爐優點結構性能簡單；缺點是費用高，而且燃油運輸、儲存的危險性高，易出現事故。

9）燃氣鍋爐優點是高效、清潔、環保。無腐損，鍋爐壽命長；缺點是品質要求高、使用有條件限制。

4、應用效果

1）煤氣化爐燃料直接從電廠粉倉提供，解決了煤氣化爐原料提供問題。這不僅降低了煤氣化爐的投資，而且充分地利用了電廠廢熱，既經濟又環保。

2）煤氣化爐為火電廠啟動爐提供了高溫煙氣。通過啟動爐汽水系統的吸熱，產生了高溫高壓蒸汽；降低煤氣溫度，并凈化煤氣提高了煤氣品質。顯著提高了煤氣化爐的熱效率。

3）利用火電廠啟動爐相關輔助設備，凈化了煤氣。大大降低了煤氣化爐系統的投資，同時也提高了啟動爐的使用率。

4）所得高熱值煤氣為電廠鍋爐提供了穩定的可燃燃料，可以替代電廠鍋爐爐前燃油系統。降低了電廠運行成本，提高了爐膛燃燒安全，同時大幅提高了鍋爐后部設備的安全性、環保性，同時也降低鍋爐的機械不完全燃燒熱損失及排煙損失。

5）啟動爐不再參入燃燒反應，只吸收煤氣熱量及完成煤氣的凈化作用。提高了電廠環保性，降低了電廠運行成本，大大提高了燃燒效率。

6）充分利用啟動爐設備，蒸汽可以連續提供。降低了電廠抽汽損耗，提高鍋爐給水溫度，從而大幅提高了電廠機組熱效率，進一步降低了發電煤耗，同時也為用戶提供了多樣的高參數的蒸汽。

7）啟動爐不再需要對外排放。大幅提高了電廠環保性。

5、結論

將三者有機結合起來，取長補短。具有結構簡單、操作使用方便、經濟環保、安全等優點。

1）提高鍋爐煤種適應性。對煤的活性幾乎沒有要求。

2）經濟性能好、熱效率高。大大降低了三者之間的重復投資，總的熱效率可達96%左右。鍋爐總效率將提高2%左右；發電煤耗最少下降10g/kwh以上。

3）環保性能好。氣、水循環利用，而且解決了煤粉鍋爐燃油過程中燃燒效率不足70%、大氣污染等問題。

4）安全性能好。解決了煤粉鍋爐尾部受熱面再燃燒、鍋膛放炮、空預器積油積炭積灰、電除塵電極積碳、電除塵布袋故障、脫硫石膏污染等問題。

參考文獻

[1]李柳強，燃油鍋爐熱效率及影響因素分析；《節能技術》，2011，29（2）：134-136

[2]鄭瑩，燃油鍋爐尾部受熱面積灰腐蝕問題的分析及對策；《中國科技博覽》，2010（23）：74-75

[3]來自維普，工業爐窯使用工業煤氣代替燃油具有環保及經濟意義；《鋁加工》，2006（6）：18-18

[4]包家偉，氣化爐煤氣替代燃油燃燒技術；《寧波節能》，2009

作者簡介：張檢飛（1977—），男，漢族，主要從事電力生產運行及管理；工程建設管理；電力工程及煤化工工藝設計、實驗研究等。

（作者單位：大唐華銀張家界水電有限公司）