煤泥摻燒對循環流化床鍋爐運行及經濟性的影響

摘 要：煤泥是煤炭洗選過程中的副產品，煤泥摻燒發電能夠降低發電成本， 給電廠帶來巨大的經濟效益。但由于受煤泥自身特性和投運不穩定等因素的影響，摻燒煤泥發電會造成主要過程參數波動大、燃燒不穩定、 影響鍋爐效率等問題。為了克服上述問題， 充分挖掘煤泥摻燒發電的優勢和潛力，本文結合黃陵礦業煤矸石發電公司4#，5#機組的工程項目，對煤泥摻燒 CFB機組的經濟性問題展開深入研究。

關鍵詞：循環流化床; 煤泥; 優化; 經濟性分析

0? 引 言

本文主要從兩個角度分析影響煤泥摻燒 CFB 機組經濟性的因素：

1）運行角度。

為了研究煤泥摻燒量對主要參數的影響，保證參數值在安全合理范圍內，進行了煤泥摻燒實驗，并對試驗結果進行理論分析，得出結論：在保證鍋爐燃燒穩定性和機組運行安全運行的前提下，多摻燒煤泥，能夠更大程度地節約發電成本。針對電廠的實際情況 煤泥摻燒量的理論最大值為 25m 3 /h。

2）控制角度。

該電廠目前最需要解決的控制問題是由于煤泥系統的不穩定性導致的能量波動問題。為能有效控制能量的波動，本文提出了兩個策略：一是通過測量方法，挖掘即燃碳與爐膛熱量的關系，通過優化風煤配比模型，加強爐膛燃燒監測，保證燃燒穩定。二是充分利用 CFB 機組的蓄能優勢，通過優化能量變遷，進一步提高煤泥的摻燒比例。本文以此為基礎，改善了電廠原有的控制策略，增加即燃碳熱量動態補償、即燃碳風煤比較正和煤質熱值修正等前饋信號，起到了較好的控制效果，煤泥摻燒量也較之前增加到了35%。

一煤泥的特點及存在的問題

煤泥是煤洗選過程中的副產品， 是由微細的粒煤、 粉化骨石和水組成的粘稠物，并具有如下特點：

1）粒度細（粒度直徑一般小于 0.5mm）;

2）持水性高， 水分含量高（煤泥含水量普遍在 30%左右）;

3）粘度較高（煤泥成分中含有較多的粘土性礦物所致）;

4）灰分含量高， 發熱量低（灰分一般多在 40%以上， 發熱一般只有8～17MJ/kg）。鑒于煤泥的上述特點， 這就為煤泥的堆放、 貯存增加了不少難度，“遇水即流失，風干即飛揚” 是對其特點的形象描述。 另外， 由于煤泥加入了介質粉的洗選， 使得煤泥在使用的過程當中很容易造成二次污染。

二、摻燒煤泥發電的優勢

我國在利用煤泥發電促進循環經濟發展上， 具有以下優勢：

1）燃料成本優勢明顯。

煤泥與相同發熱量的原煤相比較，除去煤泥泵送系統所耗電費、 設備折舊費、維護等費用外，每燃燒 1噸煤泥可在燃料費用上節省不少花費，全年可為電廠減少的支出相當可觀。

2）豐富的資源優勢。

我國煤炭資源豐富，有極大的煤泥、煤矸石資源優勢，現有各類選煤廠數量眾多。隨著采煤機械化程度的不斷提高，粉煤和煤泥的產量也會不斷增多。建設煤泥綜合利用電廠，具有節能、環保、運行成本低等優勢，符合國家的產業政策和循環經濟的總體要求，具有良好的發展前景。

3）能夠實現礦區資源的優化配置。

將礦區的煤泥用于發電，可以最大化地實現資源的優化配置，使礦區的環境步入良性循環的軌道。

4）日益完備的技術條件。

我國的煤泥電站自 20 世紀 90 年代創建以來，技術發展經歷了多個階段;同時，我國循環流化床鍋爐技術也日 趨完善與成熟，為實現高效、低污染煤泥發電提供了技術保證。

三、入爐燃料

鍋爐設計燃料是由選煤廠洗選副產物煤泥、 矸石與洗中煤組成。 燃料投入比例為矸石∶ 煤泥∶ 中煤= 45%∶ 15%∶ 40%。 由于煤泥的摻燒極大的節約了電廠的成本， 因此自 2012 年以來， 煤泥摻燒給該電廠帶來了巨大的經濟效益，但與此同時也有幾個問題需要亟待解決：

1）煤泥摻燒后機組運行情況。

由于摻燒煤泥機組出現床壓不穩定、 磨損量大、運行周期短等問題，所以需要對煤泥摻燒后機組的穩定性做出評價分析，因此有必要對煤泥投入后對鍋爐運行參數的影響有一個定量的了解。

2）最佳的煤泥摻燒比例的確定。

煤泥摻燒的比例多少會對循環流化床鍋爐的運行帶來重要的影響：若摻燒煤泥過高，會造成發熱量低，意味著理論燃燒溫度低，這時需要增加給煤機轉數，提高一次風壓和風溫，鍋爐將出現帶負荷困難現象。這不但增加送風機耗電量，而且一旦煤質變化，容易導致爐膛燃燒不良，嚴重時造成鍋爐滅火;同時，煤泥與原煤摻配時，如果配煤稍有不均，由于摻配后灰熔點降低，一旦溫度超過煤灰的熔點就會使爐膛內結焦或噴口結焦，高溫結焦的焦塊堅實不易脫落，處理需要花費大量人力、物力，影響鍋爐帶負荷能力，嚴重時可能堵噴口、著火滯后。反之，如果煤泥的摻燒量低，則無法發揮其提高企業經濟效益的作用。所以，從運行安全、經濟的角度出發考慮，確定一個最佳的煤泥摻燒比就尤為重要。

3）煤泥摻燒后機組經濟性分析。

煤泥摻燒不應只從燃燒成本的角度出發考慮，應將燃料成本、電力成本、環境效益、控制方式等因素充分考慮進去，對煤泥摻燒后機組的整體經濟性情況作系統的分析研究，同時應定量地計算出通過摻燒煤泥給企業帶來的實際效益。

針對上述問題， 本文從運行角度和控制角度兩方面對摻燒煤泥 CFB 機組的經濟性進行分析，圍繞供電煤耗這一主要技術經濟指標展開分析。指出電廠當前機組運行中需要改進的問題。并通過煤泥摻燒試驗， 深入分析煤泥摻燒對循環流化床機組運行帶來的影響，并以此為依據， 定出煤泥摻燒的上限值。最后，利用軟測量的技術手段，對電廠的控制系統進行改進。通過對大量數據的運算和處理，計算機組優化后所提升的經濟效益。通過摻燒煤泥提高 CFB 機組的經濟效益要從兩個方面出發考慮。一方面，要從運行安全性的角度出發，充分考慮到機組實際運行情況。由于煤泥燃料在價格方面的明顯優勢，同樣發熱量的煤泥價格要比原煤價格便宜幾百元，摻燒煤泥比例越多， 給電廠帶來的經濟效益越明顯。 但煤泥摻燒比例要有安全閾值： 由于煤泥的高水分、高灰發分的特性，摻燒比例越高，帶給電廠的控制難度越大。同時，過高的摻燒比例容易導致一些主要運行參數（如床溫、 排煙溫度、飛灰含碳量等）偏離適宜的區間，容易引發事故，存在較大的安全隱患。另一方面，要考慮到系統的控制水平。只單純提高煤泥的摻燒量，但控制手段和控制水平跟不上，可能造成運行過程中主要運行參數值大幅波動，影響機組運行的穩定性，經濟效益不升反降。此外，從現場的實際運行情況來看，機組煤泥系統本身存在著不穩定性，實際現場中煤泥的摻燒往往不是連續的，經常存在一段連續、一段打空的現象，這就造成了煤泥燃燒釋放熱量的不穩定性。因此，制定出合理有效的控制策略，減少由于煤泥投入的不連續造成的能量波動損失，也是提高 CFB 機組經濟效益的途徑之一。

四、取得成效

1.經濟效益：

由于燃料成本在電廠發電成本中占有非常大的比例，燃料結構的優化對電廠經營將產生直接影響。黃陵礦業煤矸石發電公司在機組運行過程中，針對煤泥輸送系統存在的問題積極探索，最終總結出了一套循環流化床鍋爐摻燒煤泥的成功經驗，并得到全面推廣。

煤泥輸送系統的投入和煤泥制備精優作業法的全面推廣，使得煤泥輸送系統生產成本明顯降低，年用水量可節約60000余噸，運行周期顯著提高，年利用煤泥達到15萬噸，相當于約7萬噸標準煤，節約成本達500萬元。同時減少了鍋爐磨損，延長了鍋爐運行周期（延長了30天），提升設備利用率（利用率提高30%）。同時節約一號煤礦煤泥倒運費用和環保費用。

作者簡介：

魯琦（1975-）男，漢族，陜西銅川人，黃陵礦業煤矸石發電公司副主任。