煤泥摻燒對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性的影響

摘 要：煤泥是煤炭洗選過(guò)程中的副產(chǎn)品，煤泥摻燒發(fā)電能夠降低發(fā)電成本， 給電廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但由于受煤泥自身特性和投運(yùn)不穩(wěn)定等因素的影響，摻燒煤泥發(fā)電會(huì)造成主要過(guò)程參數(shù)波動(dòng)大、燃燒不穩(wěn)定、 影響鍋爐效率等問(wèn)題。為了克服上述問(wèn)題， 充分挖掘煤泥摻燒發(fā)電的優(yōu)勢(shì)和潛力，本文結(jié)合黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司4#，5#機(jī)組的工程項(xiàng)目，對(duì)煤泥摻燒 CFB機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題展開(kāi)深入研究。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床; 煤泥; 優(yōu)化; 經(jīng)濟(jì)性分析

0? 引 言

本文主要從兩個(gè)角度分析影響煤泥摻燒 CFB 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的因素：

1）運(yùn)行角度。

為了研究煤泥摻燒量對(duì)主要參數(shù)的影響，保證參數(shù)值在安全合理范圍內(nèi)，進(jìn)行了煤泥摻燒實(shí)驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析，得出結(jié)論：在保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性和機(jī)組運(yùn)行安全運(yùn)行的前提下，多摻燒煤泥，能夠更大程度地節(jié)約發(fā)電成本。針對(duì)電廠的實(shí)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(wèn)題是由于煤泥系統(tǒng)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的能量波動(dòng)問(wèn)題。為能有效控制能量的波動(dòng)，本文提出了兩個(gè)策略：一是通過(guò)測(cè)量方法，挖掘即燃碳與爐膛熱量的關(guān)系，通過(guò)優(yōu)化風(fēng)煤配比模型，加強(qiáng)爐膛燃燒監(jiān)測(cè)，保證燃燒穩(wěn)定。二是充分利用 CFB 機(jī)組的蓄能優(yōu)勢(shì)，通過(guò)優(yōu)化能量變遷，進(jìn)一步提高煤泥的摻燒比例。本文以此為基礎(chǔ)，改善了電廠原有的控制策略，增加即燃碳熱量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、即燃碳風(fēng)煤比較正和煤質(zhì)熱值修正等前饋信號(hào)，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(diǎn)及存在的問(wèn)題

煤泥是煤洗選過(guò)程中的副產(chǎn)品， 是由微細(xì)的粒煤、 粉化骨石和水組成的粘稠物，并具有如下特點(diǎn)：

1）粒度細(xì)（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(fā)熱量低（灰分一般多在 40%以上， 發(fā)熱一般只有8～17MJ/kg）。鑒于煤泥的上述特點(diǎn)， 這就為煤泥的堆放、 貯存增加了不少難度，“遇水即流失，風(fēng)干即飛揚(yáng)” 是對(duì)其特點(diǎn)的形象描述。 另外， 由于煤泥加入了介質(zhì)粉的洗選， 使得煤泥在使用的過(guò)程當(dāng)中很容易造成二次污染。

二、摻燒煤泥發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)在利用煤泥發(fā)電促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展上， 具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）燃料成本優(yōu)勢(shì)明顯。

煤泥與相同發(fā)熱量的原煤相比較，除去煤泥泵送系統(tǒng)所耗電費(fèi)、 設(shè)備折舊費(fèi)、維護(hù)等費(fèi)用外，每燃燒 1噸煤泥可在燃料費(fèi)用上節(jié)省不少花費(fèi)，全年可為電廠減少的支出相當(dāng)可觀。

2）豐富的資源優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)煤炭資源豐富，有極大的煤泥、煤矸石資源優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)有各類(lèi)選煤廠數(shù)量眾多。隨著采煤機(jī)械化程度的不斷提高，粉煤和煤泥的產(chǎn)量也會(huì)不斷增多。建設(shè)煤泥綜合利用電廠，具有節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的總體要求，具有良好的發(fā)展前景。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)礦區(qū)資源的優(yōu)化配置。

將礦區(qū)的煤泥用于發(fā)電，可以最大化地實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，使礦區(qū)的環(huán)境步入良性循環(huán)的軌道。

4）日益完備的技術(shù)條件。

我國(guó)的煤泥電站自 20 世紀(jì) 90 年代創(chuàng)建以來(lái)，技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)階段;同時(shí)，我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)也日 趨完善與成熟，為實(shí)現(xiàn)高效、低污染煤泥發(fā)電提供了技術(shù)保證。

三、入爐燃料

鍋爐設(shè)計(jì)燃料是由選煤廠洗選副產(chǎn)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(jié)約了電廠的成本， 因此自 2012 年以來(lái)， 煤泥摻燒給該電廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但與此同時(shí)也有幾個(gè)問(wèn)題需要亟待解決：

1）煤泥摻燒后機(jī)組運(yùn)行情況。

由于摻燒煤泥機(jī)組出現(xiàn)床壓不穩(wěn)定、 磨損量大、運(yùn)行周期短等問(wèn)題，所以需要對(duì)煤泥摻燒后機(jī)組的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)分析，因此有必要對(duì)煤泥投入后對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響有一個(gè)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(huì)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行帶來(lái)重要的影響：若摻燒煤泥過(guò)高，會(huì)造成發(fā)熱量低，意味著理論燃燒溫度低，這時(shí)需要增加給煤機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，提高一次風(fēng)壓和風(fēng)溫，鍋爐將出現(xiàn)帶負(fù)荷困難現(xiàn)象。這不但增加送風(fēng)機(jī)耗電量，而且一旦煤質(zhì)變化，容易導(dǎo)致?tīng)t膛燃燒不良，嚴(yán)重時(shí)造成鍋爐滅火;同時(shí)，煤泥與原煤摻配時(shí)，如果配煤稍有不均，由于摻配后灰熔點(diǎn)降低，一旦溫度超過(guò)煤灰的熔點(diǎn)就會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)結(jié)焦或噴口結(jié)焦，高溫結(jié)焦的焦塊堅(jiān)實(shí)不易脫落，處理需要花費(fèi)大量人力、物力，影響鍋爐帶負(fù)荷能力，嚴(yán)重時(shí)可能堵噴口、著火滯后。反之，如果煤泥的摻燒量低，則無(wú)法發(fā)揮其提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的作用。所以，從運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)考慮，確定一個(gè)最佳的煤泥摻燒比就尤為重要。

3）煤泥摻燒后機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析。

煤泥摻燒不應(yīng)只從燃燒成本的角度出發(fā)考慮，應(yīng)將燃料成本、電力成本、環(huán)境效益、控制方式等因素充分考慮進(jìn)去，對(duì)煤泥摻燒后機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性情況作系統(tǒng)的分析研究，同時(shí)應(yīng)定量地計(jì)算出通過(guò)摻燒煤泥給企業(yè)帶來(lái)的實(shí)際效益。

針對(duì)上述問(wèn)題， 本文從運(yùn)行角度和控制角度兩方面對(duì)摻燒煤泥 CFB 機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，圍繞供電煤耗這一主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)展開(kāi)分析。指出電廠當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行中需要改進(jìn)的問(wèn)題。并通過(guò)煤泥摻燒試驗(yàn)， 深入分析煤泥摻燒對(duì)循環(huán)流化床機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)的影響，并以此為依據(jù)， 定出煤泥摻燒的上限值。最后，利用軟測(cè)量的技術(shù)手段，對(duì)電廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理，計(jì)算機(jī)組優(yōu)化后所提升的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)摻燒煤泥提高 CFB 機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益要從兩個(gè)方面出發(fā)考慮。一方面，要從運(yùn)行安全性的角度出發(fā)，充分考慮到機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況。由于煤泥燃料在價(jià)格方面的明顯優(yōu)勢(shì)，同樣發(fā)熱量的煤泥價(jià)格要比原煤價(jià)格便宜幾百元，摻燒煤泥比例越多， 給電廠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)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(fā)分的特性，摻燒比例越高，帶給電廠的控制難度越大。同時(shí)，過(guò)高的摻燒比例容易導(dǎo)致一些主要運(yùn)行參數(shù)（如床溫、 排煙溫度、飛灰含碳量等）偏離適宜的區(qū)間，容易引發(fā)事故，存在較大的安全隱患。另一方面，要考慮到系統(tǒng)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(yùn)行過(guò)程中主要運(yùn)行參數(shù)值大幅波動(dòng)，影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)效益不升反降。此外，從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，機(jī)組煤泥系統(tǒng)本身存在著不穩(wěn)定性，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中煤泥的摻燒往往不是連續(xù)的，經(jīng)常存在一段連續(xù)、一段打空的現(xiàn)象，這就造成了煤泥燃燒釋放熱量的不穩(wěn)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(xù)造成的能量波動(dòng)損失，也是提高 CFB 機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的途徑之一。

四、取得成效

1.經(jīng)濟(jì)效益：

由于燃料成本在電廠發(fā)電成本中占有非常大的比例，燃料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)電廠經(jīng)營(yíng)將產(chǎn)生直接影響。黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)煤泥輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題積極探索，最終總結(jié)出了一套循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥的成功經(jīng)驗(yàn)，并得到全面推廣。

煤泥輸送系統(tǒng)的投入和煤泥制備精優(yōu)作業(yè)法的全面推廣，使得煤泥輸送系統(tǒng)生產(chǎn)成本明顯降低，年用水量可節(jié)約60000余噸，運(yùn)行周期顯著提高，年利用煤泥達(dá)到15萬(wàn)噸，相當(dāng)于約7萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約成本達(dá)500萬(wàn)元。同時(shí)減少了鍋爐磨損，延長(zhǎng)了鍋爐運(yùn)行周期（延長(zhǎng)了30天），提升設(shè)備利用率（利用率提高30%）。同時(shí)節(jié)約一號(hào)煤礦煤泥倒運(yùn)費(fèi)用和環(huán)保費(fèi)用。

作者簡(jiǎn)介：

魯琦（1975-）男，漢族，陜西銅川人，黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司副主任。