煤和渣摻燒在循環流化床鍋爐中的應用

（新疆克拉瑪依新科澳石油天然氣技術股份公司，克拉瑪依市，834000） 宋毅云

（新疆天富能源投資有限公司147電廠，石河子市，832045） 鄭永軍

由于循環流化床的燃燒對煤質要求比較寬泛，在可燃范圍之內低熱值的煤也可以保證鍋爐的正常燃燒，按照俗話說就是可以吃”粗糧”。煤的發熱量在17 000～23 000kj/kg（4 100～5 500大卡）都可以，而且可以高些也可以再低些。煤在流化床鍋爐內燃燒的工況是比較復雜的，并不是說高熱值的煤，就能燒出更高壓力和更高溫度的蒸汽，熱值過高的煤反而可能會對爐膛和燃燒工況造成不必要的麻煩，比如結焦等。所以我們根據所進原煤的基低位發熱量的高低，配比一定的灰渣來降低高熱值的煤，最少不低于低限限范圍，在一個比較合適的值，入爐燃燒，平衡多余的熱量又保證其經濟性。而且循環流化床本來也是必須要靠一定的灰渣量蓄熱循環來帶負荷的。這樣既可以降低煤耗，也可以減少灰渣外運，達到節能降耗的效果。

本文介紹了兩臺150d/h的循環流化床鍋爐，如何利用煤和渣摻混燃燒的技術起到節能降耗的目的。通過對鍋爐制造廠的咨詢和到其他循環流化床鍋爐考察，提出了煤和渣摻燒的應用方案，充分利用循環流化床的燃燒特性，通過摻燒有限度的降低原煤熱值，來達到省煤的目的。這也可以推廣到和其它劣質煤的混燒。

1 理論基礎

1.1 煤和渣摻混的熱值和灰分計算

按照國家規定，循環流化床鍋爐灰渣含碳量出廠設定在＜2%的含碳量，含熱量不超過150大卡即627kJ/kg（0.627MJ/Kg）計算（我廠的灰渣基本都在1%左右，約310kJ/kg）。1大卡（kcal）=4.1 858 518千焦（kJ）

摻混劣質煤后燃料特性的變化：在劣質煤與煤摻混燃燒中，假設未摻混燃煤的灰分為A1，煤的發熱量為Q1，要摻混的劣質煤灰分為A2，發熱量為Q2，假設未摻混煤的質量為M，混入的劣質煤質量為m，摻混后燃料的灰分為A3：

由此式可以看出，m=0時，A3=A1，隨著m增加，混合燃料的灰量增加，但趨勢減緩，最后趨近與A2。混合燃料的發熱量為：

由此式看出，m=0 時，Q3=Q1，隨著 m 增加，Q3逐漸減小，但趨勢減緩，最后趨近Q2。

1.2 煤和渣的摻混比例

我廠煤源單一，一直是就近的煤礦拉運，我們取了近兩個月的所做化驗的原煤的基低位平均熱值（去除兩個極值）在20.415MJ/Kg。標準煤的發熱量為29.27MJ/kg（7 000kcal/kg），把原煤的基低位發熱量（Qnet，ar）換算成標煤，統一比較。

（1）把摻5%的渣的數值代入混合燃料的發熱量公式計算：產氣量在3 200t左右，一天平均上350t煤（含摻渣量），332.5t20.415MJ/Kg 的煤，17.5t0.31 MJ/Kg的渣換算成標煤：

17.5*0.31/29.27=0.1 853此值非常小，可以忽略不計；一共是231.91+0.1853=232.1t，摻渣后的熱值：Q3=（MxQ1+m×Q2）/（M+m）=（332 500x20 415+17 500x310）/（332 500+17 500）=19 410kJ/kg

19.4MJ/Kg 的發熱量也在流化床鍋爐允許燃燒的熱值范圍內，并且很經濟。

把332.5t20.4MJ/Kg原煤換算為標煤：

再把摻渣后的350t19.410MJ/Kg煤換算為標煤：

（d）減去（c）：多標煤232.1-231.7=0.4t/0.697475=0.573t

0.4t 標煤換算成20.4MJ/Kg 的原煤：0.4t/0.697 475=0.573t

可以看出，用煤量實際只多了0.573t。也就是說，摻了17.5t 渣后，把20.415MJ/Kg 的煤變成了19.41MJ/Kg的煤后，我們節省了將近17t煤。

（2）把摻10%的渣的數值代入混合燃料的發熱量公式計算，仍然按平均熱值20415MJ/Kg 計算（具體過程同公式1）：

我們可以算出，350t 的摻渣煤，摻了35t 渣后，把 315t 的 20.415MJ/Kg 的煤變成了 18.4MJ/Kg 的煤后，我們節省了將近34t煤。

（3）當摻渣后煤的熱值低于17.5MJ/Kg后，用煤量會明顯增加，成本也會升高，此時已不經濟。所以，在實際中，摻渣后的煤我們會控制其熱值不低于18MJ/Kg。

2 煤和渣摻混方式

（1）首先規劃好排渣、拉運、堆放地的確定。我廠是用鏟車直接從渣庫的排渣口接渣，把渣運至儲煤棚的指定位置。前提是先把一鏟車渣重量過磅，確定重量。然后把一鏟車煤重量過磅，按照一鏟渣4鏟煤的比例摻混。

（2）再確定煤摻混渣的具體細節，因為爐渣在摻混過程中，如果不均勻，會對穩定燃燒造成很大的威脅。我廠是用鏟車進行拉運摻混，要求鏟車司機必須把摻混的煤和渣攪拌摻混5 遍以上才可入爐。輸煤值班人員從輸煤皮帶上取樣，交給化驗人員化驗熱值、灰分。每天定時記錄床溫，煤量，熱值，負荷，氮氧化物，SO2等參數變化情況。

我們通過近兩個月的參數對比發現，在摻渣比例10%以下時，爐膛溫度的控制基本沒有變化，也沒有出現結焦現象。氧量控制無變化，氮氧化物與不摻渣時對比也無超標次數增加的現象，煤量幾乎無變化。

摻渣比例要在實踐中逐步摸索，當比例逐步升高，當熱值降低到一定值后，會造成煤量的大幅增加，灰量增多，變得很不經濟，使成本更高。探索出合適的摻渣比例非常重要。

3 煤和渣摻燒運行中注意的問題

摻渣試驗是一個非常實際的工作。雖然在幾個月的試驗中，沒有出現設備問題，但一定不能忽視其長期運行所造成的隱形問題。

（1）摻渣可能會造成灰量增加，對尾部煙道磨損增大，放渣量增大。除塵灰量增大、除渣設備磨損。就目前來看，灰量的每次大量的增加主要是煤質的變化引起。磨損問題應加強周期性檢查，記錄相關數據。

（2）可能影響環保數據，氨水、石灰石消耗增加。這一方面可以通過加強運行人員技術水平，合理控制SO2排放量降低消耗。在煤種不變時，無明顯變化，后因更換了煤種，使得二氧化硫不好控制，石灰石消耗增加。

（3）引、送風耗電量可能會增大。因為都是使用的變頻器控制，通過頻率變化來改變風量，不是通過改變調節門的大小來控制風量。通過幾個月的試驗來看也沒有發現電量增加。滿負荷情況下，兩臺鍋爐的耗電量沒有變大。摻渣和不摻渣沒有區別。

4 結語

在兩個月的試驗中，兩臺循環流化床鍋爐一共摻渣3 552t，平均摻渣量在7.5%左右。假設我們除去增加的電耗，及以后的檢修費用，和不確定因素造成的損耗20%，按節省煤量80%計算也有2841.6t（前面的理論計算不超過5%），按照當地煤價285元計算：2841.6t*285 元=80.985 萬。現在還處于一個較低比列的摻渣過程，如果煤源合適，適當提高摻渣比列，節省的成本就就會更多。