300MW循環(huán)流化床鍋爐燃料摻燒試驗(yàn)研究

摘要：本文以某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐為例，開展煤矸石摻燒試驗(yàn)。結(jié)果表明，鍋爐摻燒煤矸石后，燃料成灰特性變差，上部差壓逐步下降。但在保證入爐煤粒度合格的前提下，鍋爐摻燒10%的煤矸石可以維持正常運(yùn)行。摻燒過程中，來廠煤矸石粒度較大，鍋爐上部差壓下降、床溫上升明顯導(dǎo)致環(huán)保指標(biāo)控制難度加大，相關(guān)物耗上升，機(jī)組接帶負(fù)荷能力下降。煤矸石粒度滿足要求時，可從煤矸石熱值控制和摻配比例優(yōu)化入手降低燃料成本。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；摻燒；煤矸石；煤泥

中圖分類號：TK229.66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-000-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.003

Experimental Study on Fuel Blended Combustion in 300 MW Circulating Fluidized Bed Boiler

GUO Rui

（Guojiawan Power Plant of Shenhua Shendong Electric Power Co.， Ltd.， Yulin 719408， China）

Abstract： Taking a 300 MW circulating fluidized bed boiler in a certain power plant as an example， this paper conducts a coal gangue blended combustion experiment. The results show that after the boiler carries out blended combustion with coal gangue， the ash forming characteristics of the fuel become worse， and the upper differential pressure gradually decreases. However， on the premise of ensuring that the particle size of the incoming coal is qualified， the boiler can maintain normal operation by blended combustion of 10% coal gangue. During the blended combustion process， the particle size of the incoming coal gangue is relatively large， the differential pressure in the upper part of the boiler decreases， and the bed temperature rises significantly， which increases the difficulty of controlling environmental indicators， increases related material consumption， and reduces the load carrying capacity of the unit. When the particle size of coal gangue meets the requirements， the fuel cost can be reduced by controlling the calorific value of coal gangue and optimizing

the blending ratio.

Keywords： circulating fluidized bed boiler; blended combustion; coal gangue; coal slime

煤矸石是煤炭開采過程中形成的廢棄物，其碳含量較低，且干基灰分超過50%，其年產(chǎn)生量占煤炭開采量的15%～20%，占中國工業(yè)廢棄物排放量的25%[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有煤矸石70億t以上。煤矸石風(fēng)化后，錳、鉻、硒、鎳、砷等多種微量元素會散布到環(huán)境中，進(jìn)而污染土壤和地下水，對周邊生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞[2]。

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、污染物原始排放低等優(yōu)點(diǎn)，煤矸石仍具有一定熱值，利用現(xiàn)有的循環(huán)流化床鍋爐及環(huán)保設(shè)施進(jìn)行煤矸石摻燒及污染物控制，可以處理煤矸石，同時進(jìn)一步降低發(fā)電廠燃料成本[3]。入爐燃料摻配一定比例的低熱值煤，不僅能夠增加鍋爐料層的穩(wěn)定性，而且在一定比例范圍內(nèi)可以提升鍋爐燃煤的經(jīng)濟(jì)性[4-5]。以某電廠1 065 t/h

循環(huán)流化床鍋爐為例，該電廠環(huán)評報告要求入爐燃料熱值小于14 650 kJ/kg，原煤比例不超過35%，矸石、煤泥比例大于65%。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況，結(jié)合摻燒經(jīng)驗(yàn)，電廠干煤泥最大摻燒比例為35%，濕煤泥最大摻燒比例為17%。干煤泥摻燒比例再增加，鍋爐原煤倉、給煤線頻繁堵煤、積煤，造成設(shè)備可靠性下降；摻燒濕煤泥比例再加大，濕煤泥系統(tǒng)故障率增高，煤泥制料能力受限，鍋爐風(fēng)機(jī)單耗增加。在保證現(xiàn)有摻配能力不變的情況下，摻配適當(dāng)?shù)拿喉肥ＷC給煤線穩(wěn)定、鍋爐燃燒穩(wěn)定。本文開展煤矸石摻燒試驗(yàn)并測算經(jīng)濟(jì)效益，為下一步摻燒煤矸石提供實(shí)踐

依據(jù)。

1 鍋爐設(shè)備情況

1.1 鍋爐

某電廠現(xiàn)有2臺機(jī)組，選用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的HG-1065/17.5-L.MG44型鍋爐，鍋爐型式為循環(huán)流化床，它采用亞臨界參數(shù)，屬于一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐，緊身封閉，同時它采用平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，采用全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，爐頂設(shè)大罩殼。爐前配有4條稱重給煤機(jī)和4條刮板給煤機(jī)。2臺機(jī)組配置3套煤泥預(yù)處理系統(tǒng)和6條輸送管路。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。電廠循環(huán)流化床鍋爐入爐燃煤熱值的適用范圍為12 348～18 836 kJ/kg，硫分含量不大于1.2%，設(shè)計和校核煤質(zhì)如表2所示。

1.2 燃燒系統(tǒng)

爐膛、分離器、回料閥構(gòu)成循環(huán)流化床鍋爐的核心部分——物料熱循環(huán)回路，煤與石灰石在燃燒室內(nèi)完成燃燒及脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣分別進(jìn)入4個分離器，進(jìn)行氣固兩相分離，經(jīng)過分離器凈化的煙氣進(jìn)入尾部煙道。

2 試驗(yàn)流程

2.1 試驗(yàn)工況

本次煤矸石摻燒試驗(yàn)在電廠1#鍋爐進(jìn)行，現(xiàn)場摻燒試驗(yàn)在機(jī)組日常運(yùn)行方式下進(jìn)行，試驗(yàn)工況按照入爐燃料熱值要求不變原則確定，其中，皮帶入爐煤熱值為17 162 kJ/kg，濕煤泥熱值為6 697 kJ/kg。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，確定試驗(yàn)的3個工況，每個試驗(yàn)工況摻燒時間不少于12 h，如表3所示。試驗(yàn)期間，保持鍋爐運(yùn)行調(diào)整和機(jī)組負(fù)荷控制等不變，按照日常運(yùn)行要求進(jìn)行濕煤泥泵送摻燒，以盡量減少摻燒對爐內(nèi)燃燒及機(jī)組出力等的影響。試驗(yàn)過程中，收集燃料熱值及粒度、鍋爐床溫等主要運(yùn)行參數(shù)。

現(xiàn)場燃料摻配時，控制原煤比例不變，降低干煤泥比例，增加煤矸石摻配量。燃料摻配通過汽車卸煤溝進(jìn)行，1號至5號坑堆放干煤泥和煤矸石，9號至16號坑堆放原煤，調(diào)整葉輪取料機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)燃料摻配。工況1燃料摻配時，將汽車卸煤溝1號至5號坑中1個堆放煤矸石，其余坑堆放干煤泥；工況2燃料摻配時，將汽車卸煤溝1號至3號坑（4號、5號停用）中1個堆放煤矸石，其余坑堆放干煤泥。工況3燃料摻配時，汽車卸煤溝1號至5號坑中2個堆放煤矸石，其余坑堆放干煤泥。從皮帶入爐燃料熱值來看，工況1為17 447 kJ/kg，工況2為17 526 kJ/kg，工況3為17 564 kJ/kg。

2.2 試驗(yàn)燃料

從表4可以看出，現(xiàn)場試驗(yàn)期間，入廠煤矸石硫分與熱值波動較大，并與期望熱值11 720 kJ/kg相差較大，煤矸石購買及進(jìn)廠過程需要加強(qiáng)管控。從表5可以看出，廠內(nèi)配煤方式可行，入爐煤質(zhì)基本穩(wěn)定。工況1和工況2的熱值、硫分等與試驗(yàn)前工況基本一致，但工況3摻配煤矸石量加大，煤矸石熱值偏低，導(dǎo)致入爐煤熱值低于其他工況。從表6可以看出，各試驗(yàn)工況較試驗(yàn)前粒度1.0 mm以下的份額明顯降低，工況1、工況2入爐煤粒度整體分布較為均勻，但工況3粒度明顯偏大。現(xiàn)場試驗(yàn)中，工況1純矸石占總煤量的6%，工況2純矸石占總煤量的10%，工況3純矸石占總煤量的15%。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 下部床溫影響

工況1煤矸石摻燒比例較小，入爐煤粒度與試驗(yàn)前變化不大。210 MW（含）以下負(fù)荷階段下部床溫平均值低于試驗(yàn)前工況，210 MW負(fù)荷以上無明顯變化。工況2加大煤矸石摻燒比例后，下部平均床溫在各負(fù)荷階段較試驗(yàn)前工況略有變化，但不影響機(jī)組接帶負(fù)荷。工況3煤矸石摻燒比例進(jìn)一步增大，入爐煤粒度偏離標(biāo)準(zhǔn)值較多。據(jù)了解，取料時混入部分未經(jīng)廠外破碎的大粒徑煤矸石，加之廠內(nèi)燃煤破碎系統(tǒng)能力不足，導(dǎo)致鍋爐在高負(fù)荷階段的下部平均床溫有較大幅度上升，有部分測點(diǎn)在1 000 ℃左右，對鍋爐正常運(yùn)行帶來不利影響。試驗(yàn)期間，鍋爐床溫隨負(fù)荷變化，最高、最低、平均床溫變化趨勢基本一致，無異常下降或上升的現(xiàn)象。

3.2 爐膛上部差壓影響

工況1、工況2在210 MW（含）以下負(fù)荷時，上部差壓較試驗(yàn)前工況略有上升；在210 MW負(fù)荷以上階段略有下降。工況3比試驗(yàn)前工況、工況1與工況2下降明顯，特別是高負(fù)荷階段僅為800 Pa左右，影響機(jī)組正常接帶負(fù)荷。

3.3 環(huán)保指標(biāo)及物耗

試驗(yàn)期間，環(huán)保指標(biāo)無超標(biāo)現(xiàn)象。試驗(yàn)3 d的發(fā)電量分別為594萬kW·h、520萬kW·h、589萬kW·h，尿素用量分別為6 t、7 t、9 t，說明床溫上升對氮氧化物排放有直接影響，尿素耗量上升。石灰石耗量分別為67 t、71 t、129 t，說明隨著床溫偏離最佳脫硫溫度，耗量上升。消石灰耗量分別為81 t、65 t、79 t，由于爐內(nèi)石灰石耗量增加，爐后脫硫效率變化不明顯。

3.4 其他參數(shù)

試驗(yàn)期間，鍋爐返料器料位在3～5 kPa，未見異常波動；汽水參數(shù)正常，受熱面金屬溫度未發(fā)現(xiàn)超報警值現(xiàn)象，排渣系統(tǒng)未見異常。

3.5 煤矸石摻燒經(jīng)濟(jì)性分析

3.5.1 經(jīng)濟(jì)性評價方法

煤矸石摻燒經(jīng)濟(jì)性分析采用綜合燃料成本方法計算。綜合燃料成本是指鍋爐燃燒1 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃料所耗用的全部相關(guān)成本，具體包括燃料采購成本、灰渣處置成本、脫硫脫硝成本、輸煤電耗成本、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響成本等（見表7），入爐燃料綜合煤質(zhì)指標(biāo)（含濕煤泥）按照《火力發(fā)電廠壓力測量儀表技術(shù)規(guī)范》（DL/T 2200—2020）計算。

3.5.2 經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果

2022年7月，各種燃料入廠的標(biāo)煤單價如表8所示。由此可得，燃料經(jīng)濟(jì)性的具體排序?yàn)椋簼衩耗啵靖擅耗啵久喉肥驹骸１敬螕綗囼?yàn)燃料摻配比例的經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果如表9所示。試驗(yàn)前燃煤方案（原煤∶干煤泥為1.4∶1.0，皮帶入爐燃料熱值為16 400 kJ/kg）下，綜合燃料成本為846.61元/t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中燃料采購成本為824.63元/t標(biāo)準(zhǔn)煤（占比97.4%），其他成本（脫硫脫硝、灰渣處置等）合計為21.98元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。

經(jīng)摻燒試驗(yàn)燃料摻配比例經(jīng)濟(jì)性計算，工況1皮帶入爐燃料熱值為16 856 kJ/kg，綜合燃料成本為859.44元/t標(biāo)準(zhǔn)煤；工況2皮帶入爐燃料熱值為16 877 kJ/kg，綜合燃料成本為860.41元/t標(biāo)準(zhǔn)煤；工況3皮帶入爐燃料熱值為16 886 kJ/kg，綜合燃料成本為860.90元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。煤矸石摻燒使得綜合燃料成本升高約14元/t標(biāo)準(zhǔn)煤，因?yàn)楦擅耗鄻?biāo)煤單價較低。

根據(jù)電廠煤矸石實(shí)際情況，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性預(yù)測。預(yù)測1結(jié)果顯示，原煤、干煤泥、煤矸石的摻配比例調(diào)整為1.60∶0.67∶0.33時，若將煤矸石熱值控制在12 558 kJ/kg以上，其與試驗(yàn)前燃煤方案的綜合燃料成本相當(dāng)。預(yù)測2結(jié)果顯示，若將原煤、干煤泥、煤矸石的摻配比例調(diào)整為1.4∶0.8∶0.2，其皮帶入爐燃料熱值（16 429 kJ/kg）較試驗(yàn)前方案稍高，綜合燃料成本基本與試驗(yàn)前燃煤方案接近。預(yù)測3結(jié)果顯示，若以預(yù)測2方案為基礎(chǔ)，將煤矸石熱值控制在12 558 kJ/kg以上，則預(yù)測3方案綜合燃料成本較試驗(yàn)前燃煤方案降低6.32元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 結(jié)論

本文以某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐為例，開展煤矸石摻燒試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，1#鍋爐摻燒煤矸石后，燃料成灰特性變差，上部差壓逐步下降。但在保證入爐煤粒度合格的前提下，鍋爐摻燒10%的煤矸石可以維持正常運(yùn)行。摻燒過程中，來廠煤矸石粒度較大，廠內(nèi)燃煤破碎系統(tǒng)能力不足，入爐煤粒度偏離標(biāo)準(zhǔn)值較多。鍋爐上部差壓下降、床溫上升明顯導(dǎo)致環(huán)保指標(biāo)控制難度加大，相關(guān)物耗上升，機(jī)組接帶負(fù)荷能力下降。因此，不建議摻燒未經(jīng)外部破碎的大粒徑煤矸石。煤矸石粒度滿足要求時，推薦的摻燒方案是：煤矸石熱值控制在12 558 kJ/kg以上，原煤、干煤泥、煤矸石的摻配比例調(diào)整為1.4∶0.8∶0.2。

參考文獻(xiàn)

1 高凌峰.煤矸石組分特征及資源化利用現(xiàn)狀分析[J].江西煤炭科技，2022（4）：233-235.

2 賈魯濤，吳倩云.煤矸石特性及其資源化綜合利用現(xiàn)狀[J].煤炭技術(shù)，2019（11）：37-40.

3 張 勃.CFB鍋爐摻燒煤矸石燃燒調(diào)整探討[J].科技傳播，2011（23）：30.

4 湯廣偉，楊銀仁，方 嘯.某電廠CFB鍋爐不同煤矸石摻燒率運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析[J].大氮肥，2015（3）：172-177.

5 李 勁，王 芳，樓 波.440 t/h循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤矸石的數(shù)值模擬[C]//2010年電力與能源工程學(xué)術(shù)會議.2010.