煤粉鍋爐摻燒氣化灰渣適應性分析及預測

段永華，曹明福，郭 娟，戴 立

（中國五環工程有限公司，湖北武漢 430223）

目前，國內已建成和正在建設的煤化工項目較多，應用煤氣化工藝技術類別也較多，其中粉煤加壓氣化工藝是目前國產自主氣化技術中應用較多的一類。此類氣化技術整體效率較高，廣泛應用將對煤化工行業的高效發展起到巨大推動作用。粉煤加壓氣化工藝爐底灰渣大多采用激冷水浴及撈渣機、壓濾等方式輸送至渣場堆放或外運填埋等方式處理，由于灰渣仍具有一定的熱值，填埋等不合理的處理方式會造成能源浪費，項目通過鍋爐摻燒配煤實現灰渣再燃利用的目的。主要通過對擬入爐摻燒的氣化灰渣和不同原煤的混煤煤質特性和燃燒特性進行分析預測，具體研究不同煤種中水分、揮發份、灰分、灰成分、發熱量及含硫量等對煤燃燒穩定性、燃盡性、結渣特性的影響，確定不同煤種與鍋爐的配比適應性，進而指導確定較優的灰渣摻燒方案，實現灰渣的有效利用。

1 燃料分析數據

項目可供選擇的原煤有1#煙煤、2#煙煤和無煙末煤，兩種煙煤均具有較高的熱值、較高的揮發份、中低灰分，屬于較為優質的動力煤，尤其適合煤粉鍋爐燃燒使用。無煙末煤熱值高、灰分高、揮發份低，著火困難，需要考慮爐型的特殊，因此無煙末煤考慮和煙煤進行配煤，不考慮單獨燃燒。基于原煤的特點和對氣化灰渣的最大化摻燒利用，主要按照原煤和灰渣進行摻混后的不同工況進行煤質特性和燃燒特性分析，混煤的主要工況有：

混煤1：1#煙煤和氣化灰渣3:1配煤工況；

混煤2：1#煙煤和無煙末煤3:1配煤，配得混煤和氣化灰渣再3:1摻混工況；

混煤3：1#煙煤和2#煙煤1:1配煤，配煤后再和氣化灰渣3:1摻混工況；

另外對所有單燃料的特性與混煤進行綜合對比，以確定較適合的混煤配比。

表1 工業分析和元素分析

表2 灰成分、灰熔點

2 燃燒特性分析

燃燒特性主要通過燃料的穩燃特性和燃燼特性兩個指數來判別各燃料燃燒的特性，對混煤配比的選擇做出相對準確的判斷。

2.1 穩燃特性

（1）可燃性判別指數

西安熱工所和哈爾濱成套設備所等國內高等院校和科研單位，對我國超過百種煤的燃燒曲線進行了大量研究，在此基礎上總結出可燃性判別指數C。

C與Vdaf之間有一定的聯系，它們之間的擬合公式是

?

對原煤、灰渣及混煤的可燃判別指數C進行核算，計算數據和判別結果如下：

?

（2）穩燃判別指數M[1]

西安熱工所研究人員在大量實驗研究的基礎上總結出的判別公式：

判別界限如下：

?

對原煤、灰渣及混煤的穩燃指數M進行核算，計算數據和判別結果如下：

?

2.2 燃燼特性

常規燃燼性分析采用熱天平試實驗，但熱天平實驗在分析燃盡特性的過程相對比較復雜。因此常規研究中在對煤燃盡性分析時，還使用煤質燃盡指數Rj對煤質燃盡特性進行判別，采用工業分析數據進行計算簡單易行，較為方便。國內研究人員根據計算程序對大量煤工業分析數據和熱天平分析數據進行逐次回歸，獲得了煤質燃盡指數Rj[2]的計算公式：

Rj燃盡指數等級判別如下：

?

對原煤、灰渣及混煤的燃燼指數Rj 進行核算，計算數據和判別結果如下：

?

2.3 結渣特性

哈成套所對國內近幾百種煤質的灰渣特性進行了研究分析，并結合我國煤質特性和不同煤種在鍋爐上的實際應用，提出了適用于我國煤種的結渣特性判別指標[2]和最優分割判別界線[2]，如表3所示。

表3 常用結渣程度判別指標

普華煤燃燒技術開發中心根據上述的判別指標又提出了煤的綜合結渣判別指數Rz[2]，這個指數的判別準確度較高，文章主要采用該指數對煤灰結渣特性進行判別。Rz的計算公式及判別標準如下：

其中，B/A為堿/酸比，G為硅比

結渣等級判別界線：

?

對原煤、灰渣及混煤的結渣判別指數R進行核算，計算數據和判別結果如下：

?

3 結論

根據四種燃料分析數據，分別針對燃料穩燃、燃燼和結渣特性進行核算，并利用原料加權平均對3種混煤的穩燃、燃燼和結渣特性進行了分析，結論如下：

1）穩燃特性。四種單一燃料中，1#煙煤和2#煙煤的穩燃特性較好，屬于易穩定燃燒煤種；無煙末煤和氣化細灰渣的穩燃特性較差，屬于難穩定燃燒煤種；三種混煤的穩燃特性基本在中等及易穩定燃燒區，均強于無煙末煤和灰渣單獨燃燒的穩燃特性。摻燒無煙末煤和氣化灰渣的混煤2可燃指數處于中等和易穩燃分解區，說明兩種難燃物料的疊加摻混降低了混煤的穩燃特性，混煤的穩燃特性與摻混燃料的配比呈現正相關性。

2）燃燼特性。四種單一燃料的燃燼特性均處于易燃燼和極易燃燼區間，其中兩種單一煙煤均處于極易燃燼區，無煙末煤和氣化灰渣處于易燃燼區；三種混煤的燃燼指數處于極易燃燼區。說明混煤后燃料仍然具有較好的燃燼特性。

3）結渣特性。無煙末煤屬于輕微結渣，兩種煙煤和氣化灰渣均屬于具有嚴重結渣傾向的燃料。三種混煤也具有嚴重結渣傾向，但摻燒了無煙末煤的混煤2的結渣指數2.62已接近中偏重區域，說明摻混了無煙末煤的混煤可以一定程度降低混合燃料的結渣傾向，但考慮到混煤2仍可能存在嚴重結渣傾向，可在實際配煤中適當提高無煙末煤的比重，以降低其結渣傾向。

根據以上各項指數判別結果可知，在考慮摻燒氣化灰渣的基礎上，1#煙煤和無煙末煤的混煤2各項指數均處于較合理區間，與鍋爐煤種適應性較匹配，具有潛在的應用優勢，可在后續實際生產中優先試燒混煤2；同時需要對混煤在熱態下的各項燃燒特性進行綜合分析判別，進而優化配煤方案，實現鍋爐摻燒灰渣后仍能穩定運行，為企業和社會創造更大經濟效益和環境效益，并為其他類似應用提供更有價值參考。