洗煤工藝對燃用高灰分煤質鍋爐受熱面防磨的意義

宋克英

（山東電力建設第一工程公司,濟南 250131）

洗煤工藝對燃用高灰分煤質鍋爐受熱面防磨的意義

宋克英

（山東電力建設第一工程公司,濟南 250131）

摘要：針燃用對高灰份煤煤質火電機組磨損嚴重的原因，通過原煤與精煤煤質及灰份粒徑變化的對比，論證了通過增加洗煤工藝可以有效降低飛灰顆粒粒徑、改變飛灰粒度分布，從而降低對鍋爐受熱面的磨損。

關鍵詞：高灰份煤；磨損；洗煤工藝；降低；顆粒濃度；防磨方案

1　引言

巴西某燃煤電站項目位于巴西南里約格蘭德州，該項目電廠用煤具有高灰、低熱、磨損性強等特點。此種煤質灰的磨損指數高達45。該項目鍋爐投運后，遇到了受熱面頻繁磨損的問題，多次直接由磨損原因導致鍋爐停爐，造成了巨大的經濟損失。因此基于該項目特殊煤質，對受熱面防磨方案進行了研究，認為今后面對類似高灰份煤質的項目時，應從設計工藝上提前解決該問題。

2　高灰份煤質磨損嚴重的原因

含有硬顆粒的流體相對于固體流動，使固體表面產生的磨損有兩種類型。一種是沖刷磨損，顆粒相對于固體表面沖擊角較小，甚至平行；另一種是撞擊磨損，顆粒相對于固體表面沖擊角較大，或接近于垂直。一般鍋爐受熱面的磨損，沖擊角在0-90°之間，因此鍋爐受熱面的磨損是沖刷和撞擊兩種磨損類型的綜合結果。

根據原煤煤質分析報告（見表1）可以看出，該原煤煤種的煤灰成分以二氧化硅、三氧化二鋁和三氧化二鐵為主，三者含量之和占煤灰總量的91.42％。煤在鍋爐爐膛燃燒時，其中的堿性氧化物（鈣，鐵，鉀，鎂等）會將二氧化硅顆粒的表面軟化，在以鐵為核心的顆粒上增量團聚，形成質量和硬度都很大的顆粒物。比較而言，輕質顆粒物容易避開管道，顆粒相對于管道的沖擊角較小，屬于沖刷磨損，但具有一定速度的較大顆粒物，由于慣性力的作用，運動曲線不容易改變，會對管道造成破壞力較大的撞擊磨損。

3　降低煤燃燒后顆粒粒徑及物濃度的方案

關于如何降低濃度及減少煤燃燒后的顆粒物，以降低對鍋爐受熱面的磨損。解決方案為洗煤。

（1）經洗煤后精煤檢測數據與原煤檢測數據對比情況見表1。

（2）煤質變化主要體現在如下方面：1）原煤每輸入一兆焦的熱量產生的灰量為43.3g。精煤每輸入一兆焦的熱量產生的灰量為30.25g。即在輸入熱和熱效率不變的情況下，每輸入一兆焦熱量產生的灰量降低13.05g，相比原煤43.3g的灰量降低30.14％；2）游離態二氧化硅又稱為石英。石英不僅非常堅硬，而且顆粒相對較粗，在較高的溫度下玻璃化。試驗表明，粉煤灰中游離態二氧化硅含量和形狀與火焰溫度有關，一般煤粉爐內火焰溫度不太高，石英粒不能完全球化，故含石英多的煤灰磨損嚴重。從上表對比中可以看出精煤中游離態二氧化硅含量由13.14％降低到6.69％，降低幅度49.09％

因此，精煤由于水分下降、灰分降低、熱量升高，以及煤中游離態二氧化硅含量的大幅下降，能夠一定程度上緩解煙氣含灰量高所造成的受熱面磨損問題。

（3）在鍋爐設計中磨損指數是用來衡量鍋爐受熱面磨損的重要指標，磨損指數通常是根據實驗得出的，經驗公式為Hm=Aar/100× （SiO2+0.8Fe2O3+1.35AL2O3），當Hm＜10為輕度磨損；10＜Hm＜20為中度磨損；Hm＞20為嚴重磨損。

原煤煤灰磨損指數Hm=44.82/100×（65.9+0.8×6.99+1.35×18.53）= 43.25，大于20，屬于嚴重磨損等級；精煤煤灰磨損指數Hm=40.39/10 0×（72.29+0.8×3.43+1.35×17.58）=39.89，雖然仍大于20，還屬于嚴重磨損等級；但磨損指數已有所降低。

表1　原煤與精煤煤質分析對比表

（4）雖然精煤仍屬于高灰分煤，磨損性也很強，但通過對比分析發現，飛灰顆粒粒徑明顯降低（見表2）。

表2　飛灰顆粒粒徑變化對比表

精煤飛灰顆粒平均粒徑從原煤飛灰平均粒徑155.2μm降低到41.75μm，中粒徑從原煤飛灰平均粒徑的81.55μm降低到23.66μm。整體顆粒粒徑水平降低幅度較大。基于高灰份煤質磨損嚴重的原因分析，這些變化都是對降低磨損有利的。

4　結論

通過原煤和精煤煤質分析對比表和飛灰顆粒粒徑變化對比表，可以看出原煤煤中游離態二氧化硅含量高、飛灰顆粒粒徑大。

這是由于從煤礦開采到入爐之間環節未經過分選剔矸的工序，造成大量的矸石及雜質混雜與煤炭直接進入鍋爐，造成鍋爐受熱面磨損嚴重。因此，在類似高灰分煤質項目設計時增加洗煤工藝作為受熱面防磨方案，可以減少入爐煤中的雜質，改變煤灰粒徑分布特性，降低飛灰顆粒粒徑，從而避免鍋爐受熱面金屬磨損。同時也可極大緩解制粉系統、煙風系統和除塵系統的磨損。

參考文獻：

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[3]電力工業發電用煤質量監督檢測檢驗中心.巴西項目飛灰粒徑分布檢測報告[R].2013

[3]電力工業發電用煤質量監督檢測檢驗中心.巴西項目飛灰粒徑分布檢測報告[R].2014.

[4]哈爾濱鍋爐廠.巴西1×350MW燃煤機組HG-1150/18.3-YM1鍋爐說明書[S].2008

作者簡介：宋克英（1982—），男，山東聊城人，鍋爐專工、助理工程師。