煤質變化對循環流化床鍋爐機組運行的影響

韓 亞 妮

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

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煤質變化對循環流化床鍋爐機組運行的影響

韓 亞 妮

(太原市熱力公司，山西 太原 030024)

介紹了循環流化床鍋爐燃煤特性，從不同熱量、揮發成分含量、灰分含量、顆粒度、水分含量以及雜質含量等方面，分析了煤質對循環流化床運行工況的影響，探討了煤質對鍋爐和相關輔助設備運行的影響，為選擇適宜鍋爐燃燒的煤種類提供依據。

煤質，鍋爐，燃燒性能，發熱量

1 循環流化床鍋爐的燃煤特性

1.1 燃料適應性廣泛

在循環流化床鍋爐運行時，其所加入的燃料總量只有床料總量的2%左右，而剩下的均為不可燃材料，包括脫硫劑、灰渣等。所以，將煤加入至流化床中時，其中的灰渣會將煤顆粒包圍起來。而硫化床鍋爐中具有非常強的混合作用，流化床中的高溫會在煤的燃燒過程中發揮“理想拱”的功能，將所加入的煤燃料升溫至相應的著火點溫度，從而引燃煤顆粒。而對所加入的煤燃料進行加熱消耗的熱能，不足流化床總熱量的1%。所以，不會因此而使流化床的溫度產生較大的波動。另一方面，由于所加入煤顆粒在燃燒過程中會產生大量的熱能，進一步的保證了流化床可以維持特定的溫度值。正因如此，流化床通常不會出現著火困難的問題，同時其對多種煤質均具有較強的適應能力。一些高硫含量、高水分含量以及高灰分含量的難燃料均能被用作流化床的燃料。而且，無論采取何種燃料，流化床鍋爐機組的系統運行也不會出現較大的波動。能被用作流化床鍋爐的燃料包含無煙煤、煤矸石、樹枝、天然氣、煙煤等多種燃料。

1.2 低氮氧化物排放量以及高效脫硫性能

在循環流化床燃燒過程中，能夠實現低溫燃燒的目的。流化床燃燒溫度能夠被控制在900 ℃左右，并且可以確保鍋爐的穩定燃燒。在循環流化床鍋爐燃燒時，通過采取分級燃燒的工序，將一次風和二次風分別送入，能夠降低燃料燃燒時的氮氧化物排放量。并且，燃料燃燒時也能夠向循環流化床中添加一定量的石灰石，以減少燃料燃燒時二氧化硫氣體的排放，對于環境的保護非常有利。

1.3 燃燒負荷大、傳熱能力強、效率高

在循環流化床中，氣體和固體之間會形成非常強的內循環擾動，使得鍋爐內的熱傳遞變得非常強勁，讓新加入的燃料在非常短時間內而達到爐內的溫度值。而燃料經由相應的分離裝置被多次的循環而返回至爐中，使其停留時間以及反應時間均得到了延長，從而降低了燃料不完全燃燒所造成的熱量損失，原料在流化床中燃燒的效率可以高達95%左右。

1.4 灰渣具有較高的活性

由于灰渣具有較高的活性系數，所以能被再次的利用。在相對低的溫度值下，燃料燃燒所形成的灰渣具備相對高的活性，能被用來生產水泥礦物摻合料，也能被用作其他種類的建筑材料。并且，能夠將灰渣用來提純特定的稀有金屬。

2 煤質變化對流化床鍋爐穩定燃燒的影響

1)根據我公司循環流化床鍋爐運行的多年經驗，如果煤燃料的發熱量低于5 000 kJ/kg，此時煤不具備較高的發熱量，將導致鍋爐出口處的溫度值無法滿足要求，進而導致鍋爐的供熱不正常。并且，發熱量低于5 000 kJ/kg的煤，燃燒過程中極易出現不穩定的現象，也會使燃料燃燒不夠完全，要是問題嚴重將會發生熄火事故。

2)煤中的揮發成分能夠在600 ℃左右的溫度下析出并發生燃燒反應。而由于揮發分的燃燒所釋放的熱量，會使煤顆粒自身溫度值快速增長，給煤的燃燒創造了極為有利的環境條件。并且，由于煤中揮發成分析出，使其內部擁有了更大的孔隙，在煤燃燒時將會擁有更大的接觸面積，從而使煤燃燒速率得以有效的提升。

3)煤里所含有的灰分會在煤燃燒的時候吸收較大的熱量。所以，煤中灰分所占的比例越大，煤所具備的發熱量也就會越小。根據我公司循環流化床鍋爐運行的多年經驗，如果采用灰分大于51%的煤作為原料，易導致煤燃料不易燃燒或者燃燒被延遲。另外，由于煤的燃燒困難及燃燒延遲，會使鍋爐內部的溫度有所下降，使得煤燃料不具備較高的燃燼程度，同時也會使灰分中會有較多的可燃物。煤中灰分所占比重變大，煤炭顆粒表層就會極易被灰分所包圍，導致其燃燒速率低下，火焰的傳遞速度也降低，最終出現燃燒不良的問題。

4)煤自身顆粒性會嚴重的影響到煤燃燒效果。如果煤具有較大的顆粒度，煤燃燒的過程過于短，會使其中含有的焦炭未能全部的燃燒，導致鍋爐灰渣的含碳量過高，從而使鍋爐的熱損失值有所增加。如果煤所具有的顆粒度較小，微細的煤顆粒在燃燒過程中會出現較大的機械損失。一般情況下，所采用的煤燃料顆粒度不超過13 mm。

5)當煤中所含的水分值不超過6%時，其對煤燃燒性能的影響和煤中所含揮發分時對煤燃燒的影響效果相同，有利于煤的燃燒。通過煤燃燒動力學觀點進行分析，處于高溫火焰中水蒸氣在煤燃燒中發揮著一定的催化功能，能夠顯著地提升煤燃燒速率，也可以增強煤燃燒時的火焰黑度值，使鍋爐中的輻射換熱效應得到強化。但是，如果煤中水分的含量太高，會導致煤的著火熱不斷的增加。并且，煤所產生的熱量有一部分需要用于對煤中的水分進行加熱，從而使鍋爐中的煙氣的溫度有所減小。同時，煤粉氣流所吸收的部分煙氣溫度也有所降低，火焰所形成的輻射熱度也會受到影響，這就會對燃料的燃燒產生不利影響。

6)煤中含有的雜質在煤燃燒時將部分的熱量吸收，所形成的灰分將包圍于煤顆粒表面，使顆粒無法充分的和空氣接觸，從而對煤燃燒造成不利影響，使鍋爐的熱效率值有所減少，也會導致鍋爐中受熱面的磨損程度變得更為嚴重，所需清除的灰量有所增多，并且還會嚴重的危害到鍋爐使用過程中的安全與可靠性。

3 煤質對鍋爐和相關輔助設備的運行影響

1)當采用的煤質不好時，會使鍋爐消耗煤的數量增多，鍋爐的出渣數量也增多，且爐渣中含有的碳量隨之增多。由于產渣量增多，也會使冷渣設備以及輸渣設備的使用次數增多，這將導致相關設備的使用周期縮短。由于行車設備、輸煤設備、破碎設備的使用量增加，其所發生故障次數也會相應增加，導致系統運行成本的提高。

2)當煤顆粒過大，會造成排渣管道發生堵塞的問題。如果較長時間內無法完成排渣，就將導致流化床出現分層現象，使得流化效果變得極差。如果嚴重的話，將導致床層出現結焦問題。

3)當煤中含有較大的灰分，煤燃燒之后會對水冷壁、空氣預熱裝置等造成相對大的損壞。同時，也易導致設備的積灰問題，使鍋爐送風時會遇到較大的阻力，導致系統的熱效率減少。同時，還會對除塵裝置造成不利的影響，使除塵裝置的運行負荷不斷增加，從而導致除塵裝置發生故障的概率增加，這將非常的不利于環境保護。

4)當煤中硫化物含量較大，會發生一定的高溫腐蝕問題，會對水冷壁、省煤裝置、預熱裝置等造成嚴重的破壞，導致鍋爐爆管問題的出現，嚴重的危害到鍋爐的安全與可靠性。另外，煤燃料中含有較多的硫，將導致灰渣發生流變的溫度有所減小，從而使流化床或返料裝置出現結焦的問題。

4 結語

如果煤質出現波動，應當強化對鍋爐及相關裝置的檢查和維護，及時的發現并排除裝置所發生的問題，強化送風及爐腔內的溫度監控，確保爐腔內的溫度不會出現波動。加強煤在儲存過程中的監管，避免出現風化和自燃問題。另外，也應當全面、精準的收集所使用煤質的數據信息，并將其信息及時的報告給生產部門，讓相關技術人員可以選用適宜鍋爐燃燒的煤種類，并實時地根據煤質變化完成系統的調控工作。

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The influence of coal quality change to circulation fluidized bed boiler operation

Han Yani

(Taiyuan Heating Power Company, Taiyuan 030024, China)

This paper introduced the coal fired characteristics of circulation fluidized bed boiler, from different heat, volatile component content, ash content, particle size, water content and impurity content aspects, analyzed the influence of coal quality to circulation fluidized bed operation conditions, discussed the influence of coal quality to boiler and auxiliary equipment operation, provided basis for the selection of appropriate combustion boiler coal type.

coal quality, boiler, combustion performance, calorific value

1009-6825(2016)34-0118-02

2016-09-24

韓亞妮(1983- )，女，工程師

TU761.2

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