堿金屬對(duì)準(zhǔn)東煤燃燒利用影響的研究進(jìn)展

霍敦財(cái) 甘露 靳超然

（1國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司2國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司）

堿金屬對(duì)準(zhǔn)東煤燃燒利用影響的研究進(jìn)展

霍敦財(cái)1甘露2靳超然2

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準(zhǔn)東煤儲(chǔ)量豐富，但其高結(jié)焦性、高沾污性，極大的限制了準(zhǔn)東煤在電站鍋爐中的大規(guī)模運(yùn)用。本文基于調(diào)研，系統(tǒng)的概述了準(zhǔn)東煤燃燒發(fā)電過程中所遇到的問題，闡述了其結(jié)渣沾污形成過程及其原因。

準(zhǔn)東煤；堿金屬；沾污

引言

新疆作為我國(guó)五大綜合能源基地之一，尚未開發(fā)的煤炭資源儲(chǔ)量豐富，預(yù)測(cè)資源總量達(dá)2.19萬億噸[1]。新疆煤炭資源主要分布在準(zhǔn)格爾、吐哈、伊利三大盆地，大多為待開發(fā)整裝煤田。隨著我國(guó)中部和東部的老煤炭基地資源的逐漸枯竭，新疆煤炭資源作為我國(guó)能源接續(xù)，將具有不可替代的重要地位。相關(guān)勘探研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)東煤作為一種天然潔凈煤，其熱值高，灰、氮、硫等含量非常少，屬于低或特低的范圍，是一種低污染，低排放的動(dòng)力用煤。

1 準(zhǔn)東煤利用現(xiàn)狀及存在問題

受新疆特殊的地理位置、經(jīng)濟(jì)條件、交通運(yùn)輸?shù)纫蛩氐南拗疲瑴?zhǔn)東煤炭無法大規(guī)模外送，嚴(yán)重阻礙了準(zhǔn)東煤炭基地的發(fā)展，同時(shí)由于成煤歷史和自然地理環(huán)境，其堿金屬的含量普遍超過2%，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其他地區(qū)動(dòng)力用煤，部分礦區(qū)產(chǎn)煤甚至高達(dá)10%以上[2]。較高的堿金屬含量造成了準(zhǔn)東煤的高結(jié)焦性、高沾污性，極大的限制了準(zhǔn)東煤在電站鍋爐中的大規(guī)模運(yùn)用。如何解決準(zhǔn)東地區(qū)電廠燃用準(zhǔn)東煤出現(xiàn)的結(jié)渣沾污問題已成為準(zhǔn)東地區(qū)煤電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

2 堿金屬的結(jié)渣沾污的形成過程

結(jié)渣/沾污是一個(gè)多因數(shù)綜合作用的化學(xué)物理過程，受煤質(zhì)特性、爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒器布置、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)、溫度水平以及運(yùn)行工況等多種因素影響[3]，主要依賴于煤中的礦物質(zhì)在爐內(nèi)高溫環(huán)境中的遷移過程和行為。其中，煤中堿金屬的存在對(duì)沾污的起了決定性作用。沾污的形成過程通常會(huì)經(jīng)歷內(nèi)白層、燒結(jié)內(nèi)層和外部燒結(jié)層形成三個(gè)過程。

3 影響準(zhǔn)東煤沾污的因素

燃用準(zhǔn)東煤出現(xiàn)的沾污已成為一個(gè)多學(xué)科交叉且相互滲透的工程實(shí)際問題，嚴(yán)重阻礙了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，相關(guān)學(xué)者經(jīng)過全面的分析研究發(fā)現(xiàn)：燃煤品質(zhì)，堿金屬的遷移過程，飛灰的遷移過程，溫度等均對(duì)沾污的形成過程有一定的影響。

3.1 燃煤品質(zhì)

燃煤品質(zhì)對(duì)沾污起決定性作用，其影響主要體現(xiàn)在煤中堿金屬的含量與存在形態(tài)及鋁硅酸鹽等礦物的含量與分布。煤中堿金屬的存在形態(tài)有活性與穩(wěn)定性之分，活性堿金屬成分在燃燒中易揮發(fā)，是引起沾污的主要成分。不同煤種堿金屬的含量與存在形態(tài)均有很大的差別，從而影響煙氣中的堿金屬含量。煤中的堿金屬在揮發(fā)前后均能與鋁硅酸鹽反應(yīng)生成低粘性不可揮發(fā)的堿金屬鋁硅酸鹽，從而降低煙氣中的堿金屬含量，緩解沾污。煤中鋁硅酸鹽含量越高，能夠揮發(fā)的堿金屬蒸汽就越少，沾污傾向越弱。

3.2 堿金屬的遷移過程

煤燃燒過程中堿金屬的遷移規(guī)律對(duì)煤的沾污有重要影響。煤中不同存在形式的堿金屬成分在燃燒初期會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，且不同存在形式的堿金屬成分的轉(zhuǎn)化規(guī)律又隨煤種、氣氛和溫度的不同有所不同。燃燒后期，揮發(fā)的堿金屬成分與其他成分反應(yīng)，生成新的堿金屬化合物，包括含堿金屬的鋁硅酸鹽、氯鹽、硫酸鹽等。煤中的堿金屬在爐內(nèi)的反應(yīng)復(fù)雜，燃燒方式、運(yùn)行工況等的不同也會(huì)導(dǎo)致煤中的堿金屬在燃燒后期存在形式的差異。若在燃燒過程中釋放到煙氣中的堿金屬蒸氣含量少或生成更高熔點(diǎn)的硅鋁酸鹽，則凝結(jié)在換熱面上的沾污介質(zhì)硫酸鹽量減少，從而減輕了換熱面的沾污。所以煤燃燒過程中堿金屬的遷移及影響遷移的因素均對(duì)沾污有重要的影響。

3.3 飛灰的遷移過程

沾污是由于飛灰在受熱面上的沉積，所以飛灰的遷移過程對(duì)沾污有著重要影響，控制煙氣中的飛灰量是緩解沾污的一個(gè)主要方向。

3.4 煙氣溫度

煙氣溫度對(duì)沾污的影響主要體現(xiàn)在兩方面。一方面堿金屬的遷移的過程主要受溫度，主要體現(xiàn)在對(duì)堿金屬生成反應(yīng)的化學(xué)平衡和相平衡的影響。低溫下堿金屬與鋁硅酸鹽的反應(yīng)發(fā)生在堿金屬揮發(fā)之前，高溫條件下則恰好相反，導(dǎo)致了高溫?zé)煔庵袣庀髩A金屬含量的差異。另一方面主要體現(xiàn)在沾污的溫度敏感特性。

結(jié)語

堿金屬含量高的準(zhǔn)東煤燃燒利用過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的沾污問題極大限制了其利用。高堿金屬準(zhǔn)東煤沾污會(huì)伴隨高溫腐蝕。燃煤品質(zhì)，堿金屬的遷移過程，飛灰的遷移過程，溫度等均對(duì)準(zhǔn)東煤燃燒利用過程中堿金屬沾污的形成過程有一定的影響。

目前，高堿金屬準(zhǔn)東煤沾污研究不足，還未能實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)的100%純?nèi)紲?zhǔn)東煤，因此，對(duì)于高堿金屬準(zhǔn)東煤還有待于進(jìn)一步深入研究。

[1]嚴(yán)陸光，夏訓(xùn)誠(chéng)，呂紹勤，等.大力推進(jìn)新疆大規(guī)模綜合能源基地的發(fā)展[J].電工電能新技術(shù)，2011，30（1）:1-7.

[2]張守玉，陳川，施大鐘，等.高鈉煤燃燒利用現(xiàn)狀[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（5）:1-12.

[3]胡玉龍，李輝，劉建江.200MW機(jī)組鍋爐結(jié)渣原因分析及防治措施探討[J].節(jié)能，2007，26（3）:26-29.

霍敦財(cái)（1968-），男，本科，工程師，主要從事燃煤煙氣治理工程項(xiàng)目管理工作