煤氣化爐應(yīng)用于煤粉鍋爐的探討

摘要：采用煤氣化爐裝置代替大型煤粉啟動(dòng)爐，為電廠提供外部高參數(shù)蒸汽；代替煤粉鍋爐燃油為爐膛提供點(diǎn)火、陪燃或穩(wěn)燃用煤氣。符合節(jié)能降耗、同時(shí)也解決了鍋爐燃油時(shí)存在經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保問(wèn)題；并且可以降低機(jī)組煤耗。這是一種全新的高效潔凈煤發(fā)電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤氣化爐；煤粉鍋爐；啟動(dòng)爐；燃油；潔凈

1、前言

2014年5月，發(fā)改委、環(huán)保部和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中提出具體目標(biāo)：全國(guó)新建燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電煤耗低于300克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)，其中現(xiàn)役60萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組（除空冷機(jī)組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時(shí)。現(xiàn)燃煤發(fā)電機(jī)組達(dá)標(biāo)排放及降低煤耗的行動(dòng)，主要是設(shè)備改造、脫硫、脫銷(xiāo)、除塵的技術(shù)革新與改造。是否考慮在燃料上的改進(jìn)？是否用部分原煤進(jìn)行氣化后再供鍋爐燃燒？是否用部分煤氣化代替鍋爐燃油呢？是否用煤氣化爐余熱，提高鍋爐給水溫度、提供外部蒸汽降低機(jī)組汽耗量？針對(duì)這些構(gòu)思，就煤化爐、啟動(dòng)爐、煤粉鍋爐特性問(wèn)題，如何提高燃煤鍋爐效率，降低供電煤耗，解決燃油存在的安全及環(huán)保問(wèn)題進(jìn)行探討。

2、燃油對(duì)煤粉鍋爐受熱面的影響

電廠煤粉鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)、停運(yùn)和低負(fù)荷助燃、斷煤等異常情況下均需耗用大量的燃油，特別是入爐煤品質(zhì)難以保證，在安全生產(chǎn)的需要下電廠鍋爐助燃油大幅增加，大大增加了燃料成本，嚴(yán)重影響電廠的經(jīng)濟(jì)效益。且燃油對(duì)鍋爐在使用中鍋爐的水冷壁管和對(duì)流受熱面上容易積存灰垢，會(huì)增加熱阻，降低鍋爐熱效率。據(jù)測(cè)定灰垢厚度達(dá)1 mm時(shí)，要浪費(fèi)燃料10%左右，受熱面積灰后還會(huì)加速管壁的腐蝕。

在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)各部溫度均不同程度下降，最終排煙溫度也會(huì)降低，且需燃油運(yùn)行。極易使低溫受熱面的金屬壁溫低于硫酸汽的露點(diǎn)溫度，硫酸蒸汽便會(huì)在低溫受熱面上結(jié)露，從而造成低溫受熱面、電除塵電極上產(chǎn)生積灰積炭的油灰腐蝕。

對(duì)燃油啟動(dòng)爐來(lái)講，應(yīng)徹底淘汰。

3、煤氣化爐、啟動(dòng)爐（燃油爐）、煤粉鍋爐特性分析

煤氣化爐是以煤基為能源的化工系統(tǒng)。由于具備環(huán)保節(jié)能性，符合我國(guó)當(dāng)前能源資源發(fā)展需求，因此被眾多的行業(yè)所選擇。且煤氣化爐在小型化方面應(yīng)是比較成熟，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。目前大型燃煤鍋爐燃燒或進(jìn)行自身技術(shù)改造來(lái)大幅降低發(fā)電煤耗量的操作空間有限，并用投入的成本更高；且目前環(huán)保的排放都是靠后端來(lái)處理，運(yùn)行成本及投資量大；前置處理主要還是控制入爐煤的品質(zhì)，但這與國(guó)家政策不相符。所以入爐煤的高效潔凈技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1）目前煤粉鍋爐在啟停過(guò)程中、異常工況下、低負(fù)荷或偏離設(shè)計(jì)煤種等燃燒運(yùn)行時(shí)，為了確保鍋爐爐膛燃燒安全，只能投油穩(wěn)燃，這不僅增加了電廠運(yùn)行成本，而且對(duì)電廠鍋爐受熱面、空預(yù)器、除塵及脫硫設(shè)備存在重大安全問(wèn)題。

2）啟動(dòng)爐在大型煤粉鍋爐啟動(dòng)前必須運(yùn)行，但存在燃燒效率差、使用率極低、保養(yǎng)成本高、并且安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保性能極差特性；還嚴(yán)重與國(guó)家政策不相符。且啟動(dòng)爐也是燃油，存在嚴(yán)重的能量浪費(fèi)，同樣也存在與煤粉鍋爐更大的安全及環(huán)保問(wèn)題；另啟動(dòng)爐運(yùn)行時(shí)間短，利用空間不足，設(shè)備長(zhǎng)期空置，使保養(yǎng)成本高，資產(chǎn)貶值嚴(yán)重。

3）煤氣化爐需要磨煤、干燥系統(tǒng)及后部煤氣冷卻器系統(tǒng)，相關(guān)投入不僅成本高，而且占有大量土地；煤氣化爐熱效率能達(dá)90%以上，但產(chǎn)生大量的蒸汽利用空間有限，大部分排空或低效利用，造成能量大量浪費(fèi)。

4）現(xiàn)有煤氣化爐碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，總的熱效率最少也有90%以上，且應(yīng)技術(shù)也比較成熟，但在設(shè)備大型化上存在許多技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)用不成熟。

5）需整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）中用的煤氣，對(duì)熱值要求需不高（2200-2500大卡），但對(duì)煤氣凈化度（如：粉塵及硫化物含量）要求很高。

6）煤氣化爐產(chǎn)生的煤氣熱值可以達(dá)到3000-3500大卡，但綜合成本只有制油成本的一半及以下。

7）燃煤鍋爐優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠；缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，后期除塵、脫硫、脫銷(xiāo)設(shè)備投入巨大，而且需要占用大量的場(chǎng)地。

8）燃油鍋爐優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)性能簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是費(fèi)用高，而且燃油運(yùn)輸、儲(chǔ)存的危險(xiǎn)性高，易出現(xiàn)事故。

9）燃?xì)忮仩t優(yōu)點(diǎn)是高效、清潔、環(huán)保。無(wú)腐損，鍋爐壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是品質(zhì)要求高、使用有條件限制。

4、應(yīng)用效果

1）煤氣化爐燃料直接從電廠粉倉(cāng)提供，解決了煤氣化爐原料提供問(wèn)題。這不僅降低了煤氣化爐的投資，而且充分地利用了電廠廢熱，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

2）煤氣化爐為火電廠啟動(dòng)爐提供了高溫?zé)煔狻Ｍㄟ^(guò)啟動(dòng)爐汽水系統(tǒng)的吸熱，產(chǎn)生了高溫高壓蒸汽；降低煤氣溫度，并凈化煤氣提高了煤氣品質(zhì)。顯著提高了煤氣化爐的熱效率。

3）利用火電廠啟動(dòng)爐相關(guān)輔助設(shè)備，凈化了煤氣。大大降低了煤氣化爐系統(tǒng)的投資，同時(shí)也提高了啟動(dòng)爐的使用率。

4）所得高熱值煤氣為電廠鍋爐提供了穩(wěn)定的可燃燃料，可以替代電廠鍋爐爐前燃油系統(tǒng)。降低了電廠運(yùn)行成本，提高了爐膛燃燒安全，同時(shí)大幅提高了鍋爐后部設(shè)備的安全性、環(huán)保性，同時(shí)也降低鍋爐的機(jī)械不完全燃燒熱損失及排煙損失。

5）啟動(dòng)爐不再參入燃燒反應(yīng)，只吸收煤氣熱量及完成煤氣的凈化作用。提高了電廠環(huán)保性，降低了電廠運(yùn)行成本，大大提高了燃燒效率。

6）充分利用啟動(dòng)爐設(shè)備，蒸汽可以連續(xù)提供。降低了電廠抽汽損耗，提高鍋爐給水溫度，從而大幅提高了電廠機(jī)組熱效率，進(jìn)一步降低了發(fā)電煤耗，同時(shí)也為用戶提供了多樣的高參數(shù)的蒸汽。

7）啟動(dòng)爐不再需要對(duì)外排放。大幅提高了電廠環(huán)保性。

5、結(jié)論

將三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作使用方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全等優(yōu)點(diǎn)。

1）提高鍋爐煤種適應(yīng)性。對(duì)煤的活性幾乎沒(méi)有要求。

2）經(jīng)濟(jì)性能好、熱效率高。大大降低了三者之間的重復(fù)投資，總的熱效率可達(dá)96%左右。鍋爐總效率將提高2%左右；發(fā)電煤耗最少下降10g/kwh以上。

3）環(huán)保性能好。氣、水循環(huán)利用，而且解決了煤粉鍋爐燃油過(guò)程中燃燒效率不足70%、大氣污染等問(wèn)題。

4）安全性能好。解決了煤粉鍋爐尾部受熱面再燃燒、鍋膛放炮、空預(yù)器積油積炭積灰、電除塵電極積碳、電除塵布袋故障、脫硫石膏污染等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]李柳強(qiáng)，燃油鍋爐熱效率及影響因素分析；《節(jié)能技術(shù)》，2011，29（2）：134-136

[2]鄭瑩，燃油鍋爐尾部受熱面積灰腐蝕問(wèn)題的分析及對(duì)策；《中國(guó)科技博覽》，2010（23）：74-75

[3]來(lái)自維普，工業(yè)爐窯使用工業(yè)煤氣代替燃油具有環(huán)保及經(jīng)濟(jì)意義；《鋁加工》，2006（6）：18-18

[4]包家偉，氣化爐煤氣替代燃油燃燒技術(shù)；《寧波節(jié)能》，2009

作者簡(jiǎn)介：張檢飛（1977—），男，漢族，主要從事電力生產(chǎn)運(yùn)行及管理；工程建設(shè)管理；電力工程及煤化工工藝設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究等。

（作者單位：大唐華銀張家界水電有限公司）