煤泥摻燒對循環(huán)流化床鍋爐運行及經濟性的影響

摘 要：煤泥是煤炭洗選過程中的副產品，煤泥摻燒發(fā)電能夠降低發(fā)電成本， 給電廠帶來巨大的經濟效益。但由于受煤泥自身特性和投運不穩(wěn)定等因素的影響，摻燒煤泥發(fā)電會造成主要過程參數(shù)波動大、燃燒不穩(wěn)定、 影響鍋爐效率等問題。為了克服上述問題， 充分挖掘煤泥摻燒發(fā)電的優(yōu)勢和潛力，本文結合黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司4#，5#機組的工程項目，對煤泥摻燒 CFB機組的經濟性問題展開深入研究。

關鍵詞：循環(huán)流化床; 煤泥; 優(yōu)化; 經濟性分析

0? 引 言

本文主要從兩個角度分析影響煤泥摻燒 CFB 機組經濟性的因素：

1）運行角度。

為了研究煤泥摻燒量對主要參數(shù)的影響，保證參數(shù)值在安全合理范圍內，進行了煤泥摻燒實驗，并對試驗結果進行理論分析，得出結論：在保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性和機組運行安全運行的前提下，多摻燒煤泥，能夠更大程度地節(jié)約發(fā)電成本。針對電廠的實際情況 煤泥摻燒量的理論最大值為 25m 3 /h。

2）控制角度。

該電廠目前最需要解決的控制問題是由于煤泥系統(tǒng)的不穩(wěn)定性導致的能量波動問題。為能有效控制能量的波動，本文提出了兩個策略：一是通過測量方法，挖掘即燃碳與爐膛熱量的關系，通過優(yōu)化風煤配比模型，加強爐膛燃燒監(jiān)測，保證燃燒穩(wěn)定。二是充分利用 CFB 機組的蓄能優(yōu)勢，通過優(yōu)化能量變遷，進一步提高煤泥的摻燒比例。本文以此為基礎，改善了電廠原有的控制策略，增加即燃碳熱量動態(tài)補償、即燃碳風煤比較正和煤質熱值修正等前饋信號，起到了較好的控制效果，煤泥摻燒量也較之前增加到了35%。

一煤泥的特點及存在的問題

煤泥是煤洗選過程中的副產品， 是由微細的粒煤、 粉化骨石和水組成的粘稠物，并具有如下特點：

1）粒度細（粒度直徑一般小于 0.5mm）;

2）持水性高， 水分含量高（煤泥含水量普遍在 30%左右）;

3）粘度較高（煤泥成分中含有較多的粘土性礦物所致）;

4）灰分含量高， 發(fā)熱量低（灰分一般多在 40%以上， 發(fā)熱一般只有8～17MJ/kg）。鑒于煤泥的上述特點， 這就為煤泥的堆放、 貯存增加了不少難度，“遇水即流失，風干即飛揚” 是對其特點的形象描述。 另外， 由于煤泥加入了介質粉的洗選， 使得煤泥在使用的過程當中很容易造成二次污染。

二、摻燒煤泥發(fā)電的優(yōu)勢

我國在利用煤泥發(fā)電促進循環(huán)經濟發(fā)展上， 具有以下優(yōu)勢：

1）燃料成本優(yōu)勢明顯。

煤泥與相同發(fā)熱量的原煤相比較，除去煤泥泵送系統(tǒng)所耗電費、 設備折舊費、維護等費用外，每燃燒 1噸煤泥可在燃料費用上節(jié)省不少花費，全年可為電廠減少的支出相當可觀。

2）豐富的資源優(yōu)勢。

我國煤炭資源豐富，有極大的煤泥、煤矸石資源優(yōu)勢，現(xiàn)有各類選煤廠數(shù)量眾多。隨著采煤機械化程度的不斷提高，粉煤和煤泥的產量也會不斷增多。建設煤泥綜合利用電廠，具有節(jié)能、環(huán)保、運行成本低等優(yōu)勢，符合國家的產業(yè)政策和循環(huán)經濟的總體要求，具有良好的發(fā)展前景。

3）能夠實現(xiàn)礦區(qū)資源的優(yōu)化配置。

將礦區(qū)的煤泥用于發(fā)電，可以最大化地實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，使礦區(qū)的環(huán)境步入良性循環(huán)的軌道。

4）日益完備的技術條件。

我國的煤泥電站自 20 世紀 90 年代創(chuàng)建以來，技術發(fā)展經歷了多個階段;同時，我國循環(huán)流化床鍋爐技術也日 趨完善與成熟，為實現(xiàn)高效、低污染煤泥發(fā)電提供了技術保證。

三、入爐燃料

鍋爐設計燃料是由選煤廠洗選副產物煤泥、 矸石與洗中煤組成。 燃料投入比例為矸石∶ 煤泥∶ 中煤= 45%∶ 15%∶ 40%。 由于煤泥的摻燒極大的節(jié)約了電廠的成本， 因此自 2012 年以來， 煤泥摻燒給該電廠帶來了巨大的經濟效益，但與此同時也有幾個問題需要亟待解決：

1）煤泥摻燒后機組運行情況。

由于摻燒煤泥機組出現(xiàn)床壓不穩(wěn)定、 磨損量大、運行周期短等問題，所以需要對煤泥摻燒后機組的穩(wěn)定性做出評價分析，因此有必要對煤泥投入后對鍋爐運行參數(shù)的影響有一個定量的了解。

2）最佳的煤泥摻燒比例的確定。

煤泥摻燒的比例多少會對循環(huán)流化床鍋爐的運行帶來重要的影響：若摻燒煤泥過高，會造成發(fā)熱量低，意味著理論燃燒溫度低，這時需要增加給煤機轉數(shù)，提高一次風壓和風溫，鍋爐將出現(xiàn)帶負荷困難現(xiàn)象。這不但增加送風機耗電量，而且一旦煤質變化，容易導致爐膛燃燒不良，嚴重時造成鍋爐滅火;同時，煤泥與原煤摻配時，如果配煤稍有不均，由于摻配后灰熔點降低，一旦溫度超過煤灰的熔點就會使爐膛內結焦或噴口結焦，高溫結焦的焦塊堅實不易脫落，處理需要花費大量人力、物力，影響鍋爐帶負荷能力，嚴重時可能堵噴口、著火滯后。反之，如果煤泥的摻燒量低，則無法發(fā)揮其提高企業(yè)經濟效益的作用。所以，從運行安全、經濟的角度出發(fā)考慮，確定一個最佳的煤泥摻燒比就尤為重要。

3）煤泥摻燒后機組經濟性分析。

煤泥摻燒不應只從燃燒成本的角度出發(fā)考慮，應將燃料成本、電力成本、環(huán)境效益、控制方式等因素充分考慮進去，對煤泥摻燒后機組的整體經濟性情況作系統(tǒng)的分析研究，同時應定量地計算出通過摻燒煤泥給企業(yè)帶來的實際效益。

針對上述問題， 本文從運行角度和控制角度兩方面對摻燒煤泥 CFB 機組的經濟性進行分析，圍繞供電煤耗這一主要技術經濟指標展開分析。指出電廠當前機組運行中需要改進的問題。并通過煤泥摻燒試驗， 深入分析煤泥摻燒對循環(huán)流化床機組運行帶來的影響，并以此為依據(jù)， 定出煤泥摻燒的上限值。最后，利用軟測量的技術手段，對電廠的控制系統(tǒng)進行改進。通過對大量數(shù)據(jù)的運算和處理，計算機組優(yōu)化后所提升的經濟效益。通過摻燒煤泥提高 CFB 機組的經濟效益要從兩個方面出發(fā)考慮。一方面，要從運行安全性的角度出發(fā)，充分考慮到機組實際運行情況。由于煤泥燃料在價格方面的明顯優(yōu)勢，同樣發(fā)熱量的煤泥價格要比原煤價格便宜幾百元，摻燒煤泥比例越多， 給電廠帶來的經濟效益越明顯。 但煤泥摻燒比例要有安全閾值： 由于煤泥的高水分、高灰發(fā)分的特性，摻燒比例越高，帶給電廠的控制難度越大。同時，過高的摻燒比例容易導致一些主要運行參數(shù)（如床溫、 排煙溫度、飛灰含碳量等）偏離適宜的區(qū)間，容易引發(fā)事故，存在較大的安全隱患。另一方面，要考慮到系統(tǒng)的控制水平。只單純提高煤泥的摻燒量，但控制手段和控制水平跟不上，可能造成運行過程中主要運行參數(shù)值大幅波動，影響機組運行的穩(wěn)定性，經濟效益不升反降。此外，從現(xiàn)場的實際運行情況來看，機組煤泥系統(tǒng)本身存在著不穩(wěn)定性，實際現(xiàn)場中煤泥的摻燒往往不是連續(xù)的，經常存在一段連續(xù)、一段打空的現(xiàn)象，這就造成了煤泥燃燒釋放熱量的不穩(wěn)定性。因此，制定出合理有效的控制策略，減少由于煤泥投入的不連續(xù)造成的能量波動損失，也是提高 CFB 機組經濟效益的途徑之一。

四、取得成效

1.經濟效益：

由于燃料成本在電廠發(fā)電成本中占有非常大的比例，燃料結構的優(yōu)化對電廠經營將產生直接影響。黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司在機組運行過程中，針對煤泥輸送系統(tǒng)存在的問題積極探索，最終總結出了一套循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥的成功經驗，并得到全面推廣。

煤泥輸送系統(tǒng)的投入和煤泥制備精優(yōu)作業(yè)法的全面推廣，使得煤泥輸送系統(tǒng)生產成本明顯降低，年用水量可節(jié)約60000余噸，運行周期顯著提高，年利用煤泥達到15萬噸，相當于約7萬噸標準煤，節(jié)約成本達500萬元。同時減少了鍋爐磨損，延長了鍋爐運行周期（延長了30天），提升設備利用率（利用率提高30%）。同時節(jié)約一號煤礦煤泥倒運費用和環(huán)保費用。

作者簡介：

魯琦（1975-）男，漢族，陜西銅川人，黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電公司副主任。