煤和渣掺烧在循环流化床锅炉中的应用

（新疆克拉玛依新科澳石油天然气技术股份公司，克拉玛依市，834000） 宋毅云

（新疆天富能源投资有限公司147电厂，石河子市，832045） 郑永军

由于循环流化床的燃烧对煤质要求比较宽泛，在可燃范围之内低热值的煤也可以保证锅炉的正常燃烧，按照俗话说就是可以吃”粗粮”。煤的发热量在17 000～23 000kj/kg（4 100～5 500大卡）都可以，而且可以高些也可以再低些。煤在流化床锅炉内燃烧的工况是比较复杂的，并不是说高热值的煤，就能烧出更高压力和更高温度的蒸汽，热值过高的煤反而可能会对炉膛和燃烧工况造成不必要的麻烦，比如结焦等。所以我们根据所进原煤的基低位发热量的高低，配比一定的灰渣来降低高热值的煤，最少不低于低限限范围，在一个比较合适的值，入炉燃烧，平衡多余的热量又保证其经济性。而且循环流化床本来也是必须要靠一定的灰渣量蓄热循环来带负荷的。这样既可以降低煤耗，也可以减少灰渣外运，达到节能降耗的效果。

本文介绍了两台150d/h的循环流化床锅炉，如何利用煤和渣掺混燃烧的技术起到节能降耗的目的。通过对锅炉制造厂的咨询和到其他循环流化床锅炉考察，提出了煤和渣掺烧的应用方案，充分利用循环流化床的燃烧特性，通过掺烧有限度的降低原煤热值，来达到省煤的目的。这也可以推广到和其它劣质煤的混烧。

1 理论基础

1.1 煤和渣掺混的热值和灰分计算

按照国家规定，循环流化床锅炉灰渣含碳量出厂设定在＜2%的含碳量，含热量不超过150大卡即627kJ/kg（0.627MJ/Kg）计算（我厂的灰渣基本都在1%左右，约310kJ/kg）。1大卡（kcal）=4.1 858 518千焦（kJ）

掺混劣质煤后燃料特性的变化：在劣质煤与煤掺混燃烧中，假设未掺混燃煤的灰分为A1，煤的发热量为Q1，要掺混的劣质煤灰分为A2，发热量为Q2，假设未掺混煤的质量为M，混入的劣质煤质量为m，掺混后燃料的灰分为A3：

由此式可以看出，m=0时，A3=A1，随着m增加，混合燃料的灰量增加，但趋势减缓，最后趋近与A2。混合燃料的发热量为：

由此式看出，m=0 时，Q3=Q1，随着 m 增加，Q3逐渐减小，但趋势减缓，最后趋近Q2。

1.2 煤和渣的掺混比例

我厂煤源单一，一直是就近的煤矿拉运，我们取了近两个月的所做化验的原煤的基低位平均热值（去除两个极值）在20.415MJ/Kg。标准煤的发热量为29.27MJ/kg（7 000kcal/kg），把原煤的基低位发热量（Qnet，ar）换算成标煤，统一比较。

（1）把掺5%的渣的数值代入混合燃料的发热量公式计算：产气量在3 200t左右，一天平均上350t煤（含掺渣量），332.5t20.415MJ/Kg 的煤，17.5t0.31 MJ/Kg的渣换算成标煤：

17.5*0.31/29.27=0.1 853此值非常小，可以忽略不计；一共是231.91+0.1853=232.1t，掺渣后的热值：Q3=（MxQ1+m×Q2）/（M+m）=（332 500x20 415+17 500x310）/（332 500+17 500）=19 410kJ/kg

19.4MJ/Kg 的发热量也在流化床锅炉允许燃烧的热值范围内，并且很经济。

把332.5t20.4MJ/Kg原煤换算为标煤：

再把掺渣后的350t19.410MJ/Kg煤换算为标煤：

（d）减去（c）：多标煤232.1-231.7=0.4t/0.697475=0.573t

0.4t 标煤换算成20.4MJ/Kg 的原煤：0.4t/0.697 475=0.573t

可以看出，用煤量实际只多了0.573t。也就是说，掺了17.5t 渣后，把20.415MJ/Kg 的煤变成了19.41MJ/Kg的煤后，我们节省了将近17t煤。

（2）把掺10%的渣的数值代入混合燃料的发热量公式计算，仍然按平均热值20415MJ/Kg 计算（具体过程同公式1）：

我们可以算出，350t 的掺渣煤，掺了35t 渣后，把 315t 的 20.415MJ/Kg 的煤变成了 18.4MJ/Kg 的煤后，我们节省了将近34t煤。

（3）当掺渣后煤的热值低于17.5MJ/Kg后，用煤量会明显增加，成本也会升高，此时已不经济。所以，在实际中，掺渣后的煤我们会控制其热值不低于18MJ/Kg。

2 煤和渣掺混方式

（1）首先规划好排渣、拉运、堆放地的确定。我厂是用铲车直接从渣库的排渣口接渣，把渣运至储煤棚的指定位置。前提是先把一铲车渣重量过磅，确定重量。然后把一铲车煤重量过磅，按照一铲渣4铲煤的比例掺混。

（2）再确定煤掺混渣的具体细节，因为炉渣在掺混过程中，如果不均匀，会对稳定燃烧造成很大的威胁。我厂是用铲车进行拉运掺混，要求铲车司机必须把掺混的煤和渣搅拌掺混5 遍以上才可入炉。输煤值班人员从输煤皮带上取样，交给化验人员化验热值、灰分。每天定时记录床温，煤量，热值，负荷，氮氧化物，SO2等参数变化情况。

我们通过近两个月的参数对比发现，在掺渣比例10%以下时，炉膛温度的控制基本没有变化，也没有出现结焦现象。氧量控制无变化，氮氧化物与不掺渣时对比也无超标次数增加的现象，煤量几乎无变化。

掺渣比例要在实践中逐步摸索，当比例逐步升高，当热值降低到一定值后，会造成煤量的大幅增加，灰量增多，变得很不经济，使成本更高。探索出合适的掺渣比例非常重要。

3 煤和渣掺烧运行中注意的问题

掺渣试验是一个非常实际的工作。虽然在几个月的试验中，没有出现设备问题，但一定不能忽视其长期运行所造成的隐形问题。

（1）掺渣可能会造成灰量增加，对尾部烟道磨损增大，放渣量增大。除尘灰量增大、除渣设备磨损。就目前来看，灰量的每次大量的增加主要是煤质的变化引起。磨损问题应加强周期性检查，记录相关数据。

（2）可能影响环保数据，氨水、石灰石消耗增加。这一方面可以通过加强运行人员技术水平，合理控制SO2排放量降低消耗。在煤种不变时，无明显变化，后因更换了煤种，使得二氧化硫不好控制，石灰石消耗增加。

（3）引、送风耗电量可能会增大。因为都是使用的变频器控制，通过频率变化来改变风量，不是通过改变调节门的大小来控制风量。通过几个月的试验来看也没有发现电量增加。满负荷情况下，两台锅炉的耗电量没有变大。掺渣和不掺渣没有区别。

4 结语

在两个月的试验中，两台循环流化床锅炉一共掺渣3 552t，平均掺渣量在7.5%左右。假设我们除去增加的电耗，及以后的检修费用，和不确定因素造成的损耗20%，按节省煤量80%计算也有2841.6t（前面的理论计算不超过5%），按照当地煤价285元计算：2841.6t*285 元=80.985 万。现在还处于一个较低比列的掺渣过程，如果煤源合适，适当提高掺渣比列，节省的成本就就会更多。