煤粉锅炉掺烧气化灰渣适应性分析及预测

段永华，曹明福，郭 娟，戴 立

（中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223）

目前，国内已建成和正在建设的煤化工项目较多，应用煤气化工艺技术类别也较多，其中粉煤加压气化工艺是目前国产自主气化技术中应用较多的一类。此类气化技术整体效率较高，广泛应用将对煤化工行业的高效发展起到巨大推动作用。粉煤加压气化工艺炉底灰渣大多采用激冷水浴及捞渣机、压滤等方式输送至渣场堆放或外运填埋等方式处理，由于灰渣仍具有一定的热值，填埋等不合理的处理方式会造成能源浪费，项目通过锅炉掺烧配煤实现灰渣再燃利用的目的。主要通过对拟入炉掺烧的气化灰渣和不同原煤的混煤煤质特性和燃烧特性进行分析预测，具体研究不同煤种中水分、挥发份、灰分、灰成分、发热量及含硫量等对煤燃烧稳定性、燃尽性、结渣特性的影响，确定不同煤种与锅炉的配比适应性，进而指导确定较优的灰渣掺烧方案，实现灰渣的有效利用。

1 燃料分析数据

项目可供选择的原煤有1#烟煤、2#烟煤和无烟末煤，两种烟煤均具有较高的热值、较高的挥发份、中低灰分，属于较为优质的动力煤，尤其适合煤粉锅炉燃烧使用。无烟末煤热值高、灰分高、挥发份低，着火困难，需要考虑炉型的特殊，因此无烟末煤考虑和烟煤进行配煤，不考虑单独燃烧。基于原煤的特点和对气化灰渣的最大化掺烧利用，主要按照原煤和灰渣进行掺混后的不同工况进行煤质特性和燃烧特性分析，混煤的主要工况有：

混煤1：1#烟煤和气化灰渣3:1配煤工况；

混煤2：1#烟煤和无烟末煤3:1配煤，配得混煤和气化灰渣再3:1掺混工况；

混煤3：1#烟煤和2#烟煤1:1配煤，配煤后再和气化灰渣3:1掺混工况；

另外对所有单燃料的特性与混煤进行综合对比，以确定较适合的混煤配比。

表1 工业分析和元素分析

表2 灰成分、灰熔点

2 燃烧特性分析

燃烧特性主要通过燃料的稳燃特性和燃烬特性两个指数来判别各燃料燃烧的特性，对混煤配比的选择做出相对准确的判断。

2.1 稳燃特性

（1）可燃性判别指数

西安热工所和哈尔滨成套设备所等国内高等院校和科研单位，对我国超过百种煤的燃烧曲线进行了大量研究，在此基础上总结出可燃性判别指数C。

C与Vdaf之间有一定的联系，它们之间的拟合公式是

?

对原煤、灰渣及混煤的可燃判别指数C进行核算，计算数据和判别结果如下：

?

（2）稳燃判别指数M[1]

西安热工所研究人员在大量实验研究的基础上总结出的判别公式：

判别界限如下：

?

对原煤、灰渣及混煤的稳燃指数M进行核算，计算数据和判别结果如下：

?

2.2 燃烬特性

常规燃烬性分析采用热天平试实验，但热天平实验在分析燃尽特性的过程相对比较复杂。因此常规研究中在对煤燃尽性分析时，还使用煤质燃尽指数Rj对煤质燃尽特性进行判别，采用工业分析数据进行计算简单易行，较为方便。国内研究人员根据计算程序对大量煤工业分析数据和热天平分析数据进行逐次回归，获得了煤质燃尽指数Rj[2]的计算公式：

Rj燃尽指数等级判别如下：

?

对原煤、灰渣及混煤的燃烬指数Rj 进行核算，计算数据和判别结果如下：

?

2.3 结渣特性

哈成套所对国内近几百种煤质的灰渣特性进行了研究分析，并结合我国煤质特性和不同煤种在锅炉上的实际应用，提出了适用于我国煤种的结渣特性判别指标[2]和最优分割判别界线[2]，如表3所示。

表3 常用结渣程度判别指标

普华煤燃烧技术开发中心根据上述的判别指标又提出了煤的综合结渣判别指数Rz[2]，这个指数的判别准确度较高，文章主要采用该指数对煤灰结渣特性进行判别。Rz的计算公式及判别标准如下：

其中，B/A为碱/酸比，G为硅比

结渣等级判别界线：

?

对原煤、灰渣及混煤的结渣判别指数R进行核算，计算数据和判别结果如下：

?

3 结论

根据四种燃料分析数据，分别针对燃料稳燃、燃烬和结渣特性进行核算，并利用原料加权平均对3种混煤的稳燃、燃烬和结渣特性进行了分析，结论如下：

1）稳燃特性。四种单一燃料中，1#烟煤和2#烟煤的稳燃特性较好，属于易稳定燃烧煤种；无烟末煤和气化细灰渣的稳燃特性较差，属于难稳定燃烧煤种；三种混煤的稳燃特性基本在中等及易稳定燃烧区，均强于无烟末煤和灰渣单独燃烧的稳燃特性。掺烧无烟末煤和气化灰渣的混煤2可燃指数处于中等和易稳燃分解区，说明两种难燃物料的叠加掺混降低了混煤的稳燃特性，混煤的稳燃特性与掺混燃料的配比呈现正相关性。

2）燃烬特性。四种单一燃料的燃烬特性均处于易燃烬和极易燃烬区间，其中两种单一烟煤均处于极易燃烬区，无烟末煤和气化灰渣处于易燃烬区；三种混煤的燃烬指数处于极易燃烬区。说明混煤后燃料仍然具有较好的燃烬特性。

3）结渣特性。无烟末煤属于轻微结渣，两种烟煤和气化灰渣均属于具有严重结渣倾向的燃料。三种混煤也具有严重结渣倾向，但掺烧了无烟末煤的混煤2的结渣指数2.62已接近中偏重区域，说明掺混了无烟末煤的混煤可以一定程度降低混合燃料的结渣倾向，但考虑到混煤2仍可能存在严重结渣倾向，可在实际配煤中适当提高无烟末煤的比重，以降低其结渣倾向。

根据以上各项指数判别结果可知，在考虑掺烧气化灰渣的基础上，1#烟煤和无烟末煤的混煤2各项指数均处于较合理区间，与锅炉煤种适应性较匹配，具有潜在的应用优势，可在后续实际生产中优先试烧混煤2；同时需要对混煤在热态下的各项燃烧特性进行综合分析判别，进而优化配煤方案，实现锅炉掺烧灰渣后仍能稳定运行，为企业和社会创造更大经济效益和环境效益，并为其他类似应用提供更有价值参考。