分析200MW循环流化床锅炉燃料的择优选择

　　分析200MW循环流化床锅炉燃料的择优选择

　　摘要：循环流化床锅炉作为燃烧方式的一种，具有很多优点，例如，燃料适应性强、污染程度低以及效率较高等，可以在很大程度上提高电厂的经济效益，并且不会对生态环境造成严重的破坏。虽然循环流化床锅炉在燃料选择方面适应性较强，但并不是对燃料毫无要求。我国的煤炭供应情况将会直接影响循环流化床锅炉的作业情况，我国煤源具有较强的复杂性，在燃料控制方面，需要将配煤与混煤有机结合，很难对运行煤种进行合理有效的选择，长时间使用不当煤种将会严重影响机组的正常作业，因此，优化循环硫化床锅炉燃料的选择十分重要。

　　关键词：循环流化床锅炉；200MW；燃料；择优选择

　　本文以我国某厂的循环流化床锅炉的煤源以及煤种进行了详细分析，参考相关技术对燃料适宜性进行了有效验证，包括燃料粒径分布、水分、硫分、灰分、挥发分以及发热量等，并根据验证数据结果，对燃料选择提出了合理的优化策略。

　　一、锅炉

　　以我国某电厂的循环流化床机组为例，其功率为200MW，所应用的锅炉为汽包锅炉，具有固态排渣、平衡通风、一次中间再热、自然循环以及超高压等特点，设计参数如下所示：

　　表1 锅炉的设计参数表

　　该电厂的煤源具有较强的复杂性，锅炉的校核与设计煤种分为烟煤与矸石两大类，通过综合煤质的方式对煤种进行设计，并以混煤的方式对煤种进行校核。锅炉在燃煤粒度方面的要求如下所示：

　　图1 燃煤粒度要求示意图

　　基于锅炉连续出力最大值的情况下，设计煤种的消耗量为187.3t/h，在出力值额定情况下，设计煤种的消耗量为181.9t/h。

　　煤质评价指标

　　挥发分

　　如果锅炉所应用的燃料是油页岩、褐煤或是烟煤，由于具有结构松软、挥发分量较大等特点，在受热过程中，燃料的挥发分将会被分解释放，致使燃料消耗速度大幅度上涨，但着火温度较低；如果选用石煤、无烟煤等作为燃料，由于具有结构密实、挥发分量较小等特点，在受热过程中，挥发分析出的难度系数较大，可以有效延长消耗时限、增大着火温度。如果煤种的等级存在一定的差异性，将会很难实现完全互换，除此之外，煤种的等级差异性还会对煤种的燃烧产生直接影响，对煤种的经济性能与稳定性能具有严重的制约作用。所以，在对煤种进行选择时，要确保其挥发分与设计煤种的挥发分之间不会存在较大差异，如果差异性较大，则需要对一二次风配进行调整，但这种调整方式所能收获的效果极为一般。

　　发热量

　　如果锅炉在生产过程中所使用燃料的发热量与设计煤种之间存在较大差值，例如，实际发热量<设计发热量，密度相区的温度将会大幅度下降，燃烧时限将会受到较大影响；如果所采用的燃料属于低热值，将会含有大量的折算水分与折算灰分，会对锅炉内部的燃烧配额造成一定的影响，导致锅炉热效率较低。实际发热量>设计发热量，将会导致床温大幅度上升，极易造成结焦问题。

　　硫分

　　应用循环流化床锅炉，可以通过添加石灰石的方式，对二氧化硫的排放处理进行有效控制，不仅可以避免其污染大气环境，还可以预防锅炉被腐蚀，但是实际应用过程中，需要对煤种的硫分含量进行严格控制，确保含量值小于标准值。

　　灰分

　　灰分对循环流化床锅炉的影响，主要体现在三个方面，一是，受热面损坏程度较大，极易诱发爆管问题，给锅炉作业带来了巨大的安全隐患；二是，灰渣会出现较大的物理热损失，除尘器与冷渣器在运行过程中，出力值较高；三是，飞灰会在受热面后部沉积，不仅不利于传热作业，对锅炉的效率也有较大影响。除此之外，锅炉要想实现正常运行，灰分的作用也必不可少，床层物料以灰分为主，对灰分量进行有效控制，是循环效果的基础保障。在对煤种灰分进行实际选取时，要综合考虑除尘器与冷渣器的处理、分离器的效率以及入炉燃料的粒径。

　　水分

　　如果煤种中含有大量的水分，会在很大程度上增大着火难度系数，炉膛温度将无法达到预期值，固体将无法实现充分燃烧，热损失量巨大，除此之外，还会扩大锅炉内部的烟气体积，加大引风机的电能消耗量与锅炉排烟的热损失量。水分种类有两个，分别是外在水分、内在水分，如果煤种的外在水分含量较高，可以将其置于干煤棚实施预干燥处理，如果处理没有经过预干燥处理便投入使用，将会导致燃料丧失流动性，堵塞输煤管路与煤仓。

　　三、燃料粒径的分布指标

　　循环流化床锅炉在燃烧作业过程中，具有极大的复杂性，效果教育煤粉锅炉而言，燃料粒径在对锅炉的经济性造成不良影响的同时，还会影响锅炉作业的安全性。燃料粒径的产生这些不良影响作用的原因有三个方面，首先，燃料粒径的分布情况直接影响着物料循环情况，为了实现正常循环，必须对其分布情况进行严格掌控，换句话说，流化速度明确的情况下，燃烧作业在稀相区的份额恒定，并将其作为床料，从而确保物料处于平衡状态；其次，燃料粒径的分布情况要符合燃料特性的相关要求，如果煤种具有较高的挥发分，例如，褐煤，粒径值应偏大，如果煤种中挥发分的含量较低，例如，烟煤，粒径值应偏小；最后，燃料粒径的分布情况要具有良好的可调控性。在循环流化床锅炉作业过程中，经常会发生中间颗粒份额较小、细颗粒/粗颗粒份额较大、破碎设备作业效果较差等问题，燃料粒径的差别会对其燃烧效果造成较大的影响，因此，燃料粒径的分布情况会直接影响锅炉的作业情况。

　　结果分析

　　煤质分析

　　根据该电厂周边的煤源选取了11种，通过质量监督检验部门的分析，并遵循相关法律法规，对这些煤样进行了质量标准划分，从而对比煤源之间的存在的差异性。如下图所示：

　　表2 煤种来源质量划分标准表

　　粒径分析

　　燃料粒径直接影响着循环化床锅炉，筛分煤源过程中，煤样的粒径的分析结果如下图所示：

　　图2 粒径分析

　　通过图2可知，煤源不同，筛下粒度在分布情况方面也存在较大差异，除了许厂煤矿、葛亭煤矿以及唐口煤矿的煤种具有较高的粒径，其它煤矿的煤种粒径最大值均不超过2.5毫米，从图上分析结果而言，无论是哪种煤源，都无可避免会存在粒径小于1毫米的细颗粒以及粒径大于10毫米的粗颗粒，两级分化情况十分严重，在循环流化床锅炉实际作业过程中，对于煤种中的粗颗粒，要采取有效措施进行破碎处理，在破碎过程中，要避免颗粒中含有细颗粒，一旦细颗粒受到高程度破碎，极易导致锅炉无法正常作业。

　　燃料优选及管理

　　燃料优选

　　表3是煤样的综合评价结果，如下所示：

　　表3 煤样的综合评价表

　　通过上表分析可知，来源于杨楼煤矿的煤种具有挥发分指标良好、灰分指标良好、硫分含量较低以及热值较高的特点，在循环流化床锅炉作业过程中，可以作为优先燃料；来源于戴庄煤矿、鲁西煤矿、田庄煤矿以及3号井的煤种，具有良好的稳定性，在循环流化床锅炉作业过程中，无需进行配煤处理，可以单独作为燃料使用；唐口煤矿、运河煤矿、新挑河煤矿以及2号井，需要遵照相关配比要求进行配煤使用，在采样分析过程中，唐口煤矿的中煤由于热值较低，与矸石性质极为接近，因此，循环流化床锅炉在作业过程中，也可以对中煤进行配煤处理；如果中煤的粒径尺寸较大，在配煤过程中，要对矸石添加量进行严格控制，避免矸石量过多，如果中煤的粒径尺寸较小，在配煤过程中，需要扩大矸石的添加量，除此之外，最好选用与中煤来源于相同煤矿的矸石进行配煤处理，这样可以对燃料的质量进行有效控制。

　　许厂煤矿、葛亭煤矿、唐口煤矿、运河煤矿中的矸石均不具有良好的发热量，远低于标准发热量值而言，而且矸石中含有大量的硫分与灰分。将此类矸石作为物料对中煤进行配煤处理，不仅会在很大程度上扩大灰渣系统的出力值，致使循环流化床锅炉遭到严重磨损，还会大幅度降低锅炉作业效率，因此，不应采用这些煤源中的矸石作为配煤物料。

　　参考电厂的实际作业需求，对煤种进行设计，燃料的发热量应在11980KJ/kg左右，灰分含量应占总量的50%左右，而挥发分含量的总量比应为41.3%，硫含量的总量比最大值不应超过3%，对电厂周边的煤源进行综合考虑，煤质的实际水平可以略高于设计标准，这样可以确保循环流化床锅炉在作业过程中具有良好的安全性能与经济性能。如果燃料的灰分含量较大或是发热量较小，将会增大冷渣器与煤机设备的出力值，致使锅炉在作业过程中，存在较大的安全风险；如果燃料的灰分含量较低，或是发热量较大，床温度将会大幅度上涨，甚至远超于设计值，极易导致锅炉内部受热面温度超出有效控制范围，所以，在实际作业过程中，燃料选择应遵循以下标准：

　　Q=（14950±1150）KJ/kg,A=(50±10)%

　　煤种中含有大量的硫分，将会扩大二氧化硫排放量，较长作业过后，锅炉脱硫系统的出力值将会增大，锅炉尾部极易被热量侵蚀，根据煤源分析结果而言，煤种硫分含量不应超出总量的1.15%。上述煤源中的煤种均含有大量的挥发分，水分却较少，且以外在水分为主，在锅炉实际作业过程中，煤种挥发分含量不能高于10%，而水分含量不能低于20%。电厂周边煤源存在洗中煤与煤泥，此二者含有大量的水分，且粒径尺寸较小，在制取燃料过程中，应避免混入这两种物料，否则极易堵塞锅炉的输煤系统。在煤种的粒径尺寸方面，该电厂要求入炉粒径值在1mm~8.5mm范围内，中位粒径值控制在1.3mm为最佳，参考周边煤源的实际情况，在实际制取燃料过程中，要对粗颗粒进行破碎处理，处理完成后的颗粒粒径最大值不能超过12mm，换言之，实际入炉燃料的粒径要控制在1mm~12mm范围内，中卫粒径的值要控制在1.5mm~2.5mm范围内。

　　燃料管理

　　要想全面提高循环流化床机组在作业过程中的安全性能与经济性能，不仅要在燃料选择方面进行有效优化，还要对燃料管理方面进行合理强化。通过相关调查可知，煤的发热量与存储时间呈反比，如果存储时间过长，其发热量将会极小，如果燃料的质量较好，在每年存储时期后，也会损耗掉近1.5%的发热量，因此，要想确保燃料具有良好的发热量，要对其存储管理进行有效强化。上述煤源的中煤粒径尺寸较小，不适宜露天存放或是长时间运输，因此，电厂应对其进行技术处理，例如，防风抑尘墙。该电厂的气候虽以干燥为主，但降雨季节水分较重，因此，为了避免燃料水分过多，应对其采取合理有效的防蔽措施。

　　结语：

　　通过上述分析，循环流化床锅炉在燃料选择方面，应对煤种的粒径、灰分、硫分、挥发分以及水分等进行综合分析与严格控制，并对煤种存储管理进行有效强化，才能确保锅炉在作业过程中具有良好的安全性能，从而提高电厂的经济效益。

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