浅谈褐煤在循环流化床锅炉中的应用

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摘要：本文着重阐述褐煤在循环流化床锅炉中的应用。如何解决循环流化床锅炉灰渣含碳量高及能源浪费的问题？是我们在煤种方面研讨的重点。结合我公司的ZG-75-3.82/450循环流化床锅炉运行实际状况，加以改进。降低了灰渣含碳量，节约了能源，为企业增加了可观的经济效益。

关键词：褐煤 循环流化床锅炉 灰渣含碳量 节约能源 经济效益。

1 概述

四平昊华化工有限公司在2008年8月上一台ZG-75

-3.82/循环流化床锅炉，配6000KW背压式汽轮发电机组。该炉于2009年12月正式投入运行，燃用煤种为金宝屯和黑山头混合烟煤，平均发热量为13790KJ/kg（3300千卡/公斤），灰分含量平均为33%。投入运行以来主要问题是排渣含碳量高，在10-12%左右。无论怎样调整燃烧过程中的风煤配比，其灰渣含碳量无明显变化。灰渣含碳量的升高直接导致蒸汽成本的升高且造成能源的严重浪费。如何解决循环流化床锅炉灰渣含碳量高及能源浪费的问题？我们把重点工作放在煤种的研讨方面。通过查阅有关循环流化床锅炉燃烧技术资料和煤种特征，我们决定调换煤种，由原来的混合烟煤改为燃用内蒙古褐煤。经过一年时间的运行考核其灰渣含碳量由原来的10-12%降低为5%。取得了较好的经济效益。75吨炉全年耗煤量约为12.8万吨。选用的褐煤平均灰分含量为17%。总灰量：128000吨×17%=21760吨。静电除尘器捕捉的飞灰量为总灰量的10%，即：2176吨灰。节煤量：21760吨灰-2176吨飞灰=19584吨灰×5%=979吨煤，节约资金：979吨煤×345元/吨=33.77万元。

2 煤粒在循环流化床锅炉停留的过程

煤粒在循环流化床锅炉停留的过程可以分为三类：一类是不能逃逸出炉膛的大颗粒；二类是逃逸出炉膛且能被旋风分离器分离的中等粒径颗粒，三类逃逸出炉膛且不能被旋风分离器捕捉的细小颗粒。我公司运行的75吨循环流化床锅炉要求入炉煤的粒度为0-10mm其输煤系统采用一次筛分一次破碎方式，由于破碎前原煤粒度不规范（50%以上的煤的粒度大于60mm）加之滚筛结构特点沿圆柱形滚筛筛分时片状超标颗粒经常存在，这也是导致底渣含碳量升高的原因之一。煤粒在循环流化床锅炉中燃烧主要依次经历加热干燥，析出水分，挥发份析出和着火燃烧，碳粒膨胀和一次破碎，焦炭着火燃烧和二次破碎及磨碎等过程。由于褐煤的性质：碳化程度低，地下生成时间短，质地较软，挥发份含量在40%以上，易于着火燃烧，固定碳含量在35%左右，全水分含量高，灰分含量平均为17%。内蒙古褐煤（通辽北，朱斯花，霍林河，伊图塔等），且热裂解特性较烟煤强烈，大颗粒受热后爆裂成小颗粒，可弥补筛分和破碎设备之不足。因褐煤的挥发份含量高，能迅速着火，对固定碳的加热及快速燃烧直至燃烬起决定性作用，也正适合煤粒在循环流化床锅炉中的燃烧过程。

3 固定碳的燃烧过程

固定碳的燃烧过程是在煤的挥发份析出后才开始燃烧，与挥发份的着火基本是重叠进行，就是说煤在进入锅炉燃烧室初期以煤的挥发份析出与燃烧为主，后期以固定碳燃烬为主，两者的持续时间受煤质和运行条件的影响很大，一般讲煤中挥发份从开始析出至结束时间在10秒钟以内，其燃烧时间小于1秒钟，而固定碳的燃烬时间受煤质和粒度等影响因素较大。在循环流化床锅炉中，固定碳燃烧的化学反应方程式如下：

上述反应式说明：反应时间越长，反应的温度越高，与适量的氧气供给是固定碳完全燃烧的必要条件。固定碳燃烧时氧气必须扩散到固定碳颗粒的表面发生氧化反应，生成CO2和CO。煤的挥发份析出后，固定碳呈多孔颗粒形成不同尺寸和形状的内孔，这些内孔面积要比固定碳表面的面积大几个数量级。有时氧气还会扩散，与内孔表面的碳发生氧化反应，固定碳的氧化反应是一个比较复杂的过程，即在较短的时间内完成动力扩散及过度燃烧，最终实现固定碳完全燃烬的目的。

4 煤的成灰特性

煤粒的灰质特性决定于煤粒在循环流化床锅炉燃烧过程中的膨胀、破碎和磨损过程，即热破碎过程。它即与煤粒本身的特征：包括煤种、粒度和煤的组成成分有关，还与循环流化床锅炉运行操作条件有关，如：床温、风量、加热速率等。煤的破碎特征直接决定了床内固体颗粒浓度以及颗粒扬析夹带过程，炉内的传热过程以及颗粒的燃烧过程，从而对炉内热负荷的分布有极为重要的影响。煤粒在流化床内的破碎特征是指煤粒在进入高温流化床后其粒度发生急剧减小的一种性质。热破碎和磨损是导致煤粒在流化床中尺寸减小的两种途径。热破碎又分为两类：第一类破碎是由于煤粒在高温流化床内挥发份快速析出而在煤粒内迅速急剧，导致颗粒内部形成压力梯度而引起的破碎；第二类破碎是析出挥发份之后，由于高温热应力的作用，削弱了煤粒内部各因素之间结合的化学键力，导致各种不规则形状晶粒之间的联结骨架被烧掉。颗粒在流化床中的急剧碰撞运动的作用下引起的破碎。煤粒进入高温流化床后，受到炽热的床料加热，首先是水分的蒸发，然后当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，由于热解的作用，煤粒的物理化学性质发生急剧的变化。对含有高挥发份的褐煤，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，即煤粒在热解期间，经历了固体转化为热塑性体，又由热塑性体转化为固体的过程。对于大颗粒煤粒由于温度的不均匀性，颗粒表面部分最早经历这一转化过程，即在颗粒内部转化为热塑性体时，煤粒外表面可能已经固化，因此热解的进行以及热解产物的滞留作用，即所产生的挥发份在煤粒内的聚集，导致煤粒内部存在明显的压力梯度。当其压力超过一定值后，已经固化的煤粒表面层就会崩裂，破碎。这也是褐煤特性决定的。

因此，我公司75吨炉循环流化床锅炉在改换煤种后，在降低炉底渣含碳量方面取得明显经济效益，同时也建议推广所有使用循环流化床锅炉的用户在燃煤方面选用褐煤。

参考文献：

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[3]马鸿亮，崔传生.神华宁煤二甲醚项目水汽车间循环流化床锅炉冷态试验[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（09）.