2021年工业煤粉锅炉技术应关注的几个问题

工业煤粉锅炉技术应关注的几个问题

欧阳光明（2021.03.07）

1煤种适应性问题

1.1工业煤粉锅炉技术最成熟、应用最广的是德国

德国工业煤粉锅炉采用的燃料是褐煤。德国最大的褐煤产区为莱茵矿区，1960年有17个露天矿、产褐煤81.4Mt；1992年有4个露天矿，产褐煤110Mt；1995年达193Mt。

褐煤是煤化程度最浅的煤种。德国褐煤灰分低于软褐煤，其灰分在2%左右。褐煤孔隙多，反应性强，是一种化学活性好的煤种。其含氧量一般在15%～30%，且大部分以含氧官能团的形式存在（以酚羟基（-OH）为主，其次是羧基（-COOH）和羰基（=CO），甲氧基(-OCH2)较少）。其挥发分在47%左右。由于以上特点，褐煤燃烧最适宜的方式就是悬浮燃烧（沸腾床，循环流化床，煤粉燃烧，水煤浆燃烧等）。褐煤挥发分成分中，H2占28%，CH4占8.8%，CO占12%，CmHn占1%，这就使其点火较为容易。当挥发份较低时，由于工业煤粉锅炉炉膛容积较小，中心温度较低，点火较困难；又由于炉距较短，燃烬较困难。所以，必须区分不同的煤质，根据煤种的适应性决定是否采用煤粉锅炉。

1.2 煤种

煤种包话褐煤、烟煤、无烟煤、硬煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、1/3焦煤、气肥煤、1/2中粘煤、贫瘦煤、贫煤、不粘煤、弱

粘煤、自然焦、风化煤。影响煤粉燃烧的煤质内容主要是热值、挥发份、水份、灰份、硫份及其工艺性内容—抗碎强度、结渣性、可磨性、灰渣融性等。如此众多的煤种，煤质千差万别，除褐煤、长焰煤外，其余煤种的适应性尚待试验。

1.3神府煤质

神府煤质其干基挥发分38%左右、低位发热值6000-6300大卡/公斤，灰分<10%。

国家煤炭总院北京煤化工研究院基于神府煤（长焰煤）采用德国技术研发的工业煤粉锅炉技术，显然煤种是适宜的。当前国内山东泰山锅炉、临沂华源锅炉、山西忻州蓝天锅炉、吉林长春合心锅炉、江苏无锡中正锅及山西太原瑞泽锅炉，近四、五年来研制运行的工业煤粉锅炉基本都是基于引进国家煤炭总院北京煤化工研究分院（现已更名为“节能工程技术研究院”）的技术，其煤粉煤质基本均为褐煤、长焰煤。

1.4大同经验

国家煤炭总院北京煤化工研究院将大同做为工业煤粉锅炉示范基地，从2007年起陆续安装运行了18台工业煤粉锅炉（其中部分为山西忻州蓝天锅炉生产），燃烧系统按照高挥发分烟煤设计（如优质褐煤—产地内蒙、长焰煤—产地陕西神府东盛），绝大部分原煤需从陕西、内蒙调运。

曾经想用大同本地煤制煤粉使用，对大同多个煤矿采样试验（每次20吨送京加工），但都遇到点火困难问题与锅炉运行状态不稳定问题，最终燃料本地化的努力不得不放弃。

此外，当煤粉中水分大于5%时，煤仓易结块，板结，不易下粉。煤质变化，灰融点降低时，若燃烧组织设计不合理，炉内易结焦，排灰（渣）困难。

1.5 “不能一刀切”是推广应用工业煤粉锅炉必须遵守的原则

山西省是我国产煤大省，各地煤质差别很大。并不是所有的煤质都适用于煤粉锅炉燃烧。现有工业煤粉锅炉更不可能什么煤质都能烧。所以，应根据用户的煤质经试验后确实适应工业煤粉锅炉使用，方可选用该种锅炉。“一刀切”可能给用户锅炉运行带来许多问题，特别是安全问题。

2、掺烧生物质燃料问题

2.1 针对一些煤不易点火及锅炉运行状态不稳定的问题，有的学者、专家提出了掺烧生物质燃料的思路。这无疑是一种创新。

2.2 生物质燃料的燃烧特性：

生物质燃料中秸秆类（玉米秸、高梁秸、棉花秸、豆秸及麦麸与谷草等），其挥发分较高（干基依次为71.95%、68.90%、68.54%、74.65%及67.36%与66.93%）着火迅速，火焰长。

这里要注意到生物质燃料低位热值与其含水量的关系。由于燃烧时水分蒸发要摄取热量，净得热量即减少，低位热值就变低。如上述秸杆类燃料干基低位热值按水分为5-6%左右时约在16MJ/kg（固定

碳在17-20%左右）；当水分增加到10%左右时，即降到约14MJ/kg 左右；当水分增加到20%左右时，即降到约12MJ/kg左右。

所以，一定程度的干燥，对生物质燃料的稳定燃烧影响较大。笔者并未见到锅炉实际运营案例。

2.3 煤粉锅炉掺烧生物质燃料的工艺措施

①、充分地自然风干；

②、干燥仓储；

③、粉碎到较小粒度；

④、设置与煤粉燃烧器平行的生物质燃烧器；

⑤、燃气着火后，随即喷入生物质燃料，使炉温迅速升高，再喷入煤粉。这对挥发分较低，不易着火的煤粉，可降低点火的难度。

当然，生物燃料粉碎的程度，点火工艺的控制（时间、喷入量、配风等），尚需根据不同的煤粉煤质做试验，以达到着火困难的煤粉易于点火的目的。

3、煤粉安全问题：

煤粉在磨煤干燥过程、在煤仓储存，在罐车运输及入炉燃烧时，存在自燃与爆炸的可能性。原因是煤粉比表面积比原煤大大增加，与空气中氧的接触面积及吸附氧的数量也相应大大增加，在外界高温及摩擦、剧烈震动作用下，氧分子与碳发生氧化反应生热，并促使煤粉热分解产生可燃气体，这些可燃气体与空气混合后便着火燃烧。局部燃烧释放的热量以分子热传导、辐射、对流等复合传热方式传给附近悬浮着的煤粉，又使其受热分解，产生可燃气体而着火燃烧。

如此循环，反应速度迅速加快。火焰速度激增到一定程度时，轻则自燃，重则发生爆炸。

特别应指出的是煤粉状态处于“浓相”，当煤粉浓度在30mg/m3，即有可能爆炸；当达到1500mg/m3以上时，可发生强爆炸。大同就已发生过制粉中心煤粉自燃事故及煤仓自燃事故。当夏天煤粉罐车远距离运输时，这种安全问题的发生是应当提防的。煤粉锅炉的安全运行，更是应严格操作规范，加以防范。

原来的工业煤粉锅炉系统并未完整地采用煤科总院的技术，几乎所有的已运行锅炉均未建惰性气体保护系统。另外，把最核心的要素—燃料质量控制社会化，不仅影响到锅炉的正常运行，同时，还带来了难以控制的安全隐患。从山东、陕西、天津市场情形来看，现这个问题应该已经解决。

4、烟尘污染特征问题：

4.1尘浓度

煤粉粒度为200目（粒度74μm，通过率97%，意味着平均粒度在50μm左右，大约70%的粒度分布在30μm至65μm）。燃料中的灰分90%以上形成飞灰，当灰分在25%左右时，锅炉出口粉尘浓度高达20000mg/m3以上。所以，工业煤粉锅炉是严重的大气污染源。配备高效布袋除尘器，达到排尘浓度为30mg/Nm3，除尘效率必须达到99.85%以上。一旦除尘器出现漏风、破损，烟尘排放浓度马上会超标。

4.2大气污染