循环流化床 锅炉燃用褐煤的分析

其次，由于燃煤对锅炉运行的影响不仅 仅只局限在成分上的差异，在对比了煤种成 分以后再进行煤质硬度（可破碎性）、真实 密度、颗粒度以及含矸率等，对锅炉运行具 有较大影响的物理特性对比。
2 燃用褐煤对锅炉的影响【2】
2.1 锅炉效率的对比
经济性角度分析主要围绕锅炉热效率， 主要对比指标有排烟热损、固体不完全燃烧 损失、风机单耗等。
2.1.3 风机单耗
在燃用褐煤以后，虽然运行参数发生了
一定变化，但总体上不影响锅炉的运行以及 出力。燃用褐煤以后影响锅炉运行经济性指 标的还有风机单耗发生较为明显的变化。通 过对近两年内的风机的平均单耗进行对比 以后发现：一次风机单耗普遍下降，二次风 机单耗略微上升，引风机单耗上升。在实际 运行过程中，由于煤种的差异、锅炉负荷以 及褐煤掺烧比例的变化，难以准确地进行量 化，在此进行大致分析。
根据长期跟踪，我公司三台锅炉辅机 单耗因为掺用褐煤以后由于一次风机单耗 下降、二次风机单耗略微上升以及引风机单 耗明显上升后总单耗基本维持稳定。如果需 要详细考证某一时间段内的因为掺烧褐煤 引发风机单耗的变化可以进行煤种更换的 燃烧试验，进行验证。
2.2 褐煤区别于其他煤种的特点
在分析了褐煤不同成分对锅炉运行经 济性的影响后，再进行煤质硬度（可破碎 性）、真实密度、颗粒度以及含矸率等，对 锅炉运行的影响。
循环流化床锅炉燃用褐煤的分析
如东协鑫环保热电有限公司 赵国兵
摘要：本文通过本公司循环流化床锅炉在最近三年内燃用褐煤的实际情况，对燃用褐煤与
燃用设计煤种之间的运行情况进行比较，分析燃用褐煤的经济性。对燃用褐煤时锅炉运行中 遇到的问题以及解决方法进行了探讨，提出解决措施。
关键词：煤质特性、影响对比、问题及解决
以下就循环流化床锅炉燃用褐煤的情 况通过对比不同的煤质特性对燃烧的影响 进行综合分析。
1 概况
1.1 锅炉概况
公司内 3 台锅炉均由济南锅炉厂设计制
造，#1、#2 炉为 YG-75/5.29 系列的 M12 型
（简称 471 型），#3 炉为同系列 M21 型（简
称 498 型），均为单汽包、单炉膛的循环流
成的灰渣可燃物分别为：
m灰
=
6 × 5% 6+4
•
A ar 1 = 3 % A ar 1
m渣
=
4 ×1% 6+4
• A ar 1 =
0 . 4 % A ar 1
在燃用褐煤的比例达到 60%以上时燃用
褐煤以后灰渣比例会发生变化：随着褐煤比
例的增加，灰渣质量比在 7:3 以上。燃用褐
煤的比例超过 60%后飞灰含碳量完全可以控
化床锅炉。 1.2 锅炉设计煤种主要成分指标【1】
设计煤种（收到基）
Car Mar Var Aar Qnet,ar
%
%
%
%
KJ/kg
#1 48.3 9.5
20 31 19040
#3 41.4 15.8 22 31 15564
1.3 我公司常用褐煤主要成分指标
虽然不同批次的褐煤各项指标上存在
一定的差异，难以进行比较分析，但是经过
褐煤具有良好的流动性，虽然褐煤全水
较高，但主要是内水，褐煤表面比较干燥， 具有良好的流动性。然而，煤泥由于其细粉 较多，水分一般超过 15%以上就会具有明显 粘性，流动困难，在煤仓内受挤压作用后板 结。一旦煤仓内的燃煤发生板结，锅炉运行 的稳定性、可靠性急剧下降。而褐煤的流动 性远高于煤泥，不存在煤仓板结的问题。
掺配，能够对煤质指标进行调整。为便于对
比，将燃用比例较高、用量稳定的褐煤与设
计煤种进行对比。
常用褐煤（收到基）
Car
Mar
Var
Aar
Qnet,ar
%
%
%
%
KJ/kg
26.8 33.6 23.4 16
14440
1.4 褐煤与设计煤种物理特性对比
燃煤的不同组成对锅炉运行经济性的 影响度比较直接，但单一地、直接地从燃煤 的成分差异分析燃煤对锅炉运行影响比较 复杂。为了便于对比，主要从锅炉燃用不同 煤种后锅炉的变化情况进行煤种成分对锅 炉经济性的影响。
其次，煤质中含有的水分（绝大部分是 内水）和挥发分在受热以后可以使煤核内部 形成高压，煤粒迅速破碎并着火燃烧。可以 说，褐煤内水较高，在循环流化床锅炉中完 全可以满足燃烧的稳定及持续性的要求；在 水分和挥发分的共同作用下，褐煤的整个燃 烧过程的时间并没有增加。
2.1.2.2 实际灰渣情况
由于褐煤具有低灰份、高挥发份、内水
其次，一般远离煤碳产区的循环流化床 锅炉（除特殊的污泥及垃圾焚烧）掺烧煤泥 均采用干法，这就需要将煤泥的水分降至 15%以下，需要相应得晾晒场地或者烘干装 置，投入相应的机械设备以及人员，掺烧过 程比较复杂、成本也较高，但掺烧褐煤时至 需要利用原有输煤设备即可，不需要额外的 投资。
2.2.2 磨损或维护情况
0 前言：
不断上涨的煤价导致燃料占变动成本 80%的燃煤热电企业的生产成本快速增加， 经济效益收到显著影响。因褐煤价格相对较 低，为了降低生产成本，我公司于 2008 年 开始接触、燃用褐煤。
我国近年褐煤产量增长较快，进口东南 亚、澳洲煤炭亦以褐煤为主，同时煤粉炉、 层燃炉煤种适应性较差，褐煤的应用存在一 定限制，可以预期褐煤比烟煤的单价将继续 保持优势，即使用褐煤不失为降低生产成本 的有效途径。
循环流化床锅炉最为头疼的问题就是 受热面的磨损问题，其中水冷壁的磨损尤为 突出。在长期燃用褐煤的过程中，发现燃用 褐煤可以有效地减少水冷壁的磨损。
对于磨损的速度是通过在每次的周期 性维护过程中检查水冷壁的磨损程度：在掺 用高灰分、低挥发分的贫煤时磨损速度远高 于煤泥与褐煤掺配的磨损速度；在高比例掺 用褐煤时磨损速度最低。
在循环流化床锅炉中，煤粒的燃烧过程 主要为：吸热并析出挥发份阶段、挥发份开 始燃烧阶段、一级破碎燃烧（焦炭燃烧）以 及二级破碎燃烧（燃尽阶段）。
2.1.2.1 煤质水分的影响
相对而言煤种灰分和水分越少，挥发份 越多，颗粒度越小，燃烧和燃尽就容易。煤 中的水分主要影响煤质吸热着火的时间，水 分越大吸热时间越长。从某种意义上讲，水 分较大的煤种不利于燃烧，尤其是层燃炉； 但在循环流化床特有的卫燃系统中，存有大 量的炙热床料（炉膛物料），进入到炉膛内 的煤粒在炙热床料以及高温烟气的作用下 急剧受热，煤质中含有的水分可以在瞬间被 蒸发，没有担心煤质水分大导致炉膛熄火的 必要。最好的佐证莫过于垃圾焚烧或湿法掺 烧污泥、煤泥的循环流化床锅炉。
H 1 = 3 N 1 = n1
H2
N 2 n2
（式 1）
式中： Q——通风机输送的风量，m3/s； H——通风机产生的风压，mmH2O； N——轴功率，kW， n——转速，r/min
由式 1 可得:
Q2 = 3
N N
2 1
Q1
=
3
2 . 16 1 . 82
Q1
=
1 . 06
Q1
通过以上计算过程可知：在全部燃用褐
P1=（3%+0.4%）Aar1=3.4%×25%=85 P2=(2.1%+0.3%)Aar2=2.4%×20%=48 对比可得 P2≈1/2P1
通过折算和对比灰渣含碳量可降至原
有损失的 45%左右。
2.1.2.3 固体不完全燃烧热损的影响【3】
燃用褐煤以后，锅炉灰渣不完全燃烧热 损下降，具体的下降幅度受燃用褐煤的比例 不同的影响。通过长期跟踪，当燃用褐煤的 比例达到 60%以上时，固体不完全燃烧热损 可降至原有的 50%左右。固体不完全燃烧热 损占锅炉各项热损的 3%。全部燃用褐煤以 后，不完全燃烧热损至少可以下降 1.5 个百 分点，锅炉效率有所提高，完全可以弥补燃 用褐煤导致排烟热损上升的不足。其次，锅 炉除了排烟热损、固体不完全燃烧热损外还 有气体不完全燃烧热损、锅炉散热热损、灰 渣物理热损。但由于后三项热损所占的比例 较小，气体不完全燃烧热损约为 0.1%；锅炉 散热热损约为 0.7%；灰渣物理热损约为 1.83%；此三项热损之和仅为 2.63%，因燃用 褐煤后灰渣量明显减少，灰渣物理热损可下 降 0.3%~1%，气体不完全燃烧和锅炉散热热 损占比更低，变化不大，不再进行对比。综 合排烟热损、固体不完全燃烧热损以及灰渣 物理热损对锅炉影响后，锅炉效率可保证不 会下降，甚至有所上升，这一点和实际运行 情况基本吻合。
固体不完全燃烧热损是锅炉各项热损 中的一个主要项目，通常仅次于排烟热损。 影响此项热损的因素有：燃料的种类和性
质、颗粒度、燃烧方式以及燃烧设备、炉膛 结构、锅炉负荷、运行操作情况等。为了突 出煤种变化对锅炉的运行经济性的影响，主 要从褐煤水分影响、实际灰渣情况进行分 析，对不可改变的燃烧方式以及燃烧设备、 炉膛结构、锅炉负荷等因素不作比较。
2.1.1 排烟热损
排烟热损是锅炉最大的热损失，影响排 烟热损的主要因素是排烟容积和排烟温度。 根据对比煤种变化前后的排烟温度，发现在 相同的负荷下：燃煤成分的变化对排烟温度
几乎没有明显的影响；其次在锅炉设计以及 相关热力计算时烟气焓通过《烟气焓－温 表》直接查用，也就是说：在进行工业计算 时，当排烟温度不变时，烟气焓值与温度是 相对对应的。在《锅炉热力计算汇总》中， 烟气焓值的确定也采用了这种办法。因此， 燃用褐煤以后，锅炉排烟损失的变化主要受 排烟容积的影响。
制在 3%以下，炉渣含碳量在 1.0%左右。燃
用褐煤以后单位质量的燃煤可形成的灰渣
可燃物分别为：
m灰
=
7 × 3% 7+3
• A ar 2
=
2 . 1 % A ar 2
m灰
=
3 ×1% 7+3
•
A ar 2
=
0 . 3 % A ar 2
再根据设计煤种以及褐煤的灰分进行