准东煤灰沾污指标研究.pdf

I ■i 中国科技核心期刊 矿业类核心期刊j 准东煤灰沾污指标研 究 杨 忠灿 ， 刘家利 ， 姚 伟 西安热工研究院有限公司， 陕西 西安7 1 0 0 3 2 摘要 为了解决乌鲁木齐地区电站锅炉在燃用高沾污性 准东煤过程 中经常 出现的炉内受 热面结焦和沾污严重问题 。 首先介绍 了德 国、 美国规定的高钠煤燃烧 中的沾污特性指标 以及 在避免炉膛结渣及受热面沾污方面的经验。根据西安热工研究院有限公 司对乌鲁木 齐周边 地 区煤种的燃烧试验 ， 重点论 述 了该地 区典 型锅 炉安全掺烧 时的准 东煤 灰钠含 量。结果表 明 对于 1 0 0 MW 等级锅 炉， 煤灰 中钠含量值 ≤2 ． 5 ％时， 对于 2 0 0， 3 0 0 MW 等级锅 炉， 煤灰 中 钠含量≤3 ． O ％ 时， 锅 炉都可以长期安全稳定运行 。但新建的 6 0 0， 1 0 0 0 MW 等级机组锅 炉对 于高钠准东煤的适应性还有待进一步验证。 关键词 准东煤； 结焦； 沾污； 氧化钠 中图分类号 T K 2 2 4 ． 9 ； T D 8 4 9 文献标识码 A 文章编号 l o 0 6 6 7 7 2 2 0 1 3 0 2 - 0 0 8 1 一 o 4 Fo ul i ng i nde x o f Zh un do ng c o a l a s h YANG Z h o n g - c a r l ， L I U J i a l i ， Y AO We i X i “ a n T h e r m a l P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ． ， L t d ． ， X i “a F t 7 1 0 0 3 2 ， C h i n a Ab s t r a c t To r e s o l v e s e r i o u s c o k i n g a n d c o n t a mi n a t i o n o n t h e h e a t i n g s u r f a c e o f u t i l i t y b o i l e r s u s i n g Z hu n d o n g c o a l i n Ur umc h i ． fir s t i n t r o d uc e t he f o u l i n g i n de x o f h i g h ． s o d i u m c o a l i n US A a n d Ge r ma n y a s we l l a s t h e s o l u t i o ns f o r t he p r o b l e ms me n t i o n e d a bo v e ．Ba s e d o n t he c o mbu s t i o n t e s t s o f h i g h． s o d i u m c o a l c o l l e c t e d f r o m Ur umc hi a n d s ur r o u n di n g a r e a s， i n o r d e r t o e ns u r e t h e s t a b i l i t y a n d r e l i a bi l i t y o f t h e bo i l e r s， e mp h a s i z e t he s o di um c o n t e n t r a n g e i n a s h． Th e r e s ul t s s h o w t ha t ， for t h e 1 0 0 MW b o i l e r s， 2 00 MW t o 3 00 MW bo i l e r s， t he p r o p e r s o d i um c o n t e n t a r e l e s s t h a n 2 ． 5 pe r c e n t a n d l e s s t h a n 3． 0 p e r c e n t r e s pe c t i v e l y． F o r t h e n e wl y b u l i t 6 0 0， 1 0 0 0 MW b o i l e r s， t h e r e a r e n o r e l i a b l e d a t a ． Ke y wor ds Zh u n d o n g c o a l ； c o k i n g； f o u l i n g i n d e x； Na 2 O 新疆准东煤田预测煤 炭储量 3 9 0 0亿 t ， 已探明 储量 2 1 3 6亿 t ， 是中国乃至世界上最大的整装煤 田。 目前 ， 神华 、 潞 安 、 鲁 能、 兖矿 等几 十家 国内大型能 源企业正在新疆准东地区进行 大规模 的煤炭开发 。 准东煤平均硫分含量为 0 ． 2 4 ％ ， 在 中国煤炭资源 中 属特低硫分煤 J 。准东煤燃点低 、 燃尽率高 、 燃烧 经济性高 、 污染物排放低 ， 是优 良的动力用煤 ， 特别 符合中国节能减排的 目标 。但准东煤灰熔融性低 ， 灰中钙 、 钠 、 钾含量较 高， 尤其是 其 中的 N a 0含量 多在 5 ％以上 ， 远超过 目前国内典 型烟煤甚至是褐 煤灰 的含钠水平 。 西安热工 研究 院有 限公 司发现含钠较高 的准 东煤具有严重的沾污和结渣特性 。乌鲁木齐地 区 火电厂燃用 准东煤 的实践 表 明， 对 于在役机 组锅 炉 ， 准东煤只有掺烧才能在现有 烟煤锅炉上燃用 ， 且 比例不能过高 ， 否则容 易出现炉膛燃烧器区水 冷 壁结焦 ， 导致锅 炉炉膛 出 口烟温 升高， 水平烟道 受 热面高温沾污 ， 积灰严重， 过再热器管壁超温爆管 ， 收稿 日期 2 0 1 3 0 1 2 9 责任编辑 宫在芹 作者简 介 杨忠灿 1 9 7 7 一， 男 ， 山东阳谷人 ， 高级 工程师 ， 主要从事电站锅炉煤清洁燃烧和 N O 控 制技术方面的工作。 引用格式 杨忠灿， 刘家利， 姚伟 准东煤灰沾污指标研究[ J ] ． 洁净煤技术 ， 2 0 1 3 ， 1 9 2 8 1 8 4 杨忠灿等 准东煤灰沾污指标研究 8l 8 2 严重时甚至不得不停 炉清 焦。苇湖梁 、 红雁池一 、 二厂 、 乌石化 自备 电厂 、 天业 电厂 、 甘肃酒钢 电厂等 均出现了不 同程度结渣和沾污。其 中酒钢 电厂 4 3 5 t ／ h锅炉燃用准东煤 1 2个月后 ， 大屏 、 对流受热面 等区域还出现了严重的高温腐蚀 ， 被迫停炉_ 5 。 为了保证锅炉安全运行， 需要根据 目前 电站锅 炉的运行实践 ， 提 出可使锅炉安全运行的准东煤灰 沾污特性指标 ， 以此来指导 电厂配煤和新建机组锅 炉设计。 1 国内外研究概况 1 ． 1 德国 德国是世界上燃用高钠褐煤较多的国家 ， 德国 东部第三纪的含钠盐产地富集 N a C 1 可达 6 ． 4 6 ％ 灰 中 N a C 1 为 3 8 ． 0 6 ％ ， 为高氯 、 高钠煤。燃用褐煤的 关键问题之一是炉内结渣及对流受热面沾污。主要 原因是灰成分 中碱酸 比 B ／ A 偏高 ， 尤其是 N a ， O， K ， 0含量较烟煤高 。因此在褐煤锅炉炉膛选型时需 注意 。研究发现褐煤灰分中的碱金属含量超过 3 ％ 时就一定要检验其沾污 、 结渣性能 ， 并且认为．厂 指标 超过 3 ％～ 6 ％时 ， 锅炉运行就会 出现问题 ， 其 中 厂 B ／ A to l 2 式 中， B ／ A为碱 酸 比； ， 分别 为灰 中 N a O和 K ， O的质量分数。 图 1为德国多种褐煤的．厂 值。 图 1 褐煤灰碱性指标 ， 值对高钠煤应用的影响分区 图 1中的设计煤和校核煤为神东 电力五彩湾 电 厂 1 0 0 0 M W 锅炉选 型用准东煤 。按照它们 的沾污 表现及对锅炉燃烧 的影响划分了 3 个 区段 。 I区为 普通褐煤 ， 锅炉能够正常运行 ； 1 ／ 区属较强及严重 区， 为了达到正 常可用率 ， 需要对锅炉和燃烧 系统 采取降低炉膛温度 、 加强 吹灰 等措施 ， 以避免炉膛 结渣及受热面沾污 ； 第 Ⅲ区的褐煤则属煤粉燃烧方 式的禁区。 。 j 。 1 ． 2 美国 美 国煤炭资源丰富 ， 含盐煤分布较广 ， 如密西 西比和捷哈斯克盆地 南部含煤区 以及福尔特一 尤 尼翁盆地的褐煤 、 亚烟煤 和部 分烟煤 ， 代表性煤种 如德克萨斯州的 Wi l c o x矿 区钠含量 为 3 ． 4 ％ ， 达科 他州的高钠褐煤钠含量高达 7 ． 4 ％。 美国通常根据煤灰成分分析数据 ， 把煤灰分成 烟煤型灰和褐煤型灰 。 烟煤型灰 F e 2 0 3 t O C a O tO Mg O 褐煤型灰 tO F e 2 0 3 z o 1 3年第 1 9卷第 2期 2准东煤灰沾污指标 因 目前尚无 大型 、 全 烧准东煤锅炉 投入运行 ， 能够保证准东煤锅炉安全 运行的灰沾污指标 主要 依据乌鲁木齐周边地 区掺烧 准东煤 的中小容量 电 站锅炉运行实践得 出。本着简单易行 的原则 ， 采用 N a ， O含量作为监测指标 。 乌鲁木齐周边地 区锅炉在准东煤开发之前 ， 主 要燃用苇湖 梁、 碱沟 、 大洪沟 、 铁厂沟等煤矿 的煤 ， 这些煤具有热值高 、 钠含量低 的特点 ， 灰熔 融性与 准东高钠煤 接近或略高。近年来随着 电力 用煤 的 紧张和准东煤 的开发 ， 电厂不得 不 大量 掺烧 高沾 r 中国 科技核心期刊 矿业类核心期刊J 污 、 结焦性的准东煤 ， 并 与不 同调试 单位合作进行 掺烧优化调整实验 ， 最终推荐的准东煤安全燃用 比 例基本在 5 0 ％左右。照此计算 ， 可推断出能够保证 锅炉安全 运行的钠含量指标。但 即使对于 同容量 锅炉来说 ， 由于锅 炉燃 烧器类型 和布置 方式、 热负 荷 、 最上层燃烧器 至屏 底距离 、 吹灰器数量和布置 等设计参数以及运行氧量 、 吹灰方式、 磨投运方式 、 煤粉细度 、 二次风配 风方式等运行参数 不同 ， 会导 致钠含量指标值出现一定幅度的波动。 表 2为乌鲁木齐周边地区典型电站锅炉安全掺 烧准东煤 时 的钠含量。表中数据是掺烧优化实验 的结果。 表2 乌鲁木齐周边地区典型锅炉安全掺烧时的准东煤灰钠含量 由表 2可 以看出， 对于 目前 2 0 0， 3 0 0 M W 容量 锅炉， 由于采用了燃 烧器分段 布置， 炉膛 和水平烟 道过热器 布置 了大量 吹灰器 等措施 ， 对 煤 中钠 的 适应性明显优于 1 0 0 MW 容量锅炉 。煤灰中钠含量 在 3 ． 0 ％左右时可实现锅炉的安全运行 ， 而 1 0 0 MW 容量锅炉煤灰中钠含量应在 2 ． 5 ％左右。与表 1中 的美国标准相 比， 该界 限值 明显偏低 ， 但从 沾污指 数．厂 值需在 1 ． 3 9 3 ． 3 0范围内分析 ， 判别结果与德 国标准 I I 区较为一致 ， 即需要采取专 门措施 防止炉 膛结渣和受热面沾污。 对于新建 6 0 0 ， 1 0 0 0 M W 等级机组锅炉 ， 由图 2 可以看出， 锅炉的容积热负荷呈下降趋势 ， g 愈小 ， 炉膛容积愈大， 停 留时间愈长， 对 煤粉燃尽愈有利 ， 同时因炉膛受热面增加而炉膛 吸热愈多 ， 炉膛 出口 烟气温度降低 ， 使屏 区过热器 、 再热器等高 温受 热 杨忠灿 等 准东煤灰沾污指标研究 面的沾污结渣倾 向降低 ， 炉壁结渣的可能性减小 。 另一方面， 在设计时锅炉厂家会采取更多 的避免结 焦生成和清除炉膛结焦 的措施 ， 如选取 比常规烟煤 锅炉低的热负荷参 数 ， 较大的最上层燃烧器至屏底 距离 ， 燃烧器分段布置 ， 多布置吹灰器等 ， 以提高锅 炉对高钠煤的适应能力。 1 1 童1 一 杂1 蕞 聚 图 2烟煤锅炉容量与容积热负荷关系 根据准东煤钠含量的实际状况 ， 新建 6 0 0 ， 1 0 0 0 8 3 8 4 MW 等级机组锅炉 的适应性还有待验证 ， 但从 已有 的2 0 0， 3 0 0 MW 级锅炉资料进行预测 ， 其完全适应 准东煤还存在一定困难 ， 但其钠含量指标应不会低 于 3 ． 0 ％ 。 3 结 论 1 与中国电站锅 炉安全燃用准东混煤时 的钠 含量值相比， 美 国的钠含量 明显偏 高 ， 而德 国的沾 污指数f判别结果与中国电站锅炉实际运行情况基 本一致。 2 从 已有燃 用准东煤 的大型电站锅炉调研 和 试验结果看 ， 对于 1 0 0 M W 等级锅炉， 煤灰 中钠含量 值 ≤2 ． 5 ％时； 对 于 2 0 0 ， 3 0 0 MW 等级锅炉， 煤灰 中 钠含量 ≤3 ． 0 ％ 时， 可以实现锅 炉的长期安全稳定 运 行 。 3 新建 6 0 0， 1 0 0 0 MW 等级机组锅炉对于高钠 准东煤的适应性还有待进一步验证 ， 从 已有 的大型 电站锅炉钠含量指标进行预测 ， 虽完全适应准东煤 存在一定困难 ， 但其钠含量值应不会低于 3 ． 0 ％。 4 对于电站锅炉燃用准东煤来说， 能够保证锅 炉安全稳定运行的灰 中钠含量指标值 的确定应 与 实际的锅炉设备 的防结 焦、 沾污能力相结合 ， 即同 容量等级锅炉对煤灰 中钠含量 的适应 能力也会有 所不同 参考文献 [ 1 ] 周 强． 中国煤 中微量元 素 的研究 [ J ] ． 洁净 煤技 术 2 0 1 0 ， 1 6 1 1 2 - 1 5 ． [ 2 ] 王忠萍． 新疆洁净煤技术现状和前景 [ J ] ． 洁净煤技 术 ， 2 0 0 9 ， 1 5 4 9 1 3 ． [ 3 ] 赵学道． 新疆煤中硫含量的分布特征及污染控制对策 [ J ] ． 洁净煤技术， 2 0 0 8 ， 1 4 4 8 9 9 0 ． [ 4 ] 杨忠灿 ， 刘家利， 何红光， 等． 新疆准东煤特性研究及 其锅炉选型[ J ] ． 热力发电， 2 0 1 0 8 3 8 4 0 ． [ 5 ] 董明刚． 高钠煤对锅炉受热面结渣 、 沾污和腐蚀的影 响及预防措施 [ J ] ． 热力发电 ， 2 0 0 8 9 3 5 3 9 ． [ 6 ] 相大光， 袁颖， 许传凯． 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