國內(nèi)外褐煤利用現(xiàn)狀

1、電站鍋爐摻燒褐煤結焦特性實驗研究中國電力工業(yè)自改革開放以來呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢，尤其近年來,我國電力工業(yè)發(fā)展迅速,燃煤電廠越來越多，火力電站的裝機容量也越來越大,單機容量已經(jīng)由70年代的以100200MW為主力機組發(fā)展到了現(xiàn)在以300600MW作為主力機組。預計到本世紀末,火力發(fā)電用煤量約占據(jù)原煤消耗的1/3，每年耗煤量達5億5000萬噸左右。盡管如此，燃煤發(fā)電仍然占據(jù)電力行業(yè)的主導地位，而且在未來可預見的時間內(nèi)仍然難以根本扭轉。中國處于世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國的地位，同時也是世界上唯一一個幾乎以煤為主的能源消費大國。煤炭消耗約占我國一次能源消費總量的70%，而且其中50%左右的原煤應用于燃

2、燒發(fā)電。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，2013年我國火電供電平均煤耗量為321克每千瓦時，燃煤發(fā)電的整體效率已經(jīng)接近世界先進水平，但是隨著我國燃煤發(fā)電裝機容量及其年發(fā)電量的迅猛增長，呈現(xiàn)了以煙煤和無煙煤為主的動力煤儲量逐年減少的現(xiàn)狀，從而不得不面臨優(yōu)質煤炭資源難以滿足我國國民經(jīng)濟長期而且穩(wěn)定發(fā)展的問題。因此，從節(jié)約能源及經(jīng)濟性方面考慮，電廠已經(jīng)逐步開始開展混煤摻燒技術，即將一種或多種非標準煤與設計煤種混合,從而供應于燃煤鍋爐。此外，我國褐煤資源豐富，到1995年年底，我國已探明的褐煤保有儲量為1303億噸，占全國煤炭儲量的13【1】。但是褐煤在燃燒發(fā)電的應用方面遠遠地落后于煙煤和無煙煤等優(yōu)質動力

3、煤，考慮到國內(nèi)絕大多數(shù)電廠對設計煤種的要求，同時隨著混煤摻燒技術的發(fā)展，決定進行摻燒褐煤來解決電廠用煤緊張，鍋爐機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的問題，同時實現(xiàn)對品質相對較差的褐煤資源的充分利用。然而褐煤具有高灰分、高揮發(fā)分、灰熔點低等煤質特性，不得不考慮摻燒褐煤對電站鍋爐結焦特性的影響以及對燃燒特性的影響。中國電力工業(yè)自年改革開放以來呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的態(tài)勢，每年平均新增裝機容量萬千瓦以上。年，中國的年發(fā)電量達萬億千瓦時，居世界第一位；裝機容量達億千瓦，居世界第二位。而早在年，中國凈發(fā)電量總額達到萬億千瓦時，超過美國的年凈發(fā)電量萬億千瓦時，躍居世界第一。在人均電力裝機容量和人均用電量方面，盡管年我國人均

4、用電量度比世界平均水平約高度，排名世界第五十五位左右，但過去十年內(nèi)我國人均用電量凈增度，預計到“十二五”末我國人均電力裝機將會超過千瓦，人均用電量也將達到千瓦時。在電源結構方面，電力結構不斷優(yōu)化，萬千瓦及以上的機組約占，萬千瓦的火力發(fā)電機組己成主力機組，近年來供電煤耗下降了克標準煤千瓦時。于此同時，以水電和風電為代表的清潔能源發(fā)電量呈現(xiàn)快速發(fā)展勢頭，以年為例，清潔能源總發(fā)電量達億千瓦時，同比增長，其中，水電億千瓦時、核電億千瓦時、風電億千瓦時以及太陽能發(fā)電億千瓦時的同比增長分別達到、和。盡管如此，燃煤發(fā)電仍然占據(jù)主導地位，且在未來可預見的時間內(nèi)難以根本扭轉。中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，

5、也是當今世界上幾乎唯一以煤為主的能源消費大國。煤炭約占我國一次能源消費總量的，其中左右的原煤用于燃燒發(fā)電。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，年我國火電供電平均煤耗為克千瓦時，燃煤發(fā)電整體效率已接近世界先進水平，甚至出現(xiàn)了以上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司為代表的世界最先進水平，年，該公司兩臺超超臨界機組在負荷率情況下，含脫硫和脫硝的實際運行供電煤耗已經(jīng)達到克千瓦時，成為世界上第一個發(fā)電煤耗小于克千瓦時的電廠，成功改變了中國電力工業(yè)長期跟隨世界先進國家電廠的局面。但是隨著燃煤發(fā)電裝機容量和年發(fā)電量的迅猛增長，導致以煙煤和無煙煤為主的動力煤儲量呈現(xiàn)逐年減少的現(xiàn)狀，面臨優(yōu)質煤炭資源難以滿足國民經(jīng)濟長期穩(wěn)定發(fā)展

6、的瓶頸問題。另一方面，我國褐煤資源豐富，己探明的褐煤保有儲量為億噸，約占煤炭總保有儲量的。但是在褐煤的燃燒發(fā)電的研發(fā)和應用方面遠遠落后于煙煤和無煙煤等優(yōu)質動力煤，同時考慮到國內(nèi)絕大多數(shù)在役電廠設計煤種的要求。因此，迫切需要根據(jù)鍋爐的實際運行特性開展褐煤摻燒性能研宄，通過改進摘要：中國煤炭資源主要分布在內(nèi)蒙古地區(qū)，雖然儲量豐富，但是由于分布不均勻、開發(fā)利用不夠充分，以及動力煤資源的短缺，而且考慮到我國低劣質煤儲量豐富但利用率低，所以近年來，混煤燃燒技術逐漸發(fā)展起來。原來燃燒設計煙煤的電站鍋爐已經(jīng)開始摻燒作為低劣質燃料的褐煤來滿足電廠用煤需求，從而降低發(fā)電成本。本論文研究了國內(nèi)外混煤燃燒技術的發(fā)展

7、現(xiàn)狀，同時，通過對煙煤及煙煤與褐煤的混煤進行物理化學實驗研究，分析摻燒褐煤后影響鍋爐受熱面結焦的因素，以及不同摻燒比例對鍋爐結焦特性的影響，為褐煤的合理利用提供基礎數(shù)據(jù)，確定合理的摻燒比例，為褐煤摻燒技術的發(fā)展奠定基礎。關鍵詞：電廠鍋爐；褐煤摻燒；褐煤；結焦特性Abstact: Chinas coal resources are mainly distributed in Inner Mongolia region, although is abundant, but due to the uneven distribution, development and utilization of

8、inadequate, and steam coal resources shortage, and considering the low utilization rate of inferior coal reserves but low in our country, so in recent years, the mixed coal combustion technology developed gradually. The original design of bituminous coal burning power plant boiler has begun mixing a

9、s low inferior fuel burning lignite to meet the demand of power plant coal, to reduce cost. This paper studies the current situation of the development of mixed coal combustion technology at home and abroad, at the same time, through the mixing of bituminous coal and bituminous coal and lignite coal

10、 physical chemistry experiments, analysis content after burning lignite effect of coking on heating surface of boiler and factors, and the influence of different blending ratio on boiler coking properties of lignite rational utilization to provide basic data, determine the reasonable blending ratio,

11、 lay the foundation for the development of lignite blending technology.Key words: power plant boiler; blending lignite; lignite; coking properties1緒論 國內(nèi)外混煤燃燒技術現(xiàn)狀褐煤是泥炭沉積后經(jīng)過脫水、壓實轉變?yōu)橛袡C生物巖的初期產(chǎn)物 ,具備結構疏松、水分高、灰分高、高揮發(fā)分、低發(fā)熱量以及低灰熔點的特性，是煤化程度最低的煤種。某些褐煤還含有較多的纖維分,這些特性導致褐煤的應用面臨許多困難。但是,在目前全球能源日益緊張的形勢之下, 褐煤的經(jīng)濟價值及其相關

12、的加工生產(chǎn)技術,日益被世界能源界所重視。我國褐煤資源豐富,但是由于褐煤高水分、高灰分、高揮發(fā)分等煤質特性不能單獨運用于燃煤電廠,否則會導致鍋爐受熱面的結焦，影響鍋爐的穩(wěn)定運行。然而，隨著能源的緊缺，所以原來設計燃燒煙煤的鍋爐已經(jīng)開始摻燒褐煤，不僅節(jié)約能源，而且降低了發(fā)電成本，顯然開發(fā)褐煤綜合利用新技術是必然的選擇。然而與此同時，不得不考慮褐煤作為低熱值燃料可能導致鍋爐受熱面結焦特性發(fā)生改變，所以必須通過常規(guī)設計燃燒煙煤和褐煤的摻燒實驗進行分析，分析摻燒后鍋爐受熱面的結焦特性變化，確定合理的摻燒比例，從而為褐煤摻燒的合理利用提供基礎數(shù)據(jù)。2國內(nèi)外摻燒褐煤研究現(xiàn)狀 分布及問題：解決措施2.1 國外

13、褐煤資源分布及發(fā)電現(xiàn)狀 褐煤煤化工。世界褐煤的地質儲量約為4萬億t1。據(jù)統(tǒng)計,全世界褐煤儲量足夠供2100座發(fā)電能力為1000 M W的電站使用30年。主要分布在德國、俄羅斯、美國、澳大利亞等國家,這些存儲大國,均對褐煤的開發(fā)利用的較早,研究也比較深入,己經(jīng)形成了不同容量等級的電站常規(guī)煤粉爐的系列成熟產(chǎn)品,褐煤鍋爐燃燒技術相對比較穩(wěn)定,其中德國、美國應用褐煤作為電站鍋爐動力用煤使用較廣泛。德國有著豐富的燃用高水分、碳化程度淺褐煤的經(jīng)驗,是擁有世界上百萬等級褐煤鍋爐的主要國家,其最大的超超臨界褐煤鍋爐為裝于Niedrauem電廠的950MW鍋爐,塔式布置、單切圓燃燒、正方形爐膛、主汽壓力為26.

14、5MPa。其它的百萬等級褐煤鍋爐,如Li ppendorf940MW鍋爐、Frimmerdorf915M和SchwarzePumpe的815MW鍋爐2。美國褐煤水分高,灰分較少,煤質較硬,磨損性強且難燃燒。美國在六、七十年代生產(chǎn)的容量為500 800 MW的褐煤鍋爐大部分為亞臨界控制循環(huán)和自然循環(huán)鍋爐,大容量鍋爐一般采用復合循環(huán)直流鍋爐,四角布置擺動式燃燒器,采用擺動式燃燒器進行蒸汽溫度調節(jié)。為盡量減少結渣等問題,在爐膛結構設計方面一般采用的數(shù)據(jù)較為保守,同時經(jīng)常采用分級燃燒方式來控制NOX的生成。鍋爐制粉系統(tǒng)與歐洲國家有明顯區(qū),普遍采用中速磨正壓吹式制粉系統(tǒng)。遍采用中速磨正壓吹式制粉制統(tǒng)。1

15、.2國內(nèi)褐煤資源分布及發(fā)電現(xiàn)狀我國的褐煤資源豐富,已探明的保有儲量達1303多億噸 ,占全國煤炭儲量的17% 3 ,在我國煤炭資源中占有重要地位。煤田地質勘探資料表明 ,中國的褐煤資源主要分布在華北地區(qū),約占全國褐煤地質儲量的75%以上 ,見表14 。其中,以內(nèi)蒙古東部地區(qū)賦存最多 。西南區(qū)是中國僅次于華北區(qū)的第二大褐煤基地 ,其儲量約占全國褐煤的 12. 5%, 其中大部分分布在云南省境內(nèi)。但是 ,西南區(qū)的褐煤幾乎全部是第三紀較年輕褐煤 , 而華北區(qū)的褐煤則絕大多數(shù)為侏羅世的年老褐煤 。東北、中南、西北和華東四大區(qū)褐煤資源的數(shù)量均較少。根據(jù)我國褐煤資源分布情況 ,國內(nèi)可以建設依敏河霍林河、元

16、寶山、雞西 、內(nèi)蒙古錫盟地區(qū) 、昭通電力基地。2.2國內(nèi)外在褐煤摻燒燃燒發(fā)電過程中存在的問題及解決對策國內(nèi)外在褐煤摻燒燃燒發(fā)電過程中存在的問題褐煤發(fā)電存在的主要問題( 1) 燃料特性 對褐煤而言,著火的穩(wěn)定性、灰分的結渣特性、可燃質的燃盡特性、燃料的干燥和磨制特性、燃料在爐內(nèi)受熱面上的結渣特性、對尾部受熱面的磨損、腐蝕和堵灰特性及特殊的“灰爆”特性都很重要。對于高水分、低熱值的年青褐煤而言,運行時要著重考慮的是燃料的干燥、磨制和著火的穩(wěn)定性問題,同時對結焦問題要予以足夠的重視。而對于一般性老年褐煤,運行時特別要注意的則是爐內(nèi)的結焦問題。此外,由于褐煤的高水分、高灰分、低熱值、低灰熔點等特點,還

17、將給鍋爐機組的運行帶來一系列特殊問題:由于煤耗量增大,燃料的采、運、儲、加工等投資增大,鍋爐的體積大、鋼耗高,使鍋爐機組的造價和土建費用增大,運行和維護費用增大等。這在一定時期將會給褐煤資源的開發(fā)利用造成利影響 。( 2) 褐煤脫水 褐煤本身含水量很高,不適合遠距離運輸,同時發(fā)電廠在用褐煤發(fā)電前要進行脫水,這一過程耗費了大量能源,資金和設備,對環(huán)境也造成了一定的影響,因此,開發(fā)高效節(jié)能的褐煤脫水技術成為首要任務。( 3) 爐膛結渣 鍋爐結渣是燃燒褐煤火電廠頻發(fā)性問題,一直是危害著鍋爐安全性能和可用率,迄今遠未能有效解決。結渣的主要原因是溫度高于灰的軟化點的煙氣沖刷受熱面時,煙氣中熔融的灰渣粘附

18、到受熱面上,造成結渣11,其危害很大,爐膛內(nèi)結渣會增加水冷壁受熱面的傳熱阻力,使爐膛出口煙溫升高,造成對流受熱面超溫;燃燒器噴口及其附近結渣,會使爐內(nèi)動力工況改變,直接影響風粉混合及燃燒;爐膛出口受熱面結渣,則會使過熱器超溫,并增大通風阻力,嚴重時使燃燒惡化。因此,如果煤的預處理或燃燒方式無大改變,結渣問題將繼續(xù)是困擾人們的主要問題,而且也許會愈演愈烈。而且隨著機組容量的增大,爐膛燃燒區(qū)域的冷卻程度相對降低。這對穩(wěn)定燃燒有利,但增加了促進結渣的因素。( 4) 低溫腐蝕 褐煤揮發(fā)份高,揮發(fā)分析出燃燒后所形成的焦炭粒空隙較多,增加了與空氣接觸的表面積,燃燒反應加強,結果是焦炭燃盡時間較短,造成爐膛

19、出口煙溫下降;同時,褐煤水分含量高,水分蒸發(fā)需要吸收大量的氣化潛熱,爐膛出口煙溫降低將使過熱氣溫降低12。所以位于鍋爐尾部受熱面的空氣預熱器容易出現(xiàn)低溫腐蝕。腐蝕的結果會造成空氣預熱器管子泄漏損壞,造成嚴重漏風,引起燃燒工況惡化。( 5) 設備磨損 褐煤含水量高,煙氣容積將增大,通過對流受熱面的煙氣量增加, 導致煙氣流速增加。受熱面磨損量與沖刷它的煙氣流速三次方成正比,結果會引起熱面磨對流受損劇增。由于省煤器處于煙溫較低處,灰粒的硬度較大,磨損較嚴重,同時,省煤器一般按錯列布置,其磨損問題比過熱器更為突出。3.2 防止和減輕措施(1) 防止和減輕結渣的措施采用“低溫燃燒”技術,其主要用來抑制爐

20、內(nèi)結焦,即在爐內(nèi)保持一個較低而又能穩(wěn)定燃燒的溫度水平,通常要求火焰中心溫度在 11001200范圍內(nèi)。此技術的基本思路是把褐煤易于著火而燃燒穩(wěn)定的有利條件和高溫時容易發(fā)生結焦的不利條件結合起來 ,從而保證鍋爐的安全運行。通常爐內(nèi)溫度的高低 ,一方面取決于燃料帶入的熱量和煙氣的放熱特性 ,另一方面則取決于爐膛出口煙溫的高低。爐內(nèi)溫度及其分布的正確選擇,可以保證煤粉的正常著火、燃燒和燃盡,有效防止爐內(nèi)結焦。針對爐內(nèi)結焦問題 ,往往采用較大的爐膛,通遼發(fā)電總廠和赤峰熱電廠通過采用合適的爐膛斷面熱負荷,燃燒器區(qū)域熱負荷及雙調節(jié)煤粉濃縮燃燒技術對燃燒系統(tǒng)進行設計,有效的防止了爐內(nèi)和噴口結渣,同時達到了5

21、0%負荷不投油穩(wěn)燃 13(2) 減輕低溫腐蝕的措施為防止或減緩低溫腐蝕 ,可采取從燃料及煙氣中除硫、提高受熱面的壁面溫度以及采用防腐新材料等措施。( 3) 防磨損措施為確保鍋爐設備的正常運行 ,應防止鍋爐受熱面磨損問題 ,尤其是省煤器的磨損 。要減少省煤器管子磨損爆管事故 , 事先應采取使氣流速度均勻的措施 ,消除局部區(qū)域流速過高現(xiàn)象 14 。另外對一些易磨損的部位 , 進行防磨涂料處理且加裝防磨蓋板。3 實驗研究褐煤與煙煤燃燒，灰融性實驗裝置 摻燒比例 20 25 30 40 儀器 元素分析儀 樣品的制備 煤樣 篩子 不大于 10-15mg，三種式樣，三種速率10度每分鐘30 實驗過程 實驗內(nèi)容 元素分析，實驗結果 分析總結4結論 提出問題，結焦特性判別項別ST/Rz綜合指數(shù)SiO2 /Al2O3結論結焦特性 1390-1. 51.5 1.75 1. 87-輕微中偏輕判別范圍12601390 -12601.75 2.252.252.52. 51.87 2.65-2.65中等中偏重嚴重表 3 結焦特性判別項別 ST/ Rz 綜合指數(shù) SiO2 /Al2O3 結論 1 390 1. 5 1. 87 輕微結焦特性 1. 5 1. 75 中偏輕判別范圍1 260 1 390 1. 75 2.