碱金属对准东煤燃烧利用影响的研究进展

霍敦财 甘露 靳超然

（1国家电投集团远达环保工程有限公司2国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司）

碱金属对准东煤燃烧利用影响的研究进展

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（1国家电投集团远达环保工程有限公司2国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司）

准东煤储量丰富，但其高结焦性、高沾污性，极大的限制了准东煤在电站锅炉中的大规模运用。本文基于调研，系统的概述了准东煤燃烧发电过程中所遇到的问题，阐述了其结渣沾污形成过程及其原因。

准东煤；碱金属；沾污

引言

新疆作为我国五大综合能源基地之一，尚未开发的煤炭资源储量丰富，预测资源总量达2.19万亿吨[1]。新疆煤炭资源主要分布在准格尔、吐哈、伊利三大盆地，大多为待开发整装煤田。随着我国中部和东部的老煤炭基地资源的逐渐枯竭，新疆煤炭资源作为我国能源接续，将具有不可替代的重要地位。相关勘探研究发现，准东煤作为一种天然洁净煤，其热值高，灰、氮、硫等含量非常少，属于低或特低的范围，是一种低污染，低排放的动力用煤。

1 准东煤利用现状及存在问题

受新疆特殊的地理位置、经济条件、交通运输等因素的限制，准东煤炭无法大规模外送，严重阻碍了准东煤炭基地的发展，同时由于成煤历史和自然地理环境，其碱金属的含量普遍超过2%，远高于国内其他地区动力用煤，部分矿区产煤甚至高达10%以上[2]。较高的碱金属含量造成了准东煤的高结焦性、高沾污性，极大的限制了准东煤在电站锅炉中的大规模运用。如何解决准东地区电厂燃用准东煤出现的结渣沾污问题已成为准东地区煤电产业发展的当务之急。

2 碱金属的结渣沾污的形成过程

结渣/沾污是一个多因数综合作用的化学物理过程，受煤质特性、炉膛结构、燃烧器布置、炉内空气动力场、温度水平以及运行工况等多种因素影响[3]，主要依赖于煤中的矿物质在炉内高温环境中的迁移过程和行为。其中，煤中碱金属的存在对沾污的起了决定性作用。沾污的形成过程通常会经历内白层、烧结内层和外部烧结层形成三个过程。

3 影响准东煤沾污的因素

燃用准东煤出现的沾污已成为一个多学科交叉且相互渗透的工程实际问题，严重阻碍了锅炉的安全经济运行，相关学者经过全面的分析研究发现：燃煤品质，碱金属的迁移过程，飞灰的迁移过程，温度等均对沾污的形成过程有一定的影响。

3.1 燃煤品质

燃煤品质对沾污起决定性作用，其影响主要体现在煤中碱金属的含量与存在形态及铝硅酸盐等矿物的含量与分布。煤中碱金属的存在形态有活性与稳定性之分，活性碱金属成分在燃烧中易挥发，是引起沾污的主要成分。不同煤种碱金属的含量与存在形态均有很大的差别，从而影响烟气中的碱金属含量。煤中的碱金属在挥发前后均能与铝硅酸盐反应生成低粘性不可挥发的碱金属铝硅酸盐，从而降低烟气中的碱金属含量，缓解沾污。煤中铝硅酸盐含量越高，能够挥发的碱金属蒸汽就越少，沾污倾向越弱。

3.2 碱金属的迁移过程

煤燃烧过程中碱金属的迁移规律对煤的沾污有重要影响。煤中不同存在形式的碱金属成分在燃烧初期会发生相互转化，且不同存在形式的碱金属成分的转化规律又随煤种、气氛和温度的不同有所不同。燃烧后期，挥发的碱金属成分与其他成分反应，生成新的碱金属化合物，包括含碱金属的铝硅酸盐、氯盐、硫酸盐等。煤中的碱金属在炉内的反应复杂，燃烧方式、运行工况等的不同也会导致煤中的碱金属在燃烧后期存在形式的差异。若在燃烧过程中释放到烟气中的碱金属蒸气含量少或生成更高熔点的硅铝酸盐，则凝结在换热面上的沾污介质硫酸盐量减少，从而减轻了换热面的沾污。所以煤燃烧过程中碱金属的迁移及影响迁移的因素均对沾污有重要的影响。

3.3 飞灰的迁移过程

沾污是由于飞灰在受热面上的沉积，所以飞灰的迁移过程对沾污有着重要影响，控制烟气中的飞灰量是缓解沾污的一个主要方向。

3.4 烟气温度

烟气温度对沾污的影响主要体现在两方面。一方面碱金属的迁移的过程主要受温度，主要体现在对碱金属生成反应的化学平衡和相平衡的影响。低温下碱金属与铝硅酸盐的反应发生在碱金属挥发之前，高温条件下则恰好相反，导致了高温烟气中气象碱金属含量的差异。另一方面主要体现在沾污的温度敏感特性。

结语

碱金属含量高的准东煤燃烧利用过程中出现严重的沾污问题极大限制了其利用。高碱金属准东煤沾污会伴随高温腐蚀。燃煤品质，碱金属的迁移过程，飞灰的迁移过程，温度等均对准东煤燃烧利用过程中碱金属沾污的形成过程有一定的影响。

目前，高碱金属准东煤沾污研究不足，还未能实现安全经济的100%纯燃准东煤，因此，对于高碱金属准东煤还有待于进一步深入研究。

[1]严陆光，夏训诚，吕绍勤，等.大力推进新疆大规模综合能源基地的发展[J].电工电能新技术，2011，30（1）:1-7.

[2]张守玉，陈川，施大钟，等.高钠煤燃烧利用现状[J].中国电机工程学报，2013，33（5）:1-12.

[3]胡玉龙，李辉，刘建江.200MW机组锅炉结渣原因分析及防治措施探讨[J].节能，2007，26（3）:26-29.

霍敦财（1968-），男，本科，工程师，主要从事燃煤烟气治理工程项目管理工作