劣质煤热解燃烧分级转化技术在300 MW CFB锅炉中的应用浅析

(山西省朔州市山西平朔煤矸石发电有限责任公司,山西 朔州 036800)

1 引 言

1.1 能源发展趋

我国是一个以煤炭为主要能源资源的国家。目前我国煤炭产量已达40亿t左右，占一次能源消费量的65%左右。虽然在未来几十年内我国煤炭能源的比例将逐步下降，但煤炭在我国能源结构中的主导地位不会发生根本的改变，我国仍然是一个以煤为主要能源的国家。

长期以来煤炭往往被作为单一用途来利用，目前 80%左右以利用效率较低的直接燃烧方式利用。目前我国发电耗煤约18亿t，占我国煤炭消费量50%以上。但现有火电厂只将煤炭作为燃料直接燃烧，造成系统效率偏低，污染物控制成本高，且浪费了煤中具有高附加值的油、气和化学品。

1.2 煤炭的利用现状及多联产技术的优势

以煤热解为基础的分级转化梯级利用技术从煤炭既是能源同时又是电力、化工、冶金等行业的资源这一角度出发，将煤的热解、气化、燃烧、合成等各个过程有机结合，在同一系统中生产多种具有高附加值的化工产品、液体燃料以及用于工艺过程的热和电力等产品。煤炭中不同组分在化学反应性上差别巨大，挥发分是煤组成中最活跃的组分，通常在较低温度下就会析出，同时挥发分也是煤中比较容易利用的组分，而固定碳较为稳定，反应所需活化能较高，在低温下不易反应。针对煤炭的这种特性，热解气化燃烧分级转化技术通过热解将挥发分提取出来，挥发分中的煤气可用于制取天然气、合成液体燃料或制取氢气，焦油可提取有用的化学品或提质制取燃料油；富碳半焦则可用于燃烧或气化，也可用于制活性炭等其他用途。通过上述生产过程在系统中的有机耦合集成，简化工艺流程，减少基本投资和运行费用，根据市场需求和煤炭特性，通过耦合热解、气化、燃烧分级转化方式，适用于具有复杂煤质的褐煤或烟煤，可实现多种产品联产，降低各产品成本，从而实现了煤的分级转化综合利用，提高了煤转化效率和利用效率，降低污染排放，实现煤炭利用系统整体效益最优化。

1.3 文中研究内容

本项目改造方案为在现有电厂3号机组的1台循环流化床锅炉一侧的二个高温分离器之间布置1套热解系统，煤气粗净化系统为1套，热解产生的半焦全部回用作为锅炉的部分燃料，其燃烧所产生的蒸汽可满足发电150 MW；热解焦油处理后外卖；热解产生的热解气(富含 CH4、CO、H2、C2、C3等)经脱氨、脱硫、脱苯萘、脱碳、精脱萘油、精脱硫、干燥和低温液化分离等处理得到清洁能源LNG(液化天然气)和管道燃料气(富含CO和H2)。

2 流化床热解炉的实验研究

循环流化床锅炉运行温度在850～900 ℃之间，大量的高温物料被携带出炉膛，经分离机构分离后部分作为热载体进入以再循环煤气为流化介质的流化床热解炉。煤经给料机进入热解炉和作为固体热载体的高温物料混合并加热(运行温度在 550～800 ℃之间)。煤在热解炉中经热解产生的粗煤气和细灰颗粒进入热解炉分离机构，经分离后的粗煤气进入煤气净化系统进行净化。除作为热解炉流化介质的部分再循环煤气外，其余煤气则经脱硫等净化工艺后作为净煤气供民用或经变换、合成反应生产相关化工产品。收集下来的焦油可提取高附加值产品或改性变成高品位合成油。煤在热解炉热解产生的半焦、循环物料及煤气分离器所分离下的细灰(灰和半焦)一起被送入循环流化床锅炉燃烧利用，用于加热固体热载体，同时生产的水蒸汽用于发电、供热及制冷等。

某电厂2×300 MW燃煤循环流化床发电机组锅炉为上海锅炉厂制造的SG-1060 /17.4-M801型亚临界中间再热、单锅筒自然循环锅炉。采用紧身封闭布置、全钢构架、采用支吊结合的固定方式，锅炉采用单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、绝热式旋风气固分离器、循环流化床燃烧方式，烟井内布置对流受热面。

3 热解炉与流化床的耦合技术研究

煤在热解炉内热解时会产生易燃易爆危险性物质，主要有一氧化碳、氢气、硫化氢、等。所以要采取可靠的措施，在发生异常工况时，可以快速有效的将热解炉与流化床燃烧炉隔离，并将易燃易爆危险性物质控制在安全范围内。

热解燃烧分级转化多联产系统的方案最关键的技术是采用来自循环流化床燃烧炉的固体热载体提供气化热源。因此，物料循环系统是关键，既要保证气化室和燃烧室间有合适的循环物料量以提供气化所需的热量，并控制热解炉运行温度在合适的温度下，以获得较大的煤气产率。因此该电厂在循环回路上设置锥形灰渣阀以控制进入热解炉物料。

4 结束语

煤制气项目，本身是很成熟的，只是利用现在的锅炉返料部分返料到新建的热解炉，与燃料混合，达到600多度，自然就产出气了，但与流化床的结合是关键，该厂的热解燃烧转化装置出力为150 MW，替代原来锅炉1/2的出力，在运行调整上讲面临很多新挑战。故文中得出以下主要结论：

(1)长期以来煤炭往往被作为单一用途来利用，但现有火电厂只将煤炭作为燃料直接燃烧，造成系统效率偏低，污染物控制成本高，且浪费了煤中具有高附加值的油、气和化学品。因此热解燃烧与流化床锅炉相耦合技术是有相当好的发展前景。

(2)在耦合过程中，如何保证流化床的正常稳定运行，如何快速隔离热解炉运行是关键，需要在以后的实验过程中深挖研究。

(3)推广应用煤炭分级转化综合利用技术适合我国的国情和特色，充分体现煤炭既是能源又是资源的理念，既可对现有燃煤电厂进行分级利用改造，又可适用于新建电厂，可应用于高效清洁发电、替代工业锅炉燃煤、运输燃料替代和煤化工等领域，对于我国清洁高效煤炭发电、油气等资源替代、大幅度节能减排、循环经济等具有重要战略意义。