煤气化炉应用于煤粉锅炉的探讨

摘要：采用煤气化炉装置代替大型煤粉启动炉，为电厂提供外部高参数蒸汽；代替煤粉锅炉燃油为炉膛提供点火、陪燃或稳燃用煤气。符合节能降耗、同时也解决了锅炉燃油时存在经济、安全、环保问题；并且可以降低机组煤耗。这是一种全新的高效洁净煤发电技术。

关键词：煤气化炉；煤粉锅炉；启动炉；燃油；洁净

1、前言

2014年5月，发改委、环保部和国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》中提出具体目标：全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标准煤/千瓦时，到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。现燃煤发电机组达标排放及降低煤耗的行动，主要是设备改造、脱硫、脱销、除尘的技术革新与改造。是否考虑在燃料上的改进？是否用部分原煤进行气化后再供锅炉燃烧？是否用部分煤气化代替锅炉燃油呢？是否用煤气化炉余热，提高锅炉给水温度、提供外部蒸汽降低机组汽耗量？针对这些构思，就煤化炉、启动炉、煤粉锅炉特性问题，如何提高燃煤锅炉效率，降低供电煤耗，解决燃油存在的安全及环保问题进行探讨。

2、燃油对煤粉锅炉受热面的影响

电厂煤粉锅炉点火启动、停运和低负荷助燃、断煤等异常情况下均需耗用大量的燃油，特别是入炉煤品质难以保证，在安全生产的需要下电厂锅炉助燃油大幅增加，大大增加了燃料成本，严重影响电厂的经济效益。且燃油对锅炉在使用中锅炉的水冷壁管和对流受热面上容易积存灰垢，会增加热阻，降低锅炉热效率。据测定灰垢厚度达1 mm时，要浪费燃料10%左右，受热面积灰后还会加速管壁的腐蚀。

在低负荷运行时，炉内各部温度均不同程度下降，最终排烟温度也会降低，且需燃油运行。极易使低温受热面的金属壁温低于硫酸汽的露点温度，硫酸蒸汽便会在低温受热面上结露，从而造成低温受热面、电除尘电极上产生积灰积炭的油灰腐蚀。

对燃油启动炉来讲，应彻底淘汰。

3、煤气化炉、启动炉（燃油炉）、煤粉锅炉特性分析

煤气化炉是以煤基为能源的化工系统。由于具备环保节能性，符合我国当前能源资源发展需求，因此被众多的行业所选择。且煤气化炉在小型化方面应是比较成熟，经济环保。目前大型燃煤锅炉燃烧或进行自身技术改造来大幅降低发电煤耗量的操作空间有限，并用投入的成本更高；且目前环保的排放都是靠后端来处理，运行成本及投资量大；前置处理主要还是控制入炉煤的品质，但这与国家政策不相符。所以入炉煤的高效洁净技术应运而生。

1）目前煤粉锅炉在启停过程中、异常工况下、低负荷或偏离设计煤种等燃烧运行时，为了确保锅炉炉膛燃烧安全，只能投油稳燃，这不仅增加了电厂运行成本，而且对电厂锅炉受热面、空预器、除尘及脱硫设备存在重大安全问题。

2）启动炉在大型煤粉锅炉启动前必须运行，但存在燃烧效率差、使用率极低、保养成本高、并且安全、经济、环保性能极差特性；还严重与国家政策不相符。且启动炉也是燃油，存在严重的能量浪费，同样也存在与煤粉锅炉更大的安全及环保问题；另启动炉运行时间短，利用空间不足，设备长期空置，使保养成本高，资产贬值严重。

3）煤气化炉需要磨煤、干燥系统及后部煤气冷却器系统，相关投入不仅成本高，而且占有大量土地；煤气化炉热效率能达90%以上，但产生大量的蒸汽利用空间有限，大部分排空或低效利用，造成能量大量浪费。

4）现有煤气化炉碳转化率高达99%以上，总的热效率最少也有90%以上，且应技术也比较成熟，但在设备大型化上存在许多技术问题，应用不成熟。

5）需整体煤气化联合循环发电（IGCC）中用的煤气，对热值要求需不高（2200-2500大卡），但对煤气净化度（如：粉尘及硫化物含量）要求很高。

6）煤气化炉产生的煤气热值可以达到3000-3500大卡，但综合成本只有制油成本的一半及以下。

7）燃煤锅炉优点是经济实惠；缺点是污染严重，后期除尘、脱硫、脱销设备投入巨大，而且需要占用大量的场地。

8）燃油锅炉优点结构性能简单；缺点是费用高，而且燃油运输、储存的危险性高，易出现事故。

9）燃气锅炉优点是高效、清洁、环保。无腐损，锅炉寿命长；缺点是品质要求高、使用有条件限制。

4、应用效果

1）煤气化炉燃料直接从电厂粉仓提供，解决了煤气化炉原料提供问题。这不仅降低了煤气化炉的投资，而且充分地利用了电厂废热，既经济又环保。

2）煤气化炉为火电厂启动炉提供了高温烟气。通过启动炉汽水系统的吸热，产生了高温高压蒸汽；降低煤气温度，并净化煤气提高了煤气品质。显著提高了煤气化炉的热效率。

3）利用火电厂启动炉相关辅助设备，净化了煤气。大大降低了煤气化炉系统的投资，同时也提高了启动炉的使用率。

4）所得高热值煤气为电厂锅炉提供了稳定的可燃燃料，可以替代电厂锅炉炉前燃油系统。降低了电厂运行成本，提高了炉膛燃烧安全，同时大幅提高了锅炉后部设备的安全性、环保性，同时也降低锅炉的機械不完全燃烧热损失及排烟损失。

5）启动炉不再参入燃烧反应，只吸收煤气热量及完成煤气的净化作用。提高了电厂环保性，降低了电厂运行成本，大大提高了燃烧效率。

6）充分利用启动炉设备，蒸汽可以连续提供。降低了电厂抽汽损耗，提高锅炉给水温度，从而大幅提高了电厂机组热效率，进一步降低了发电煤耗，同时也为用户提供了多样的高参数的蒸汽。

7）启动炉不再需要对外排放。大幅提高了电厂环保性。

5、结论

将三者有机结合起来，取长补短。具有结构简单、操作使用方便、经济环保、安全等优点。

1）提高锅炉煤种适应性。对煤的活性几乎没有要求。

2）经济性能好、热效率高。大大降低了三者之间的重复投资，总的热效率可达96%左右。锅炉总效率将提高2%左右；发电煤耗最少下降10g/kwh以上。

3）环保性能好。气、水循环利用，而且解决了煤粉锅炉燃油过程中燃烧效率不足70%、大气污染等问题。

4）安全性能好。解决了煤粉锅炉尾部受热面再燃烧、锅膛放炮、空预器积油积炭积灰、电除尘电极积碳、电除尘布袋故障、脱硫石膏污染等问题。

参考文献

[1]李柳强，燃油锅炉热效率及影响因素分析；《节能技术》，2011，29（2）：134-136

[2]郑莹，燃油锅炉尾部受热面积灰腐蚀问题的分析及对策；《中国科技博览》，2010（23）：74-75

[3]来自维普，工业炉窑使用工业煤气代替燃油具有环保及经济意义；《铝加工》，2006（6）：18-18

[4]包家伟，气化炉煤气替代燃油燃烧技术；《宁波节能》，2009

作者简介：张检飞（1977—），男，汉族，主要从事电力生产运行及管理；工程建设管理；电力工程及煤化工工艺设计、实验研究等。

（作者单位：大唐华银张家界水电有限公司）