煤泥掺烧对循环流化床锅炉运行及经济性的影响

摘 要：煤泥是煤炭洗选过程中的副产品，煤泥掺烧发电能够降低发电成本， 给电厂带来巨大的经济效益。但由于受煤泥自身特性和投运不稳定等因素的影响，掺烧煤泥发电会造成主要过程参数波动大、燃烧不稳定、 影响锅炉效率等问题。为了克服上述问题， 充分挖掘煤泥掺烧发电的优势和潜力，本文结合黄陵矿业煤矸石发电公司4#，5#机组的工程项目，对煤泥掺烧 CFB机组的经济性问题展开深入研究。

关键词：循环流化床; 煤泥; 优化; 经济性分析

0  引 言

本文主要从两个角度分析影响煤泥掺烧 CFB 机组经济性的因素：

1）运行角度。

为了研究煤泥掺烧量对主要参数的影响，保证参数值在安全合理范围内，进行了煤泥掺烧实验，并对试验结果进行理论分析，得出结论：在保证锅炉燃烧稳定性和机组运行安全运行的前提下，多掺烧煤泥，能够更大程度地节约发电成本。针对电厂的实际情况 煤泥掺烧量的理论最大值为 25m 3 /h。

2）控制角度。

该电厂目前最需要解决的控制问题是由于煤泥系统的不稳定性导致的能量波动问题。为能有效控制能量的波动，本文提出了两个策略：一是通过测量方法，挖掘即燃碳与炉膛热量的关系，通过优化风煤配比模型，加强炉膛燃烧监测，保证燃烧稳定。二是充分利用 CFB 机组的蓄能优势，通过优化能量变迁，进一步提高煤泥的掺烧比例。本文以此为基础，改善了电厂原有的控制策略，增加即燃碳热量动态补偿、即燃碳风煤比较正和煤质热值修正等前馈信号，起到了较好的控制效果，煤泥掺烧量也较之前增加到了35%。

一煤泥的特点及存在的问题

煤泥是煤洗选过程中的副产品， 是由微细的粒煤、 粉化骨石和水组成的粘稠物，并具有如下特点：

1）粒度细（粒度直径一般小于 0.5mm）;

2）持水性高， 水分含量高（煤泥含水量普遍在 30%左右）;

3）粘度较高（煤泥成分中含有较多的粘土性矿物所致）;

4）灰分含量高， 发热量低（灰分一般多在 40%以上， 发热一般只有8～17MJ/kg）。鉴于煤泥的上述特点， 这就为煤泥的堆放、 贮存增加了不少难度，“遇水即流失，风干即飞扬” 是对其特点的形象描述。 另外， 由于煤泥加入了介质粉的洗选， 使得煤泥在使用的过程当中很容易造成二次污染。

二、掺烧煤泥发电的优势

我国在利用煤泥发电促进循环经济发展上， 具有以下优势：

1）燃料成本优势明显。

煤泥与相同发热量的原煤相比较，除去煤泥泵送系统所耗电费、 设备折旧费、维护等费用外，每燃烧 1吨煤泥可在燃料费用上节省不少花费，全年可为电厂减少的支出相当可观。

2）丰富的资源优势。

我国煤炭资源丰富，有极大的煤泥、煤矸石资源优势，现有各类选煤厂数量众多。随着采煤机械化程度的不断提高，粉煤和煤泥的产量也会不断增多。建设煤泥综合利用电厂，具有节能、环保、运行成本低等优势，符合国家的产业政策和循环经济的总体要求，具有良好的发展前景。

3）能够实现矿区资源的优化配置。

将矿区的煤泥用于发电，可以最大化地实现资源的优化配置，使矿区的环境步入良性循环的轨道。

4）日益完备的技术条件。

我国的煤泥电站自 20 世纪 90 年代创建以来，技术发展经历了多个阶段;同时，我国循环流化床锅炉技术也日 趋完善与成熟，为实现高效、低污染煤泥发电提供了技术保证。

三、入炉燃料

锅炉设计燃料是由选煤厂洗选副产物煤泥、 矸石与洗中煤组成。 燃料投入比例为矸石∶ 煤泥∶ 中煤= 45%∶ 15%∶ 40%。 由于煤泥的掺烧极大的节约了电厂的成本， 因此自 2012 年以來， 煤泥掺烧给该电厂带来了巨大的经济效益，但与此同时也有几个问题需要亟待解决：

1）煤泥掺烧后机组运行情况。

由于掺烧煤泥机组出现床压不稳定、 磨损量大、运行周期短等问题，所以需要对煤泥掺烧后机组的稳定性做出评价分析，因此有必要对煤泥投入后对锅炉运行参数的影响有一个定量的了解。

2）最佳的煤泥掺烧比例的确定。

煤泥掺烧的比例多少会对循环流化床锅炉的运行带来重要的影响：若掺烧煤泥过高，会造成发热量低，意味着理论燃烧温度低，这时需要增加给煤机转数，提高一次风压和风温，锅炉将出现带负荷困难现象。这不但增加送风机耗电量，而且一旦煤质变化，容易导致炉膛燃烧不良，严重时造成锅炉灭火;同时，煤泥与原煤掺配时，如果配煤稍有不均，由于掺配后灰熔点降低，一旦温度超过煤灰的熔点就会使炉膛内结焦或喷口结焦，高温结焦的焦块坚实不易脱落，处理需要花费大量人力、物力，影响锅炉带负荷能力，严重时可能堵喷口、着火滞后。反之，如果煤泥的掺烧量低，则无法发挥其提高企业经济效益的作用。所以，从运行安全、经济的角度出发考虑，确定一个最佳的煤泥掺烧比就尤为重要。

3）煤泥掺烧后机组经济性分析。

煤泥掺烧不应只从燃烧成本的角度出发考虑，应将燃料成本、电力成本、环境效益、控制方式等因素充分考虑进去，对煤泥掺烧后机组的整体经济性情况作系统的分析研究，同时应定量地计算出通过掺烧煤泥给企业带来的实际效益。

针对上述问题， 本文从运行角度和控制角度两方面对掺烧煤泥 CFB 机组的经济性进行分析，围绕供电煤耗这一主要技术经济指标展开分析。指出电厂当前机组运行中需要改进的问题。并通过煤泥掺烧试验， 深入分析煤泥掺烧对循环流化床机组运行带来的影响，并以此为依据， 定出煤泥掺烧的上限值。最后，利用软测量的技术手段，对电厂的控制系统进行改进。通过对大量数据的运算和处理，计算机组优化后所提升的经济效益。通过掺烧煤泥提高 CFB 机组的经济效益要从两个方面出发考虑。一方面，要从运行安全性的角度出发，充分考虑到机组实际运行情况。由于煤泥燃料在价格方面的明显优势，同样发热量的煤泥价格要比原煤价格便宜几百元，掺烧煤泥比例越多， 给电厂带来的经济效益越明显。 但煤泥掺烧比例要有安全阈值： 由于煤泥的高水分、高灰发分的特性，掺烧比例越高，带给电厂的控制难度越大。同时，过高的掺烧比例容易导致一些主要运行参数（如床温、 排烟温度、飞灰含碳量等）偏离适宜的区间，容易引发事故，存在较大的安全隐患。另一方面，要考虑到系统的控制水平。只单纯提高煤泥的掺烧量，但控制手段和控制水平跟不上，可能造成运行过程中主要运行参数值大幅波动，影响机组运行的稳定性，经济效益不升反降。此外，从现场的实际运行情况来看，机组煤泥系统本身存在着不稳定性，实际现场中煤泥的掺烧往往不是连续的，经常存在一段连续、一段打空的现象，这就造成了煤泥燃烧释放热量的不稳定性。因此，制定出合理有效的控制策略，减少由于煤泥投入的不连续造成的能量波动损失，也是提高 CFB 机组经济效益的途径之一。

四、取得成效

1.经济效益：

由于燃料成本在电厂发电成本中占有非常大的比例，燃料结构的优化对电厂经营将产生直接影响。黄陵矿业煤矸石发电公司在机组运行过程中，针对煤泥输送系统存在的问题积极探索，最终总结出了一套循环流化床锅炉掺烧煤泥的成功经验，并得到全面推广。

煤泥输送系统的投入和煤泥制备精优作业法的全面推广，使得煤泥输送系统生产成本明显降低，年用水量可节约60000余吨，运行周期显著提高，年利用煤泥达到15万吨，相当于约7万吨标准煤，节约成本达500万元。同时减少了锅炉磨损，延长了锅炉运行周期（延长了30天），提升设备利用率（利用率提高30%）。同时节约一号煤矿煤泥倒运费用和环保费用。

作者简介：

鲁琦（1975-）男，汉族，陕西铜川人，黄陵矿业煤矸石发电公司副主任。