楮衍強(qiáng)，李順海，劉林濤

廣東茂名臻能熱電有限公司，廣東茂名 525000

1 油頁(yè)巖簡(jiǎn)介

油頁(yè)巖是在礦物機(jī)體中含有固體可燃有機(jī)質(zhì)的沉積巖 ，在化石燃料中它的儲(chǔ)量折算為發(fā)熱量?jī)H次于煤而列第二位，如果將它折算成頁(yè)巖油，世界上的油頁(yè)巖儲(chǔ)量將是4750億噸，相當(dāng)于目前世界天然原油探明可采儲(chǔ)量的 5.4倍，是一種潛在的巨大能源。我國(guó)已探明的油頁(yè)巖儲(chǔ)量為3.1567×1010t，主要分布在吉林、遼寧、廣東、山東、內(nèi)蒙古等省、自治區(qū)，其中廣東省茂名地區(qū)油頁(yè)巖地質(zhì)儲(chǔ)量為 5.3×109t，對(duì)一次能源貧乏的廣東地區(qū)來(lái)說(shuō)，它是一種十分重要的一次能源資源。

2 鍋爐及制粉系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)介

HG-680/13.7-YM2鍋爐是為茂名瑞能熱電有限公司以煤代油熱電聯(lián)產(chǎn)工程設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)煤種為煙煤，鍋爐為超高壓參數(shù)，帶一次中間再熱的單鍋筒自然循環(huán)、固態(tài)排渣、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置。制粉系統(tǒng)為中速磨直吹式，5臺(tái)ZGM80N型磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)5層燃燒器。

3 油頁(yè)巖及#5爐目前燃用煤的分析數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 工業(yè)分析、元素分析、可磨性、灰熔融溫度及灰成分

油頁(yè)巖、神華煤分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。另外，對(duì)神華煤與頁(yè)巖的1：9、2：8及4：6混煤進(jìn)行了灰熔融性溫度測(cè)定，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，隨著頁(yè)巖摻入量的增加，混煤的灰熔融溫度隨之增高。

表1 油頁(yè)巖、神華煤分析數(shù)據(jù)

煤灰中SO3 % 0.30 10.10煤灰中MnO2 % 0.065 0.065

表2 混煤灰熔融溫度測(cè)定結(jié)果

3.2 熱重分析試驗(yàn)

在4.1型熱天平上對(duì)本次油頁(yè)巖進(jìn)行了空氣介質(zhì)中和氧氣中的熱重分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

空氣介質(zhì)：反應(yīng)開(kāi)始溫度：235℃，反應(yīng)結(jié)束溫度：625℃，最高反應(yīng)速度：2.9%/min；

最高反應(yīng)速度對(duì)應(yīng)溫度：362℃；

氧氣介質(zhì)：反應(yīng)指數(shù)RI：236℃，燃盡指數(shù)Cb：7.824。

3.3 煤粉氣流著火溫度IT測(cè)定結(jié)果

油頁(yè)巖：460℃，神華煤：550℃。

3.4 一維火焰爐燃燒及結(jié)渣試驗(yàn)

對(duì)神華煤與油頁(yè)巖的6：4混煤的一維火焰爐燃燒結(jié)渣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。煤種及混煤的結(jié)渣及燃盡情況見(jiàn)表4。

表3 一維火焰爐燃燒結(jié)渣試驗(yàn)結(jié)果

表4 一維爐結(jié)渣指數(shù)變化

由摻燒前后煤樣的燃盡率比較可見(jiàn)，最終燃盡率對(duì)神華煤影響不大。從結(jié)渣情況來(lái)看，摻入油頁(yè)巖后，神華煤的結(jié)渣指數(shù)反而降低。

4 實(shí)際摻燒實(shí)驗(yàn)

4.1 摻燒方式

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采取1：1預(yù)混進(jìn)行摻燒。為保證爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性，先將混煤上至E磨煤機(jī)（最上層）進(jìn)行燃燒，在取得相關(guān)數(shù)據(jù)并確認(rèn)可行的情況下，再逐步推廣至D、C磨煤機(jī)。在摻燒過(guò)程中最少保持底部?jī)蓪尤紵裏嶂递^高、質(zhì)量較好的煙煤，以保證爐內(nèi)燃燒安全。

4.2 制粉系統(tǒng)運(yùn)行情況

#5鍋爐磨煤機(jī)出口設(shè)計(jì)溫度為77℃，考慮到油頁(yè)巖高揮發(fā)份、著火溫度低的特點(diǎn)，根據(jù)可行性研究的結(jié)果，摻燒油頁(yè)巖時(shí)將啟磨允許溫度（70℃＜t＜80℃）、快速停磨溫度（t≥90℃）和緊急停磨溫度（t≥100℃）等保護(hù)參數(shù)相應(yīng)調(diào)低10℃，其它保護(hù)條件不變。實(shí)際運(yùn)行中一般維持磨煤機(jī)出口溫度在60℃～65℃，一次風(fēng)量約40km3/h，給煤量約20t/h。自從摻燒油頁(yè)巖以來(lái)，未發(fā)生過(guò)磨煤機(jī)著火、煤粉爆炸等事件，說(shuō)明制粉系統(tǒng)的安全性是可靠的。

4.3 爐內(nèi)燃燒情況

從摻燒油頁(yè)巖前后的情況來(lái)看，燃燒器的著火情況未發(fā)生明顯的變化，現(xiàn)場(chǎng)觀察未發(fā)現(xiàn)有回火現(xiàn)象，燃燒器周界風(fēng)維持摻燒前的開(kāi)度（30%～40%）即可，燃燒周圍無(wú)明顯的結(jié)焦情況。從鍋爐的各主要運(yùn)行參數(shù)來(lái)看，主蒸汽壓力、溫度、爐膛壓力、汽包水位等無(wú)明顯的變化，均能穩(wěn)定運(yùn)行，說(shuō)明摻燒油頁(yè)巖后爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定。摻燒油頁(yè)巖后對(duì)燃盡率影響很小，飛灰可燃物及爐渣可燃物均能控制在很好的水平。

表5 摻燒油頁(yè)巖后的飛灰、爐渣可燃物

4.4 爐內(nèi)結(jié)焦情況

在爐膛結(jié)焦這個(gè)問(wèn)題上，實(shí)際情況與研究分析中的一致，摻燒油頁(yè)巖后，爐膛的結(jié)焦情況輕微，不影響鍋爐安全運(yùn)行。神華煙煤是強(qiáng)結(jié)焦性的煤種，摻燒油頁(yè)巖后爐膛的結(jié)焦情況明顯減輕，現(xiàn)在兩臺(tái)磨煤機(jī)燒混煤，其它三臺(tái)燒神華煤的方式下，鍋爐可以滿出力長(zhǎng)期運(yùn)行。

4.5 輸灰系統(tǒng)運(yùn)行情況

實(shí)際運(yùn)行情況表明，輸灰系統(tǒng)完全能滿足鍋爐摻燒20%油頁(yè)巖的需要，摻燒過(guò)程中未出現(xiàn)過(guò)因輸灰系統(tǒng)的問(wèn)題而造成除塵器灰斗滿灰的情況。

4.6 空氣預(yù)熱器運(yùn)行情況

空氣預(yù)熱器沒(méi)發(fā)生明顯堵灰現(xiàn)象，摻燒前后其風(fēng)、煙壓差無(wú)明顯變化，如現(xiàn)在摻燒油頁(yè)巖滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，空氣預(yù)熱器二次風(fēng)阻力為0.84kPa，B-MCR工況下的設(shè)計(jì)值為0.884KPa。

4.7 送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)均能滿足鍋爐摻燒油頁(yè)巖滿負(fù)荷運(yùn)行。表6各臺(tái)風(fēng)機(jī)在鍋爐摻燒油頁(yè)巖滿負(fù)荷運(yùn)行的主要參數(shù)，參數(shù)表明各風(fēng)機(jī)的出力均還有一定余量，特別是送風(fēng)機(jī)，出力富余量很大。

表6 風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)

4.8 撈渣機(jī)運(yùn)行情況

#5爐的撈渣機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，輸送量為4t/h～ 40t/h。摻燒油頁(yè)巖后，爐底出渣量明顯增加，但撈渣機(jī)的出力仍能滿足要求，一般在40Hz的頻率運(yùn)行即可。

5 鍋爐運(yùn)行適應(yīng)性分析

5.1 燃燒溫度與結(jié)渣

由圖7可見(jiàn)，燃用神華煤時(shí)燃燒器區(qū)域火焰峰值溫度較高，燃燒器熱負(fù)荷也較高，因?yàn)樯袢A煤的灰熔點(diǎn)較低，所以與摻燒油頁(yè)巖的其它兩個(gè)工況相比，燃燒器區(qū)域就容易結(jié)焦，現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)A1、B1、E1、E3噴口掛焦，其中E1和E3噴口周圍的水冷壁上也有一定程度的結(jié)焦。摻燒油頁(yè)巖后燃燒器區(qū)域的溫度下降約70℃～80℃，再加上油頁(yè)巖自身的灰熔點(diǎn)也比較高，燃燒器區(qū)域的結(jié)焦也大為減輕，只在E3噴口周圍有輕微堆焦。摻燒30%油頁(yè)巖時(shí)比摻燒20%時(shí)的火焰溫度略有降低，應(yīng)該不會(huì)影響到煤粉的著火穩(wěn)定性，主要是入爐煤的總熱量較低限制了鍋爐負(fù)荷。

圖6 不同煤種爐膛火焰溫度分布

5.2 鍋爐效率及其環(huán)保特性

表7的效率測(cè)試結(jié)果顯示，燃用神華煤時(shí)鍋爐效率為92.77%，比設(shè)計(jì)值高。與單獨(dú)燃用神華煤相比，摻燒20%的油頁(yè)巖時(shí)，鍋爐效率升高0.4個(gè)百分點(diǎn)；燃用30%油頁(yè)巖時(shí)，鍋爐效率基本不變，說(shuō)明摻燒20%的油頁(yè)巖鍋爐效率會(huì)有一定程度的升高，當(dāng)摻燒比例達(dá)到30%時(shí)不會(huì)影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。

表7 鍋爐效率試驗(yàn)結(jié)果

由于油頁(yè)巖硫含量比神華煤要高，所以隨著油頁(yè)巖摻燒比例的增加，鍋爐SO2排放濃度呈增加的趨勢(shì)，在20%油頁(yè)巖時(shí)排放濃度為1733mg/Nm3，比全燒神華煤時(shí)升高251mg/Nm3，煙氣露點(diǎn)溫度約升高3℃。摻燒20%油頁(yè)巖時(shí)NOx排放濃度增加200mg/Nm3，但仍低于650mg/Nm3的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 摻燒油頁(yè)巖經(jīng)濟(jì)性分析

表8 鍋爐摻燒油頁(yè)巖經(jīng)濟(jì)性分析

由表8可以看出，#5爐在摻燒20%油頁(yè)巖后，發(fā)電煤耗由全燒神華煤的331.9g/kW·h下降為326.4g/kW·h，降低5.5g/kW·h；在摻燒30%油頁(yè)巖時(shí)，發(fā)電煤耗升高3.0g/kW·h。在摻燒20%油頁(yè)巖時(shí)每度電的發(fā)電成本下降0.0179元，當(dāng)油頁(yè)巖摻燒量達(dá)30%時(shí)，每度電的發(fā)電成本下降更多，降低0.0207元。

6 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，油頁(yè)巖具有高揮發(fā)分、低熱值、易著火的特點(diǎn)，灰熔點(diǎn)比較高。在不改變統(tǒng)統(tǒng)和設(shè)備的情況下，在茂名熱電廠#5爐摻燒油頁(yè)巖具有可行性，安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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