摘要：本文著重闡述褐煤在循環(huán)流化床鍋爐中的應(yīng)用。如何解決循環(huán)流化床鍋爐灰渣含碳量高及能源浪費(fèi)的問題？是我們在煤種方面研討的重點(diǎn)。結(jié)合我公司的ZG-75-3.82/450循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行實(shí)際狀況，加以改進(jìn)。降低了灰渣含碳量，節(jié)約了能源，為企業(yè)增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：褐煤 循環(huán)流化床鍋爐 灰渣含碳量 節(jié)約能源 經(jīng)濟(jì)效益。

1 概述

四平昊華化工有限公司在2008年8月上一臺ZG-75

-3.82/循環(huán)流化床鍋爐，配6000KW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。該爐于2009年12月正式投入運(yùn)行，燃用煤種為金寶屯和黑山頭混合煙煤，平均發(fā)熱量為13790KJ/kg（3300千卡/公斤），灰分含量平均為33%。投入運(yùn)行以來主要問題是排渣含碳量高，在10-12%左右。無論怎樣調(diào)整燃燒過程中的風(fēng)煤配比，其灰渣含碳量無明顯變化?；以剂康纳咧苯訉?dǎo)致蒸汽成本的升高且造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。如何解決循環(huán)流化床鍋爐灰渣含碳量高及能源浪費(fèi)的問題？我們把重點(diǎn)工作放在煤種的研討方面。通過查閱有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)資料和煤種特征，我們決定調(diào)換煤種，由原來的混合煙煤改為燃用內(nèi)蒙古褐煤。經(jīng)過一年時間的運(yùn)行考核其灰渣含碳量由原來的10-12%降低為5%。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。75噸爐全年耗煤量約為12.8萬噸。選用的褐煤平均灰分含量為17%?？偦伊浚?28000噸×17%=21760噸。靜電除塵器捕捉的飛灰量為總灰量的10%，即：2176噸灰。節(jié)煤量：21760噸灰-2176噸飛灰=19584噸灰×5%=979噸煤，節(jié)約資金：979噸煤×345元/噸=33.77萬元。

2 煤粒在循環(huán)流化床鍋爐停留的過程

煤粒在循環(huán)流化床鍋爐停留的過程可以分為三類：一類是不能逃逸出爐膛的大顆粒；二類是逃逸出爐膛且能被旋風(fēng)分離器分離的中等粒徑顆粒，三類逃逸出爐膛且不能被旋風(fēng)分離器捕捉的細(xì)小顆粒。我公司運(yùn)行的75噸循環(huán)流化床鍋爐要求入爐煤的粒度為0-10mm其輸煤系統(tǒng)采用一次篩分一次破碎方式，由于破碎前原煤粒度不規(guī)范（50%以上的煤的粒度大于60mm）加之滾篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)沿圓柱形滾篩篩分時片狀超標(biāo)顆粒經(jīng)常存在，這也是導(dǎo)致底渣含碳量升高的原因之一。煤粒在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒主要依次經(jīng)歷加熱干燥，析出水分，揮發(fā)份析出和著火燃燒，碳粒膨脹和一次破碎，焦炭著火燃燒和二次破碎及磨碎等過程。由于褐煤的性質(zhì)：碳化程度低，地下生成時間短，質(zhì)地較軟，揮發(fā)份含量在40%以上，易于著火燃燒，固定碳含量在35%左右，全水分含量高，灰分含量平均為17%。內(nèi)蒙古褐煤（通遼北，朱斯花，霍林河，伊圖塔等），且熱裂解特性較煙煤強(qiáng)烈，大顆粒受熱后爆裂成小顆粒，可彌補(bǔ)篩分和破碎設(shè)備之不足。因褐煤的揮發(fā)份含量高，能迅速著火，對固定碳的加熱及快速燃燒直至燃燼起決定性作用，也正適合煤粒在循環(huán)流化床鍋爐中的燃燒過程。

3 固定碳的燃燒過程

固定碳的燃燒過程是在煤的揮發(fā)份析出后才開始燃燒，與揮發(fā)份的著火基本是重疊進(jìn)行，就是說煤在進(jìn)入鍋爐燃燒室初期以煤的揮發(fā)份析出與燃燒為主，后期以固定碳燃燼為主，兩者的持續(xù)時間受煤質(zhì)和運(yùn)行條件的影響很大，一般講煤中揮發(fā)份從開始析出至結(jié)束時間在10秒鐘以內(nèi)，其燃燒時間小于1秒鐘，而固定碳的燃燼時間受煤質(zhì)和粒度等影響因素較大。在循環(huán)流化床鍋爐中，固定碳燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

上述反應(yīng)式說明：反應(yīng)時間越長，反應(yīng)的溫度越高，與適量的氧氣供給是固定碳完全燃燒的必要條件。固定碳燃燒時氧氣必須擴(kuò)散到固定碳顆粒的表面發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和CO。煤的揮發(fā)份析出后，固定碳呈多孔顆粒形成不同尺寸和形狀的內(nèi)孔，這些內(nèi)孔面積要比固定碳表面的面積大幾個數(shù)量級。有時氧氣還會擴(kuò)散，與內(nèi)孔表面的碳發(fā)生氧化反應(yīng)，固定碳的氧化反應(yīng)是一個比較復(fù)雜的過程，即在較短的時間內(nèi)完成動力擴(kuò)散及過度燃燒，最終實(shí)現(xiàn)固定碳完全燃燼的目的。

4 煤的成灰特性

煤粒的灰質(zhì)特性決定于煤粒在循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中的膨脹、破碎和磨損過程，即熱破碎過程。它即與煤粒本身的特征：包括煤種、粒度和煤的組成成分有關(guān)，還與循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行操作條件有關(guān)，如：床溫、風(fēng)量、加熱速率等。煤的破碎特征直接決定了床內(nèi)固體顆粒濃度以及顆粒揚(yáng)析夾帶過程，爐內(nèi)的傳熱過程以及顆粒的燃燒過程，從而對爐內(nèi)熱負(fù)荷的分布有極為重要的影響。煤粒在流化床內(nèi)的破碎特征是指煤粒在進(jìn)入高溫流化床后其粒度發(fā)生急劇減小的一種性質(zhì)。熱破碎和磨損是導(dǎo)致煤粒在流化床中尺寸減小的兩種途徑。熱破碎又分為兩類：第一類破碎是由于煤粒在高溫流化床內(nèi)揮發(fā)份快速析出而在煤粒內(nèi)迅速急劇，導(dǎo)致顆粒內(nèi)部形成壓力梯度而引起的破碎；第二類破碎是析出揮發(fā)份之后，由于高溫?zé)釕?yīng)力的作用，削弱了煤粒內(nèi)部各因素之間結(jié)合的化學(xué)鍵力，導(dǎo)致各種不規(guī)則形狀晶粒之間的聯(lián)結(jié)骨架被燒掉。顆粒在流化床中的急劇碰撞運(yùn)動的作用下引起的破碎。煤粒進(jìn)入高溫流化床后，受到熾熱的床料加熱，首先是水分的蒸發(fā)，然后當(dāng)煤粒溫度達(dá)到熱解溫度時，煤粒發(fā)生脫揮發(fā)份反應(yīng)，由于熱解的作用，煤粒的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生急劇的變化。對含有高揮發(fā)份的褐煤，熱解期間將伴隨一個短時發(fā)生的擬塑性階段，即煤粒在熱解期間，經(jīng)歷了固體轉(zhuǎn)化為熱塑性體，又由熱塑性體轉(zhuǎn)化為固體的過程。對于大顆粒煤粒由于溫度的不均勻性，顆粒表面部分最早經(jīng)歷這一轉(zhuǎn)化過程，即在顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱塑性體時，煤粒外表面可能已經(jīng)固化，因此熱解的進(jìn)行以及熱解產(chǎn)物的滯留作用，即所產(chǎn)生的揮發(fā)份在煤粒內(nèi)的聚集，導(dǎo)致煤粒內(nèi)部存在明顯的壓力梯度。當(dāng)其壓力超過一定值后，已經(jīng)固化的煤粒表面層就會崩裂，破碎。這也是褐煤特性決定的。

因此，我公司75噸爐循環(huán)流化床鍋爐在改換煤種后，在降低爐底渣含碳量方面取得明顯經(jīng)濟(jì)效益，同時也建議推廣所有使用循環(huán)流化床鍋爐的用戶在燃煤方面選用褐煤。

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