循环流化床锅炉燃料煤应用现状、问题及解决方案

郑仰峰　李兴发　张吉东　商一冰　申梦洁　刘洋

摘 要：为了更全面的了解煤化工企业，本文以兖矿鲁南化工有限公司为例，对煤化工企业锅炉燃料煤的现状和技术进行研究。通过分析锅炉燃料煤的采购使用情况，锅炉的型号，锅炉燃料煤设计煤质状况，锅炉蒸汽曲线，锅炉燃烧洗混煤出现的问题及解决方案，得出现在煤化工企业锅炉燃煤的现状，以及燃烧洗混煤的优化技术。以此为现在的煤化工企业解决锅炉燃煤问题，尤其是燃烧洗混煤提供技术参考。

关键词：煤化工；锅炉燃料煤；循环流化床；蒸汽指标；洗混煤

1 概述

我国的能源结构是“富煤、贫油、少气”，在能源消费中，煤炭所占比重能达到60%。利用煤炭最主要的形式是燃烧，现在国内多使用循环流化床锅炉来燃烧煤炭[ 2 ]，而许多企业为节省成本，多采用劣质煤或泥煤进行掺烧，在此过程中如果盲目使用混煤，可能会造成循环流化床锅炉的损毁，导致企业的停工停产，给企业带来经济损失，因此对循环流化床锅炉燃料煤的研究显得尤为重要。

本文以兖矿鲁南化工有限公司为例，对煤化工企业循环流化床锅炉燃料煤的使用情况，出现的问题及解决方案进行研究，得出一套合理使用洗混煤的模式。此研究内容可为其他使用循环流化床锅炉的煤化工企业提供经验参考。

2 兖矿鲁南化工有限公司2013年-2015年份锅炉燃料煤的采购和使用情况

2.1 公司2013年-2015年锅炉燃料煤采购和热值情况分析

自2013年-2015年，该公司采购了大量的锅炉燃料煤，用于循环流化床锅炉的燃烧，以此为整个生产系统提供动力。锅炉燃料煤具体的采购情况可见表1，根据表1分析，从量上来看，在2013年-2015年期间，采购的锅炉燃料煤的量和热值都在逐年增加，但是热值全部都稍高于公司对于锅炉燃料煤的设计热值（4830大卡）。燃烧热值远低于设计锅炉煤热值的煤炭时，可能会降低密相区温度，影响燃烧，而且低热值煤炭的折算灰分和折算水分比较高，会占用炉内燃烧份额，降低锅炉的效率；燃烧远比设计锅炉燃料煤热值高的煤炭，炉内温度过高，会有结焦的风险[ 3 ]。公司采购的锅炉燃料煤热值略大于设计锅炉煤煤质的热值，采购的煤炭合理，同时也为掺烧劣质锅炉煤提供了条件。

2.2 公司2013年-2015年消耗锅炉燃料煤情况分析

公司采购的锅炉燃料煤全部用于锅炉燃烧，用来供热电和蒸汽，在生产过程中，吨煤产量这个指标很重要，它可以将锅炉燃料煤的热值，转变成需要的产品，即是将锅炉燃料煤的热能转化成电能和蒸汽能。根据表2，消耗一吨锅炉燃料煤，大约可以得到150kg的热电蒸汽，锅炉燃料煤的热值在小范围内波动，对此没有影响。

3 兖矿鲁南化工有限公司使用劣质锅炉煤情况分析

3.1 公司现有锅炉概况

公司自2002年-2011年期间，共安装了循环流化床锅炉8台，其中有3.8MPa压力等级的锅炉4台，具体又分为产汽量为75t/h烟囱座为120m的两台，产汽量为130t/h烟囱座150m的两台；另外四台锅炉是9.8MPa压力等级，其中产汽量为130t/h烟囱座为150m的有两台，产汽量为260t/h煙囱座为150m的一台，产汽量为260t/h烟囱座为90m的有一台，具体情况见表4。

公司为配合锅炉运行，安装了2台汽轮发电机组，循环流化床锅炉每年可使用锅炉燃料煤约70万吨。

3.2 兖矿鲁南化工有限公司生产装置对锅炉蒸汽指标的要求

公司的锅炉在生产运行中和发电厂锅炉所起的作用有根本的差别，整个公司化工装置的动力都是通过循环流化床锅炉燃烧煤炭来提供，锅炉的稳定性对整个生产系统起着至关重要的作用。循环流化床锅炉日常主要作为公司空分、合成装置的压缩汽轮机驱动装置，此过程对锅炉蒸汽压力、温度指标要求较为严格，严禁出现锅炉负荷大的波动，否则空分、合成汽轮机容易联锁跳车。

公司目前存在两种3.8Mpa蒸汽压力系统，一种靠多台3.8Mpa压力等级的锅炉加减负荷进行压力调节，但是，这种方式压力波动很大，见图1蒸汽压力曲线，蒸汽压力调控困难；另一种是从9.8Mpa蒸汽压力管网减压来进行压力调控，此种方式蒸汽管网 压力比较稳定，见图2蒸汽压力曲线，蒸汽压力调控容易。

3.3 循环流化床锅炉设计燃煤煤质情况

公司设计的锅炉燃煤是烟煤，根据表4可以看出，设计煤的热值不是很高，为4830大卡，略低于公司采购的锅炉燃料煤，这种煤炭燃烧可以得到53.03%的基碳，6.95%的全水分，6.61%的基氧，3.30%的基氢，0.98%的基氮，0.43%的基硫，28.70%的灰分。

设计煤中含量最高的是碳，含量最低的是硫，设计煤含水分在10%以下[ 1 ]，非常利于在锅炉中燃烧，不会造成锅炉管道堵塞。灰分远低于51.27%[ 3 ]，可以掺烧部分劣质锅炉煤，不至于灰分含量过高，锅炉内燃烧产生的烟气中飞灰急剧增加，加重锅炉的水冷壁的磨损[ 4 ]，从而可以保护锅炉，延长锅炉使用寿命。

4 锅炉燃烧洗混煤带来的问题

1）当前，该公司使用的洗混煤（锅炉燃料煤和劣质锅炉煤）热值在4700～5000大卡，含水量在7%左右，灰分低于35%，碳、氢、氧、硫的含量均符合循环流化床锅炉设计煤质的情况。而在2013年-2015年期间，公司使用的锅炉煤部分为各大煤矿的洗混煤，水分在12%左右，由于洗混煤中掺加部分洗精煤粉，含水量和粘度比较大，很容易造成粘壁，随后粘结成团产生收口，发生架桥情况，致使落煤槽堵煤，还可能在落煤管的折流板上产生粘结积累，发生落煤管堵塞，导致锅炉断煤熄火[ 5 ]，这时就需要大量的人力物力去疏通管道，严重影响了公司的生产，给公司带来损失。

2）该公司的260吨流化床锅炉运行周期在100天左右，循环流化床锅炉掺烧洗混煤或煤泥会增加对其的磨损。公司为降低采购成本，协同煤化供销公司采购了部分高硫低热值的煤炭（硫含量1.3%，發热量4000大卡，灰分42.01%）和采购的锅炉燃料煤进行1：4比例掺烧使用，但是，由于低热值煤的灰分在40%左右，灰分含量过高，热值过低，就要增加锅炉煤的输送量，结果在锅炉煤燃烧过程中，烟气中的飞灰浓度剧增，增加了对锅炉水冷壁的磨损[ 4 ]，结果发现锅炉水冷壁磨损严重。

5 兖矿鲁南化工有限公司锅炉燃烧洗混煤的解决方案

1）在使用含水分比较大的洗混煤之前，需要解决煤湿问题。

首先是利用当地的魏庄煤场（可存煤2万吨）进行晾晒，然后再将晾晒后的锅炉煤倒运到干煤棚（存煤2万吨）进行使用。如果是在夏季、冬季遇到连阴雨天气，导致晾晒时间很长，无法保证现场有足够的干煤炭，此时可以通过掺烧一部分气化煤来保证锅炉的正常运行。

而后是充分利用场内的空间，对场内进行湿煤晾晒的地方进行改造，加装上干煤棚。

最后是公司要求煤矿企业对洗混煤进行预处理，对煤炭水分加以控制，如果将洗混煤的水分控制在8%以下再运送到公司，则对掺烧非常有利。

2）对循环流化床锅炉的上料装置进行改造，由于洗混煤的热值低，锅炉的输送煤量就会相应的增加，所以，需要对煤炭运输系统进行扩容，公司针对输煤系统皮带较小的问题，进行了皮带改造，扩大了皮带的宽度。经过改造后煤炭输送能力大幅度增加，解决了输送量小的问题。

3）公司注重科学研究，加强了和外部交流，共同研究流化床锅炉的防磨问题，以确保混烧劣质煤后，循环流化床锅炉的运行周期完整。

6 结论

1）公司在2013年-2015年期间，采购的锅炉燃料煤的量和热值都在逐年增加，热值均大于锅炉燃煤设计煤质的热值，但是锅炉燃料煤吨煤产量受煤炭热值的影响极小。

2）公司的8台循环流化床锅炉分3.8Mpa和9.8Mpa两个压力等级，其中3.8Mpa压力等级的锅炉中，靠多台3.8Mpa压力等级的锅炉加减负荷进行压力调节的锅炉蒸汽压力曲线不稳定，从9.8Mpa蒸汽压力管网减压来进行压力调控的锅炉压力曲线运行稳定。

3）公司设计使用的锅炉煤燃煤煤质中，热值为4830大卡，全水分为6.95%，灰分为28.70%，碳含量最高，硫含量最低，设计情况适合劣质锅炉煤的混烧。

4）公司在2013年-2015年期间使用洗混煤，由于洗混煤的含水量在12%左右，灰分大于40%，造成锅炉管道堵塞，水冷壁磨损严重，那么在燃烧前，需要对煤炭进行晾干，降低煤炭含水量。由于洗混煤的热值低，要保证足够热量就要加大輸送量，所以还需要加宽锅炉输送带的宽度。

5）煤化工企业使用循环流化床锅炉进行煤炭混烧时，混煤的水分控制在7%，灰分控制在30%，非常利于煤炭在锅炉中的燃烧，会减少对循环流化床锅炉的损坏。

参考文献：

[1] 姜英.煤化工用煤技术标准系统研究[J].煤炭科学技术，2008，36（12）：86-88.

[2] 林宗虎.循环流化床锅炉的发展过程及趋向[J].工业锅炉，2008，2：1-5.

[3] 黄中，肖平，江建忠.循环流化床锅炉燃料的优选[J].煤炭燃烧，2011，6（6）：43-46.

[4] 田群伟，周金英.循环流化床锅炉水冷壁磨损原因浅析及措施[J].大气肥，2012，35：121-124.

[5] 刘应官.高水分煤炭对输煤系统及锅炉运行的影响[J].云南化工，2015，42（4）：60-62.

作者簡介：

郑仰峰（1995-），男，汉族，山东青岛人，本科，主要从事矿山安全方面的研究。