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1、煤泥、煤矸石混烧在220t/h循环流化床锅炉中的工业应用 张月军1 张桂英1 胡亦工1(1.山东电力工程咨询院,山东 济南 250013)内容摘要本文计算并分析了混烧比例在较大范围内波动时，对燃烧系统诸参数的影响。根据浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室的实验公式，通过计算，分析混烧煤泥煤矸石时燃料投入次序不同对启动的影响，提出了机组启动时的投入燃料次序要求：先投入原煤燃烧，其次是煤矸石和煤泥。关键词煤泥 煤矸石 混烧 循环流化床 1. 绪论随着煤炭洗选工业的迅速发展，我国每年排放的煤矸石和洗煤泥量也有了很快的增长。人们往往将废弃的煤矸石堆积起来，占用了大量的土地资源，若将煤矸石投入
2、循环流化床锅炉燃烧，则在利用了低质能源的同时又处理了煤矸石，对煤矿企业有很好的经济效益和社会效益；煤泥遇水即流失，风干即飞扬，极易造成对周围环境的污染。因而掺烧煤泥不再仅仅是利用低质能源，更在于其环保意义。洗煤泥的处理极为复杂。国外有的采用煤泥回填的方式，有的采用循环流化床燃烧的方式，但由于在采用流化床燃烧时，遇到了很多技术上的问题，比如说，煤泥的输送问题，煤泥的杂物处理问题以及煤泥在流化床内燃烧时流化不充分的问题等，总的来说，输送问题在德国研究比较多，也较为成熟，工业应用也较多，其煤泥泵输送方案得到了很好的应用；杂物处理不当，能直接危害煤泥系统的安全运行，但由于煤泥是一些极为粘稠的混合物，过
3、滤极为不易，现在还没有很好的可行的方案来处理杂物，只能采用人工将较大的杂物取出；针对煤泥在流化床内燃烧时流化不充分的问题，浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室及热能工程研究所进行了一些基础性研究，但在基础理论的应用分析及对工业应用中出现的一些具体问题的分析研究方面较为缺乏，当然导致这种情况的主要原因是煤泥煤矸石混烧在全国的应用比较少，其次电厂运行中发现的一些实际困难问题，并不能很好地与研究部门相协调处理。在查阅国外的研究文献时，也发现这一方面的文献非常少。本课题的由来，是由于南屯三期工程在实际运行过程中，发现投入煤泥后，锅炉结渣严重，经厂家、电厂方多次分析造成这种情况的原因，没有找到
4、很好的方案。作者在翻阅相关文献时，对相关问题特别感兴趣，就注意收集相关资料，分析相关问题，全面结合南屯四期实际设计工作的有利条件，分析研究了相关问题，并延伸出了更多的问题和思考。本文参考中外合资山东兖矿科澳南屯四期工程设计及中外合资山东兖矿科澳南屯三期工程运行的实际情况进行了以下两个问题的分析研究 ：（一）煤泥煤矸石混烧对燃烧系统的影响：重点是根据南屯电厂提供的原始数据，厂家提供的原始资料，运用相关的计算公式，计算在煤泥煤矸石混烧与纯烧原煤的情况下以及在混烧比例不同的情况下，对燃料消耗量、理论空气量、石灰石消耗量、烟量、风量等的影响。（二）煤泥煤矸石混烧对流化床燃烧及结渣的影响：重点是运用浙江
5、大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室的实验公式，依据电厂提供的原始数据，计算分析了物料流化的状态，深入分析了煤泥凝聚结团的特性，计算出了煤泥的最小粒度要求。通过计算，分析混烧煤泥煤矸石时燃料投入次序不同对启动的影响，提出了机组启动时的投入燃料次序要求。2参考工程概况中外合资山东兖矿科澳南屯四期工程（1X50MW），安装一台220t/h高温高压循环流化床锅炉，采用引进Alstom公司技术，哈锅制造的循环流化床锅炉。中外合资山东兖矿科澳南屯三期工程的基本情况与四期一致。不同的是四期设计煤种是原煤(40%)、煤泥(25%)、煤矸石(35%)，而三期设计煤种是煤泥(25%)、煤矸石(75%)。锅
6、炉技术规范： 型号： HG-220/98-LM锅炉额定蒸发量 220t/h 过热蒸汽出口压力(表压) 9.81MPa(100kgf/cm2) 过热蒸汽温度 540 给水温度 215 预热器进口温度 25 锅炉效率： 89.85%制造厂：哈尔滨锅炉有限责任公司3. 洗煤泥与煤矸石混烧对燃烧系统的影响3.1 煤种特性3.1.1洗煤泥特性洗煤泥是煤洗选过程中的废弃物，其特点是颗粒很细（一般颗粒小于0.5mm），水分高，灰分高，粘度大，不易运输，而且在堆积状态下形态也极不稳定。各矿所产生洗煤泥成分差别较大，南屯矿的洗煤泥成分为：项目名称符号单位数值项目名称符号单位数值收到基碳Car%46.11收到基氢
7、Har%3.14收到基氧Oar%6.05收到基氮Nar%0.86收到基硫St,ar%0.43收到基灰份Aar%20.76收到基水份Mt%22.65低位发热值Qnet,arkJ/kg17480干燥无灰基挥发份Vdaf%22.35灰软化温度T11400灰变形温度T21400灰流动温度T31400 3.1.2 煤矸石特性煤矸石也是采矿过程中的废弃物，其发热量很低，颗粒大，易脱水，便于运输，在堆积状态下也比较稳定。除占用土地外，对环境影响不大。南屯矿的煤矸石成分为：项目名称符号单位数值项目名称符号单位数值收到基碳Car%30.46收到基氢Har%2.07收到基氧Oar%8.20收到基氮Nar%0.52
8、收到基硫St,ar%0.62收到基灰份Aar%53.83收到基水份Mar%4.3低位发热值Qnet,arkJ/kg11182干燥无灰基挥发份Vdaf%43.32灰软化温度T11400灰变形温度T21400灰流动温度T314003.2 25%煤泥与75%煤矸石混烧与纯烧原煤的比较3.2.1 燃烧计算的原始数据：南屯采用原煤的成分为：项目名称符号单位数值项目名称符号单位数值收到基碳Car%62.92收到基氢Har%3.95收到基氧Oar%7.84收到基氮Nar%1.13收到基硫St,ar%0.56收到基灰份Aar%13.9收到基水份Mt%9.7低位发热值Qnet,arkJ/kg24732干燥无灰基
9、挥发份Vdaf%38.73灰软化温度T11400灰变形温度T21400灰流动温度T3140025%煤泥与75%煤矸石混合后的成分：项目名称符号单位数值项目名称符号单位数值收到基碳Car%34.37收到基氢Har%2.34收到基氧Oar%7.66收到基氮Nar%0.61收到基硫St,ar%0.57收到基灰份Aar%45.56收到基水份Mt%8.89低位发热值Qnet,arkJ/kg12757干燥无灰基挥发份Vdaf%38.08灰软化温度T11400灰变形温度T21400灰流动温度T31400循环流化床锅炉的基本参数序号内容符号单位设计依据数值锅炉型号及参数1锅炉型号2蒸发量Dgrt/h锅炉厂资料
10、220 3过热蒸汽温度tgr锅炉厂资料540 4过热蒸汽压力PgrMPa锅炉厂资料9.8 5过热蒸汽焓igrkJ/kg 查水蒸汽表3477.16 6汽包工作压力PHMPa锅炉厂资料10.8 7排污水焓ipwkJ/kg 查水蒸汽表1442 8排污率pw锅炉厂资料0.02 9给水温度tgs锅炉厂资料215 10给水压力PgsMPa锅炉厂资料11.02 11给水焓igskJ/kg 查水蒸汽表923.6 12锅炉效率gl锅炉厂资料89.85 13锅炉脱硫效率tl(Esor)锅炉厂资料90.7 14钙、硫摩尔比Ca/S (R)锅炉厂资料2.1 15空预器出口风温tky锅炉厂资料182 16空预器进口风温
11、tky 锅炉厂资料25 17排烟温度tpy锅炉厂资料138 18化学未完全燃烧损失q3锅炉厂资料19机械未完全燃烧损失q4锅炉厂资料3.11 20炉膛出口过剩空气系数l锅炉厂资料1.2 21炉膛漏风系数l锅炉厂资料0.0 22炉膛飞灰系数fh锅炉厂资料0.4 空预器出口过剩空气系数py锅炉厂资料1.20 3.2.2 燃料消耗量及理论空气量的计算比较 燃料消耗量 Bg=gr(igr-igs)+pw(ipw-igs)Q.pgl原煤 Bg=25.383t/h 混烧 Bg=49.213t/h 计算燃料消耗量 BjBg（100q4）100原煤 Bj =24.594t/h 混烧 Bj =47.682t/h
12、理论空气量 V00.0889（Car0.375Sar）0.265Har0.0333Oar原煤 V0=6.573 Nm3/kg 混烧 V0 =3.439 Nm3/kg3.2.3石灰石消耗量的计算比较序号内容符号单位计算公式数值数值石灰石消耗量的计算原煤混烧1碳酸钙的分子量CaCO3100 100 2硫的分子量S32 32 3碳酸钙与硫的分子量比CaCO3S3.125 3.125 4石灰石消耗量Bst/hBs（CaS）Sar(CaCO3)Bg1.005 1.992 3.2.4 烟量的计算比较序号内容符号单位计算公式数值数值烟量的计算原煤混烧1理论氮气量VN20 Nm3/kg VN200.79V00.008Nar 5.063 2.722 2理论三原子量VRO20 N
