国内外褐煤利用现状

1、电站锅炉掺烧褐煤结焦特性实验研究中国电力工业自改革开放以来呈现迅猛发展的趋势，尤其近年来,我国电力工业发展迅速,燃煤电厂越来越多，火力电站的装机容量也越来越大,单机容量已经由70年代的以100200MW为主力机组发展到了现在以300600MW作为主力机组。预计到本世纪末,火力发电用煤量约占据原煤消耗的1/3，每年耗煤量达5亿5000万吨左右。尽管如此，燃煤发电仍然占据电力行业的主导地位，而且在未来可预见的时间内仍然难以根本扭转。中国处于世界上最大的煤炭生产和消费国的地位，同时也是世界上唯一一个几乎以煤为主的能源消费大国。煤炭消耗约占我国一次能源消费总量的70%，而且其中50%左右的原煤应用于燃

2、烧发电。根据中国电力企业联合会统计，2013年我国火电供电平均煤耗量为321克每千瓦时，燃煤发电的整体效率已经接近世界先进水平，但是随着我国燃煤发电装机容量及其年发电量的迅猛增长，呈现了以烟煤和无烟煤为主的动力煤储量逐年减少的现状，从而不得不面临优质煤炭资源难以满足我国国民经济长期而且稳定发展的问题。因此，从节约能源及经济性方面考虑，电厂已经逐步开始开展混煤掺烧技术，即将一种或多种非标准煤与设计煤种混合,从而供应于燃煤锅炉。此外，我国褐煤资源丰富，到1995年年底，我国已探明的褐煤保有储量为1303亿吨，占全国煤炭储量的13【1】。但是褐煤在燃烧发电的应用方面远远地落后于烟煤和无烟煤等优质动力

3、煤，考虑到国内绝大多数电厂对设计煤种的要求，同时随着混煤掺烧技术的发展，决定进行掺烧褐煤来解决电厂用煤紧张，锅炉机组的安全、稳定、经济运行的问题，同时实现对品质相对较差的褐煤资源的充分利用。然而褐煤具有高灰分、高挥发分、灰熔点低等煤质特性，不得不考虑掺烧褐煤对电站锅炉结焦特性的影响以及对燃烧特性的影响。中国电力工业自年改革开放以来呈现迅猛发展的态势，每年平均新增装机容量万千瓦以上。年，中国的年发电量达万亿千瓦时，居世界第一位；装机容量达亿千瓦，居世界第二位。而早在年，中国净发电量总额达到万亿千瓦时，超过美国的年净发电量万亿千瓦时，跃居世界第一。在人均电力装机容量和人均用电量方面，尽管年我国人均

4、用电量度比世界平均水平约高度，排名世界第五十五位左右，但过去十年内我国人均用电量净增度，预计到“十二五”末我国人均电力装机将会超过千瓦，人均用电量也将达到千瓦时。在电源结构方面，电力结构不断优化，万千瓦及以上的机组约占，万千瓦的火力发电机组己成主力机组，近年来供电煤耗下降了克标准煤千瓦时。于此同时，以水电和风电为代表的清洁能源发电量呈现快速发展势头，以年为例，清洁能源总发电量达亿千瓦时，同比增长，其中，水电亿千瓦时、核电亿千瓦时、风电亿千瓦时以及太阳能发电亿千瓦时的同比增长分别达到、和。尽管如此，燃煤发电仍然占据主导地位，且在未来可预见的时间内难以根本扭转。中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，

5、也是当今世界上几乎唯一以煤为主的能源消费大国。煤炭约占我国一次能源消费总量的，其中左右的原煤用于燃烧发电。据中国电力企业联合会统计，年我国火电供电平均煤耗为克千瓦时，燃煤发电整体效率已接近世界先进水平，甚至出现了以上海外高桥第三发电有限责任公司为代表的世界最先进水平，年，该公司两台超超临界机组在负荷率情况下，含脱硫和脱硝的实际运行供电煤耗已经达到克千瓦时，成为世界上第一个发电煤耗小于克千瓦时的电厂，成功改变了中国电力工业长期跟随世界先进国家电厂的局面。但是随着燃煤发电装机容量和年发电量的迅猛增长，导致以烟煤和无烟煤为主的动力煤储量呈现逐年减少的现状，面临优质煤炭资源难以满足国民经济长期稳定发展

6、的瓶颈问题。另一方面，我国褐煤资源丰富，己探明的褐煤保有储量为亿吨，约占煤炭总保有储量的。但是在褐煤的燃烧发电的研发和应用方面远远落后于烟煤和无烟煤等优质动力煤，同时考虑到国内绝大多数在役电厂设计煤种的要求。因此，迫切需要根据锅炉的实际运行特性开展褐煤掺烧性能研宄，通过改进摘要：中国煤炭资源主要分布在内蒙古地区，虽然储量丰富，但是由于分布不均匀、开发利用不够充分，以及动力煤资源的短缺，而且考虑到我国低劣质煤储量丰富但利用率低，所以近年来，混煤燃烧技术逐渐发展起来。原来燃烧设计烟煤的电站锅炉已经开始掺烧作为低劣质燃料的褐煤来满足电厂用煤需求，从而降低发电成本。本论文研究了国内外混煤燃烧技术的发展

7、现状，同时，通过对烟煤及烟煤与褐煤的混煤进行物理化学实验研究，分析掺烧褐煤后影响锅炉受热面结焦的因素，以及不同掺烧比例对锅炉结焦特性的影响，为褐煤的合理利用提供基础数据，确定合理的掺烧比例，为褐煤掺烧技术的发展奠定基础。关键词：电厂锅炉；褐煤掺烧；褐煤；结焦特性Abstact: China's coal resources are mainly distributed in Inner Mongolia region, although is abundant, but due to the uneven distribution, development and utilizatio

8、n of inadequate, and steam coal resources shortage, and considering the low utilization rate of inferior coal reserves but low in our country, so in recent years, the mixed coal combustion technology developed gradually. The original design of bituminous coal burning power plant boiler has begun mix

9、ing as low inferior fuel burning lignite to meet the demand of power plant coal, to reduce cost. This paper studies the current situation of the development of mixed coal combustion technology at home and abroad, at the same time, through the mixing of bituminous coal and bituminous coal and lignite

10、 coal physical chemistry experiments, analysis content after burning lignite effect of coking on heating surface of boiler and factors, and the influence of different blending ratio on boiler coking properties of lignite rational utilization to provide basic data, determine the reasonable blending r

11、atio, lay the foundation for the development of lignite blending technology.Key words: power plant boiler; blending lignite; lignite; coking properties1绪论 国内外混煤燃烧技术现状褐煤是泥炭沉积后经过脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物 ,具备结构疏松、水分高、灰分高、高挥发分、低发热量以及低灰熔点的特性，是煤化程度最低的煤种。某些褐煤还含有较多的纤维分,这些特性导致褐煤的应用面临许多困难。但是,在目前全球能源日益紧张的形势之下, 褐煤的经济价

12、值及其相关的加工生产技术,日益被世界能源界所重视。我国褐煤资源丰富,但是由于褐煤高水分、高灰分、高挥发分等煤质特性不能单独运用于燃煤电厂,否则会导致锅炉受热面的结焦，影响锅炉的稳定运行。然而，随着能源的紧缺，所以原来设计燃烧烟煤的锅炉已经开始掺烧褐煤，不仅节约能源，而且降低了发电成本，显然开发褐煤综合利用新技术是必然的选择。然而与此同时，不得不考虑褐煤作为低热值燃料可能导致锅炉受热面结焦特性发生改变，所以必须通过常规设计燃烧烟煤和褐煤的掺烧实验进行分析，分析掺烧后锅炉受热面的结焦特性变化，确定合理的掺烧比例，从而为褐煤掺烧的合理利用提供基础数据。2国内外掺烧褐煤研究现状 分布及问题：解决措施2

13、.1 国外褐煤资源分布及发电现状 褐煤煤化工。世界褐煤的地质储量约为4万亿t1。据统计,全世界褐煤储量足够供2100座发电能力为1000 M W的电站使用30年。主要分布在德国、俄罗斯、美国、澳大利亚等国家,这些存储大国,均对褐煤的开发利用的较早,研究也比较深入,己经形成了不同容量等级的电站常规煤粉炉的系列成熟产品,褐煤锅炉燃烧技术相对比较稳定,其中德国、美国应用褐煤作为电站锅炉动力用煤使用较广泛。德国有着丰富的燃用高水分、碳化程度浅褐煤的经验,是拥有世界上百万等级褐煤锅炉的主要国家,其最大的超超临界褐煤锅炉为装于Niedrauem电厂的950MW锅炉,塔式布置、单切圆燃烧、正方形炉膛、主汽压

14、力为26.5MPa。其它的百万等级褐煤锅炉,如Li ppendorf940MW锅炉、Frimmerdorf915M和SchwarzePumpe的815MW锅炉2。美国褐煤水分高,灰分较少,煤质较硬,磨损性强且难燃烧。美国在六、七十年代生产的容量为500 800 MW的褐煤锅炉大部分为亚临界控制循环和自然循环锅炉,大容量锅炉一般采用复合循环直流锅炉,四角布置摆动式燃烧器,采用摆动式燃烧器进行蒸汽温度调节。为尽量减少结渣等问题,在炉膛结构设计方面一般采用的数据较为保守,同时经常采用分级燃烧方式来控制NOX的生成。锅炉制粉系统与欧洲国家有明显区,普遍采用中速磨正压吹式制粉系统。遍采用中速磨正压吹式制

15、粉制统。1.2国内褐煤资源分布及发电现状我国的褐煤资源丰富,已探明的保有储量达1303多亿吨 ,占全国煤炭储量的17% 3 ,在我国煤炭资源中占有重要地位。煤田地质勘探资料表明 ,中国的褐煤资源主要分布在华北地区,约占全国褐煤地质储量的75%以上 ,见表14 。其中,以内蒙古东部地区赋存最多 。西南区是中国仅次于华北区的第二大褐煤基地 ,其储量约占全国褐煤的 12. 5%, 其中大部分分布在云南省境内。但是 ,西南区的褐煤几乎全部是第三纪较年轻褐煤 , 而华北区的褐煤则绝大多数为侏罗世的年老褐煤 。东北、中南、西北和华东四大区褐煤资源的数量均较少。根据我国褐煤资源分布情况 ,国内可以建设依敏河

16、霍林河、元宝山、鸡西 、内蒙古锡盟地区 、昭通电力基地。2.2国内外在褐煤掺烧燃烧发电过程中存在的问题及解决对策国内外在褐煤掺烧燃烧发电过程中存在的问题褐煤发电存在的主要问题( 1) 燃料特性 对褐煤而言,着火的稳定性、灰分的结渣特性、可燃质的燃尽特性、燃料的干燥和磨制特性、燃料在炉内受热面上的结渣特性、对尾部受热面的磨损、腐蚀和堵灰特性及特殊的“灰爆”特性都很重要。对于高水分、低热值的年青褐煤而言,运行时要着重考虑的是燃料的干燥、磨制和着火的稳定性问题,同时对结焦问题要予以足够的重视。而对于一般性老年褐煤,运行时特别要注意的则是炉内的结焦问题。此外,由于褐煤的高水分、高灰分、低热值、低灰熔点

17、等特点,还将给锅炉机组的运行带来一系列特殊问题:由于煤耗量增大,燃料的采、运、储、加工等投资增大,锅炉的体积大、钢耗高,使锅炉机组的造价和土建费用增大,运行和维护费用增大等。这在一定时期将会给褐煤资源的开发利用造成利影响 。( 2) 褐煤脱水 褐煤本身含水量很高,不适合远距离运输,同时发电厂在用褐煤发电前要进行脱水,这一过程耗费了大量能源,资金和设备,对环境也造成了一定的影响,因此,开发高效节能的褐煤脱水技术成为首要任务。( 3) 炉膛结渣 锅炉结渣是燃烧褐煤火电厂频发性问题,一直是危害着锅炉安全性能和可用率,迄今远未能有效解决。结渣的主要原因是温度高于灰的软化点的烟气冲刷受热面时,烟气中熔融

18、的灰渣粘附到受热面上,造成结渣11,其危害很大,炉膛内结渣会增加水冷壁受热面的传热阻力,使炉膛出口烟温升高,造成对流受热面超温;燃烧器喷口及其附近结渣,会使炉内动力工况改变,直接影响风粉混合及燃烧;炉膛出口受热面结渣,则会使过热器超温,并增大通风阻力,严重时使燃烧恶化。因此,如果煤的预处理或燃烧方式无大改变,结渣问题将继续是困扰人们的主要问题,而且也许会愈演愈烈。而且随着机组容量的增大,炉膛燃烧区域的冷却程度相对降低。这对稳定燃烧有利,但增加了促进结渣的因素。( 4) 低温腐蚀 褐煤挥发份高,挥发分析出燃烧后所形成的焦炭粒空隙较多,增加了与空气接触的表面积,燃烧反应加强,结果是焦炭燃尽时间较短

19、,造成炉膛出口烟温下降;同时,褐煤水分含量高,水分蒸发需要吸收大量的气化潜热,炉膛出口烟温降低将使过热气温降低12。所以位于锅炉尾部受热面的空气预热器容易出现低温腐蚀。腐蚀的结果会造成空气预热器管子泄漏损坏,造成严重漏风,引起燃烧工况恶化。( 5) 设备磨损 褐煤含水量高,烟气容积将增大,通过对流受热面的烟气量增加, 导致烟气流速增加。受热面磨损量与冲刷它的烟气流速三次方成正比,结果会引起热面磨对流受损剧增。由于省煤器处于烟温较低处,灰粒的硬度较大,磨损较严重,同时,省煤器一般按错列布置,其磨损问题比过热器更为突出。3.2 防止和减轻措施(1) 防止和减轻结渣的措施采用“低温燃烧”技术,其主要

20、用来抑制炉内结焦,即在炉内保持一个较低而又能稳定燃烧的温度水平,通常要求火焰中心温度在 11001200范围内。此技术的基本思路是把褐煤易于着火而燃烧稳定的有利条件和高温时容易发生结焦的不利条件结合起来 ,从而保证锅炉的安全运行。通常炉内温度的高低 ,一方面取决于燃料带入的热量和烟气的放热特性 ,另一方面则取决于炉膛出口烟温的高低。炉内温度及其分布的正确选择,可以保证煤粉的正常着火、燃烧和燃尽,有效防止炉内结焦。针对炉内结焦问题 ,往往采用较大的炉膛,通辽发电总厂和赤峰热电厂通过采用合适的炉膛断面热负荷,燃烧器区域热负荷及双调节煤粉浓缩燃烧技术对燃烧系统进行设计,有效的防止了炉内和喷口结渣,同

21、时达到了50%负荷不投油稳燃 13(2) 减轻低温腐蚀的措施为防止或减缓低温腐蚀 ,可采取从燃料及烟气中除硫、提高受热面的壁面温度以及采用防腐新材料等措施。( 3) 防磨损措施为确保锅炉设备的正常运行 ,应防止锅炉受热面磨损问题 ,尤其是省煤器的磨损 。要减少省煤器管子磨损爆管事故 , 事先应采取使气流速度均匀的措施 ,消除局部区域流速过高现象 14 。另外对一些易磨损的部位 , 进行防磨涂料处理且加装防磨盖板。3 实验研究褐煤与烟煤燃烧，灰融性实验装置 掺烧比例 20 25 30 40 仪器 元素分析仪 样品的制备 煤样 筛子 不大于 10-15mg，三种式样，三种速率10度每分钟30 实验过程 实验内容 元素分析，实验结果 分析总结4结论 提出问题，结焦特性判别项别ST/Rz综合指数SiO2 /Al2O3结论结焦特性 1390-1. 51.5 1.75 1. 87-轻微中偏轻判别范围12601390 -12601.75 2.252.252.52. 51.87 2.65-2.65中等中偏重严重表 3 结焦特性判别项别 ST/ Rz 综合指数 SiO2 /Al2O3 结论 1 390 1. 5 1. 87 轻微结焦特性 1. 5 1. 75 中偏轻判别范围1 260 1 390 1. 75 2.