高適燃高適準(zhǔn)東煤的灰鈉含量分析

高適燃高適準(zhǔn)東煤的灰鈉含量分析

新疆準(zhǔn)東油田預(yù)計(jì)將擁有3900億t煤炭?jī)?chǔ)量，儲(chǔ)量2136億t。這是中國(guó)和世界上最大的煤炭開采基地。目前,神華、潞安、魯能、兗礦等幾十家國(guó)內(nèi)大型能源企業(yè)正在新疆準(zhǔn)東地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的煤炭開發(fā)。準(zhǔn)東煤平均硫分含量為0.24%,在中國(guó)煤炭資源中屬特低硫分煤。準(zhǔn)東煤燃點(diǎn)低、燃盡率高、燃燒經(jīng)濟(jì)性高、污染物排放低,是優(yōu)良的動(dòng)力用煤,特別符合中國(guó)節(jié)能減排的目標(biāo)。但準(zhǔn)東煤灰熔融性低,灰中鈣、鈉、鉀含量較高,尤其是其中的Na2O含量多在5%以上,遠(yuǎn)超過目前國(guó)內(nèi)典型煙煤甚至是褐煤灰的含鈉水平。西安熱工研究院有限公司發(fā)現(xiàn)含鈉較高的準(zhǔn)東煤具有嚴(yán)重的沾污和結(jié)渣特性。烏魯木齊地區(qū)火電廠燃用準(zhǔn)東煤的實(shí)踐表明,對(duì)于在役機(jī)組鍋爐,準(zhǔn)東煤只有摻燒才能在現(xiàn)有煙煤鍋爐上燃用,且比例不能過高,否則容易出現(xiàn)爐膛燃燒器區(qū)水冷壁結(jié)焦,導(dǎo)致鍋爐爐膛出口煙溫升高,水平煙道受熱面高溫沾污,積灰嚴(yán)重,過再熱器管壁超溫爆管,嚴(yán)重時(shí)甚至不得不停爐清焦。葦湖梁、紅雁池一、二廠、烏石化自備電廠、天業(yè)電廠、甘肅酒鋼電廠等均出現(xiàn)了不同程度結(jié)渣和沾污。其中酒鋼電廠435t/h鍋爐燃用準(zhǔn)東煤1~2個(gè)月后,大屏、對(duì)流受熱面等區(qū)域還出現(xiàn)了嚴(yán)重的高溫腐蝕,被迫停爐。為了保證鍋爐安全運(yùn)行,需要根據(jù)目前電站鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐,提出可使鍋爐安全運(yùn)行的準(zhǔn)東煤灰沾污特性指標(biāo),以此來指導(dǎo)電廠配煤和新建機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)。1國(guó)內(nèi)外研究1.1電廠褐煤鍋爐的酸比、結(jié)渣性能及對(duì)爐稈結(jié)渣的影響德國(guó)是世界上燃用高鈉褐煤較多的國(guó)家,德國(guó)東部第三紀(jì)的含鈉鹽產(chǎn)地富集NaCl可達(dá)6.46%(灰中NaCl為38.06%),為高氯、高鈉煤。燃用褐煤的關(guān)鍵問題之一是爐內(nèi)結(jié)渣及對(duì)流受熱面沾污。主要原因是灰成分中堿酸比(B/A)偏高,尤其是Na2O,K2O含量較煙煤高。因此在褐煤鍋爐爐膛選型時(shí)需注意。研究發(fā)現(xiàn)褐煤灰分中的堿金屬含量超過3%時(shí)就一定要檢驗(yàn)其沾污、結(jié)渣性能,并且認(rèn)為f指標(biāo)超過3%~6%時(shí),鍋爐運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)問題,其中式中,B/A為堿酸比;ω1,ω2分別為灰中Na2O和K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。圖1為德國(guó)多種褐煤的f值。圖1中的設(shè)計(jì)煤和校核煤為神東電力五彩灣電廠1000MW鍋爐選型用準(zhǔn)東煤。按照它們的沾污表現(xiàn)及對(duì)鍋爐燃燒的影響劃分了3個(gè)區(qū)段。Ⅰ區(qū)為普通褐煤,鍋爐能夠正常運(yùn)行;Ⅱ區(qū)屬較強(qiáng)及嚴(yán)重區(qū),為了達(dá)到正?？捎寐?需要對(duì)鍋爐和燃燒系統(tǒng)采取降低爐膛溫度、加強(qiáng)吹灰等措施,以避免爐膛結(jié)渣及受熱面沾污;第Ⅲ區(qū)的褐煤則屬煤粉燃燒方式的禁區(qū)。1.2堿金屬氧化物中na2o含量對(duì)鍋爐國(guó)際煤灰的影響美國(guó)煤炭資源豐富,含鹽煤分布較廣,如密西西比和捷哈斯克盆地(南部含煤區(qū))以及福爾特-尤尼翁盆地的褐煤、亞煙煤和部分煙煤,代表性煤種如德克薩斯州的Wilcox礦區(qū)鈉含量為3.4%,達(dá)科他州的高鈉褐煤鈉含量高達(dá)7.4%。美國(guó)通常根據(jù)煤灰成分分析數(shù)據(jù),把煤灰分成煙煤型灰和褐煤型灰。研究認(rèn)為,堿金屬氧化物中Na2O含量對(duì)鍋爐沾污影響最為顯著。表1為以Na2O含量判別煤灰沾污的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn),可以確定準(zhǔn)東煤灰屬于典型的褐煤型灰,灰中常見的Na2O含量多在5%~6%及以上,沾污特性屬于高-嚴(yán)重等級(jí)。對(duì)褐煤型灰,堿金屬主要與有機(jī)質(zhì)結(jié)合(鈉和鉀的腐殖酸鹽),當(dāng)燒結(jié)時(shí),它們轉(zhuǎn)變成易揮發(fā)的化合物(碳酸鹽和硫酸鹽),當(dāng)升華時(shí),它們被細(xì)粒飛灰富集,提高了飛灰的燒結(jié)強(qiáng)度,使之難以清除。1.3煤中的鈉含量準(zhǔn)東煤開發(fā)利用之前,大多數(shù)煙煤和無煙煤礦區(qū)煤灰中Na2O和K2O含量之和小于3%,廣西晚二疊紀(jì)煤田個(gè)別礦區(qū)和煤層中含量較高,可達(dá)7%~8%;而在褐煤中,其含量通常大于3%,最突出的是廣西捻坪黃華洞I號(hào)礦層的灰成分,其含量高達(dá)12.08%,但未見全燒該煤層的報(bào)道?？傮w來看,中國(guó)由于高鈉煤應(yīng)用較少,尚未提出具有針對(duì)性的鈉含量指標(biāo),往往沿用美國(guó)、德國(guó)等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別。因此根據(jù)烏魯木齊地區(qū)電廠鍋爐燃用準(zhǔn)東煤的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié),找出適合中國(guó)國(guó)情的沾污特性指標(biāo)勢(shì)在必行。2鍋爐安全性分析因目前尚無大型、全燒準(zhǔn)東煤鍋爐投入運(yùn)行,能夠保證準(zhǔn)東煤鍋爐安全運(yùn)行的灰沾污指標(biāo)主要依據(jù)烏魯木齊周邊地區(qū)摻燒準(zhǔn)東煤的中小容量電站鍋爐運(yùn)行實(shí)踐得出。本著簡(jiǎn)單易行的原則,采用Na2O含量作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)。烏魯木齊周邊地區(qū)鍋爐在準(zhǔn)東煤開發(fā)之前,主要燃用葦湖梁、堿溝、大洪溝、鐵廠溝等煤礦的煤,這些煤具有熱值高、鈉含量低的特點(diǎn),灰熔融性與準(zhǔn)東高鈉煤接近或略高。近年來隨著電力用煤的緊張和準(zhǔn)東煤的開發(fā),電廠不得不大量摻燒高沾污、結(jié)焦性的準(zhǔn)東煤,并與不同調(diào)試單位合作進(jìn)行摻燒優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn),最終推薦的準(zhǔn)東煤安全燃用比例基本在50%左右。照此計(jì)算,可推斷出能夠保證鍋爐安全運(yùn)行的鈉含量指標(biāo)。但即使對(duì)于同容量鍋爐來說,由于鍋爐燃燒器類型和布置方式、熱負(fù)荷、最上層燃燒器至屏底距離、吹灰器數(shù)量和布置等設(shè)計(jì)參數(shù)以及運(yùn)行氧量、吹灰方式、磨投運(yùn)方式、煤粉細(xì)度、二次風(fēng)配風(fēng)方式等運(yùn)行參數(shù)不同,會(huì)導(dǎo)致鈉含量指標(biāo)值出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)。表2為烏魯木齊周邊地區(qū)典型電站鍋爐安全摻燒準(zhǔn)東煤時(shí)的鈉含量。表中數(shù)據(jù)是摻燒優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。由表2可以看出,對(duì)于目前200,300MW容量鍋爐,由于采用了燃燒器分段布置,爐膛和水平煙道過熱器布置了大量吹灰器等措施,對(duì)煤中鈉的適應(yīng)性明顯優(yōu)于100MW容量鍋爐。煤灰中鈉含量在3.0%左右時(shí)可實(shí)現(xiàn)鍋爐的安全運(yùn)行,而100MW容量鍋爐煤灰中鈉含量應(yīng)在2.5%左右。與表1中的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相比,該界限值明顯偏低,但從沾污指數(shù)f值需在1.39~3.30范圍內(nèi)分析,判別結(jié)果與德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)II區(qū)較為一致,即需要采取專門措施防止?fàn)t膛結(jié)渣和受熱面沾污。對(duì)于新建600,1000MW等級(jí)機(jī)組鍋爐,由圖2可以看出,鍋爐的容積熱負(fù)荷呈下降趨勢(shì),qV愈小,爐膛容積愈大,停留時(shí)間愈長(zhǎng),對(duì)煤粉燃盡愈有利,同時(shí)因爐膛受熱面增加而爐膛吸熱愈多,爐膛出口煙氣溫度降低,使屏區(qū)過熱器、再熱器等高溫受熱面的沾污結(jié)渣傾向降低,爐壁結(jié)渣的可能性減小。另一方面,在設(shè)計(jì)時(shí)鍋爐廠家會(huì)采取更多的避免結(jié)焦生成和清除爐膛結(jié)焦的措施,如選取比常規(guī)煙煤鍋爐低的熱負(fù)荷參數(shù),較大的最上層燃燒器至屏底距離,燃燒器分段布置,多布置吹灰器等,以提高鍋爐對(duì)高鈉煤的適應(yīng)能力。根據(jù)準(zhǔn)東煤鈉含量的實(shí)際狀況,新建600,1000MW等級(jí)機(jī)組鍋爐的適應(yīng)性還有待驗(yàn)證,但從已有的200,300MW級(jí)鍋爐資料進(jìn)行預(yù)測(cè),其完全適應(yīng)準(zhǔn)東煤還存在一定困難,但其鈉含量指標(biāo)應(yīng)不會(huì)低于3.0%。3煤灰中鈉含量1)與中國(guó)電站鍋爐安全燃用準(zhǔn)東混煤時(shí)的鈉含量值相比,美國(guó)的鈉含量明顯偏高,而德國(guó)的沾污指數(shù)f判別結(jié)果與中國(guó)電站鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況基本一致。2)從已有燃用準(zhǔn)東煤的大型電站鍋爐調(diào)研和試驗(yàn)結(jié)果看,對(duì)于100MW等級(jí)鍋爐,煤灰中鈉含量值≤2.5%時(shí);對(duì)于200,300MW等級(jí)鍋爐,煤灰中鈉含量≤3.0%時(shí),可以實(shí)現(xiàn)鍋爐的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。3)新建600,1000MW等級(jí)機(jī)組鍋爐對(duì)于高鈉準(zhǔn)東煤的適應(yīng)