专家视野/煤粉炉

不一样的煤炭 不一样的发电

发布时间:2019-11-28  点击:56

燃料的选择是电厂设计的重要因素,我国的资源禀赋结构决定煤电成为我国电力工业的主力。这么多的煤炭资源是怎么分类的?不同的煤质对电厂设计又有哪些影响?

煤的分类

煤炭:主要由植物遗体经煤化作用转化而成的富含碳的固体可燃有机沉积岩,含有一定量的矿物质,相应的灰分产率小于或等于50%。

按照我国煤炭分类标准,不同煤化程度的煤炭可分为:无烟煤(WY)、烟煤(YM)和褐煤(HM)三大类。

其中褐煤又分为1、2号两种;

烟煤又分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤12种;

无烟煤分为1、2、3号三种。

除此外,还有一些特别煤种,如煤矸石、泥煤、油页岩等。

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Vdaf:干燥无灰基挥发分;PM:低煤阶煤透光率

来源:《中国煤炭分类国家标准》

无烟煤

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俗称白煤或红煤,是煤化程度最大的煤,固定碳含量可达80%以上,色坚硬,有金属光泽,挥发分产率低,密度大,硬度大,燃点高。无烟煤燃烧时不冒烟,燃烧时火焰短而少烟,不结焦。

烟煤

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煤化程度较大的煤,煤含碳量为75%-90%,大多数具有粘结性,发热量较高,外观呈灰黑色至黑色,粉末从棕色到黑色。具明显的条带状、凸镜状构造。烟煤燃烧时火焰长而多烟,多数能结焦。

褐煤

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煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。具有高水分,高挥发分,燃烧效率低的特性。其化学反应性强,在空气中容易风化,不易储存和远运。

我国的褐煤储量丰富,占全国煤炭总储量的13%,特别是内蒙古地区,褐煤更是占到了当地煤炭总储量的77%。

为了高效利用这一资源,针对褐煤的特性,中国能建东北院进行了系列科研,提出了“基于炉烟干燥及水回收风扇磨仓储式制粉系统的高效褐煤发电技术”,简称“煤中取水”。

煤里面还能取水?

能!

通过抽取自锅炉炉膛上部的高温炉烟与取自锅炉尾部的低温炉烟混合成为干燥剂,在干燥装置中将褐煤中的大部分水分蒸发出来。干燥加热后的干煤通过磨煤机研磨后送入锅炉燃烧,蒸发出的水汽经过净化后通过水回收装置可实现再利用。

回收的水,除悬浮物外,水质优于河水,还能用于电厂的工业水、循环水补水和锅炉补给水!

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说了这么多

这几种煤对我们火电厂的建设

到底有什么影响呢?

对锅炉的选型影响

不同的煤就有不一样的热值,而煤粉的燃烧特性、爆炸特性,煤灰的结渣特性等等,直接影响锅炉选型和燃烧系统拟定。

所以在电厂设计时,煤质是最重要的资料,需要业主以文件的形式提供给设计院,也作为锅炉厂设计的依据,做到有案可查。

●当煤种是褐煤时,因为这种煤热值较低(3000大卡/公斤)、挥发分高(>37%),容易着火,但燃煤量大,烟气量大。锅炉炉膛就要设计的又高又大,煤粉的细度可以粗一些。

●当煤种是无烟煤时,一方面由于无烟煤挥发分低(6%-10%),这就导致了这种煤很难着火。另一方面,无烟煤含碳量高,不易燃尽,所以一般采用W型火焰的锅炉。

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W型火焰锅炉

W型火焰炉膛是由下部燃烧室和上部冷却室所组成,下部燃烧室容积扩大一倍左右,燃料燃烧过程基本上是在下部燃烧室内进行,延长了煤粉在炉内的停留时间,适合无烟煤燃烧速度较慢的特点,有益于煤粉的燃尽。

●但对于燃煤电厂来说,最好的煤种还要数烟煤,热值高(4500-5500大卡/公斤),挥发分适中(20%-37%)。锅炉的体积就可以设计得比较小,锅炉效率可高达95%。

但是问题来了

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近些年来,设计煤种采购困难,加之为了降低燃料成本,越来越多的电厂大量燃用非设计煤种,就出现了烟煤与无烟煤掺烧,煤粉燃尽度变差和燃烧不稳等问题。

举个例子,如果烟煤掺烧低灰熔点煤,燃烧器区和屏区受热面容易出现严重结渣,引起管壁超温,排烟温度升高;如果掺烧的是褐煤,容易引起制粉系统干燥出力不足、积粉爆炸等问题。

面对这些问题

就要根据电厂实际情况

考虑混煤方式和煤种的掺烧比例

在混煤方式上,如果煤场较小,应采用间断掺烧;如果煤种差别大,则要利用炉前预混掺烧;如果燃烧结渣特性相差较大的煤种,则选择分磨掺烧。

而煤种之间的掺烧比例也是一门学问,掺烧褐煤需要考虑锅炉和磨煤机出力的影响;掺烧挥发分低的煤,要注意燃烧的稳定性和燃尽率;掺烧高硫高灰份的煤则需要注意脱硫除灰系统的影响等一系列问题。

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根据《能源发展战略行动计划 (2014-2020年)》,我国要按照安全、绿色、集约、高效的原则,加快发展煤炭清洁开发利用技术,不断提高煤炭清洁高效开发利用水平。提高煤炭清洁利用水平,制定和实施煤炭清洁高效利用规划,积极推进煤炭分级分质梯级利用,加大煤炭洗选比重,鼓励煤矸石等低热值煤和劣质煤就地清洁转化利用。

没错

除了上面所说的三个煤种

还存在一些低热值煤

如,煤矸石、煤泥等

为了健康有效地使用特殊煤种

电厂设计就要有相应对策

那就是

循环流化床锅炉

循环流化床锅炉采用流态化燃烧,主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。该锅炉运行风速高,容量大(600兆瓦或以上等级)。

循环流化床锅炉很好地解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题,成为难燃固体燃料(如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物)能源利用的先进技术。

对制粉系统的影响

之所以说煤是电厂的重中之重,是因为它不单单影响了锅炉的选型,还对制粉系统有着很大的影响。

●对于水分大的褐煤(水分>35%),一般要用风扇磨直吹系统,抽锅炉的高温炉烟,与热风低温炉烟组成煤的干燥介质。

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风扇磨煤机直吹式制粉系统

●对于很难研磨的无烟煤,由于煤的可磨性系数小、硬度大,一般采用钢球磨煤机直吹系统。

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双进双出钢球磨煤机

●对于水分小于35%的烟煤,一般采用中速磨煤机,这是比较受电厂欢迎的系统。

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中速磨煤机

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不仅如此,煤种的不同会影响的方面还有很多,比如对于输煤专业,无论是贮煤天数、贮煤量、贮煤方式、输煤皮带的宽度,还是上煤系统和筛碎系统的出力等等很多方面都有影响。

煤的品质还会影响总平面布置专业,优质煤较就比劣质煤所需的煤场面积较小,而褐煤容易自燃,煤场的设计需要考虑更多。

如今,除了直接燃烧,煤炭的利用还在积极探索液化和气化的技术,使煤炭由直接燃烧转变成了化工原料,为煤炭绿色利用、提高资源利用率开辟了一条新途径。

据统计,截至2015年底,我国煤制油、煤制天然气、煤制烯烃(包括甲醇制烯烃)产能分别达到254万吨/年、31亿立方米/年和862万吨/年,2015年产量分别为115万吨、18.8亿立方米和648万吨。根据《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》,大型煤气化、加氢液化、低温费托合成、甲醇制烯烃技术将进一步完善;百万吨低阶煤热解、50万吨级中低温煤焦油深加工、10亿立方米级自主甲烷化、百万吨级煤制芳烃等技术将完成工业化示范。



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