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整理人: chanceroad(2000-09-19 23:54:33), 站内信件
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无烟煤沸腾床锅炉掺烧煤矸石的分析
1 前言
国际能源发展状况及环境保护问题的发展使得我国的能源
结构产生较大幅度的调整，根据国家颁布的新政策，小装机容
量的火电站属于关停范围。一些煤矿自备电厂尤其是南方高硫
高热值无烟煤矿自备电厂面临继续生存的问题。作为环境保护
和能源再利用的另一个方面，如何有效消化煤矿生产中排出的
矸石也逐渐摆上议事日程。将无烟煤掺合矸石，使其达到国家
要求的低热值12.5448 MJ／kg的情况下进行混合燃烧，不失是
一种理想的解决办法。然而如何就原有沸腾床锅炉对混合燃料
进行有效燃烧，解决分层燃烧和除尘脱硫问题，是电站正常运
行的前提条件。本文在DG35／3.82—13型锅炉资源综合利用认
证成功的基础上，对这些问题进行分析。
2 对混合燃料粒径分布的分析
对沸腾床锅炉而言，本身具备燃烧低热值燃料的条件，但
若就原有的筛分破碎系统对混合燃料进行加工，必然存在筛分
宽度过宽的现象。如果矸石与无烟煤经过相同的筛分破碎系统，
获得相同的粒径分布(由于无烟煤和矸石的可磨性系数的不一
致，无烟煤的粒径更小)，则对粒径为d、重度为r、固定床空隙
率为ε的燃料，在粘性系数为γk、重度为rk、速度为Wk的空气
中的流动情况，有：
Re=Ar×ε4.75／〔18＋0.6(Ar×ε4.75)0.5〕
其中Re=Wk×d／γk
Ar=r×g×d3／rk×γk2
根据上式可以求出临界风速函数Wk，临=f（ε4.75×r／g）及
极限风速函数Wk，极=f(r／g)(此时取ε=1)。对两函数分别以
(ε4.75／g)及(r／g)为自变量求导，其导函数均大于零，原函
数为增函数。所以，获得相同的沸腾状态，矸石要求的布风大
于原煤的布风。如果两者经过相同的筛分破碎系统，会明显地
导致筛分宽度的扩大，从而造成分层燃烧。若控制风量以保证
煤粒的正常沸腾，则易因矸石沸腾不良而导致结焦；如控制风
量以保证矸石的正常沸腾，则会进一步加大混合燃料中煤的扬
析，增大飞灰不完全燃烧热损失，且火焰中心上移，易使过热
器超温。所以，掺矸燃烧必须对无烟煤和矸石进行分别破碎和
均匀混合，以获得比较一致的沸腾效果。
根据异相燃烧理论，燃料颗粒燃烧反应的速度W为：
W=Wk×Co=β×k×Co／(β＋K)
按阿伦尼乌斯定律
K=Ko×exp(－E／R／T)
按扩散原理
β=Nu×D／d=A×Ren×D／d(对气体介质而言)
其中co为燃料反应表面的反应气体速度；k为化学反应速度，
其值与温度有关；β为传质系数，D为扩散系数，Nu为努谢准数；
E为燃料的活化能。根据实验在Re＞100时，A=0.7，n=0.5。所
以，因为原煤与矸石分别破碎后矸石粒径的减小，使得其传质
系数β增大，从而强化了矸石的扩散燃烧反应速度，同时结合
表面积的增加，对难以燃烧的低热值矸石而言，提高了燃尽程
度。
3 对混合燃料掺矸比例的分析
无烟煤掺矸后混合燃料燃烧特性的变化主要表现在水分和
硫分的增加，及氢基、挥发分和低位热值的降低。从燃烧效率
的角度看，水分和氢基的变化使混合燃料在炉内燃尽所需的时
间延长；无烟煤在燃烧过程中不断爆裂的特性和矸石着火更加
缓慢的影响，使混合燃料在燃烧过程中粒径分布再次相对拉宽；
低位热值的降低和较大的重度使大风量运行和多排渣成为必然。
从火 用的角度而言，矸石的火 用值低于无烟煤，所以掺矸
石燃料的能级下降。因此，为保证热效率，必须控制加矸比例。
从锅炉稳定燃烧和系统正常运行角度看，由于燃料量的增
加(飞灰和排渣也增加)及水分和硫分的变化，使得燃料运输系
统和除灰系统、锅炉本体、烟道及引风机的磨损和腐蚀加剧。
矸石在高温下粘结性与无烟煤的差异及着火更加缓慢的特点，
和因共生硫铁矿的因素造成炉膛内FeS的产生，使得燃烧控制难
度加大。所以，为保证锅炉稳定燃烧和系统正常运行，也应该
控制加矸比例。
4 风室静压和料层厚度的变化情况
混合燃料比之于无烟煤燃烧，需加大给料量，结合混合燃
料灰分大不易燃烧的因素，决定了炉渣量的增加，这必然导致
料层厚度h的增加，对于风室静压Δp，有：
Δp=r×h固定床×(1－ε固定床)=r×h沸腾床(1－ε沸腾
床)
又因为分别破碎的混合燃料相对于原煤，重度r增加，几何粒径
d分布的加宽使固定床空隙率ε0下降，这都导致Δp的增加。
了解料层厚度和风室静压的变化，有助于指导锅炉的正常运行。
同时对工作在Q－H曲线下降段的送风机而言，这相当于增加了
管道阻力，使得风机的运行工况点向高风压低风量的方向移动。
所以，应该从原有风机的出力是否满足运行要求的角度来考虑
加矸的比例。
5 混矸燃烧的除尘和脱硫
混矸燃烧使烟尘排放量和烟尘中硫份的增加，这必然使除
尘和脱硫系统的负荷增加，加速了对设备的磨损和腐蚀。在除
尘和脱硫为同一环节的工艺流程，如除尘脱硫麻石塔，因为亚
硫酸钙的形成及灰水的沉淀，加速了除灰水管和除尘脱硫麻石
塔的堵塞，容易影响除尘和脱硫的效果，造成锅炉正压运行，
缩短运行周期。
6 结论
(1)一般而言，对原有的沸腾床锅炉可以掺烧矸石，达到国
家资源综合利用的要求。
(2)在掺烧矸石时，为保证锅炉的正常运行，应该对原煤
和矸石分别破碎和筛分。
(3)在达到国家资源综合利用认证要求的前提下，从系统
的角度考虑，应该控制加矸比例，必要时需要对不能满足运行
要求的辅机进行改换。
(4)对高硫份无烟煤掺烧矸石所进行的炉外烟气除尘脱硫，
应该在工艺上把除尘和脱硫两个环节分开，以保证系统较长的
运行周期。
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