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摘 要：介绍300MW循环流化床锅炉对掺烧焦化厂附产品——焦炉煤气的研究和首次成功应用。焦炉煤气在大容量、高参数循环流化床锅炉应用上取得成功，有较强的推广意义。
关键词：循环流化床锅炉 焦炉煤气 正压 床温 床压
中图分类号：TK229.66 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-014-03
1 工程概况
江苏徐矿综合利用发电有限公司一期工程为2€？00MW国产自主研发型亚临界CFB燃煤发电机组，锅炉设备选用东方锅炉（集团）股份有限公司生产的自主研发型300MW级单炉膛循环流化床锅炉，锅炉型号：DG1025/17.5-II19。设计燃料为劣质煤、煤矸石和部分煤泥。#1、#2机组分别于2009年10月28日、2010年2月5日投产。
表1 锅炉规范
2010年，厂区门口新建一焦化厂，年产富余焦炉煤气约2亿立方米，热值约4000Kcal/Nm3。为充分减少环境排放污染，达到综合利用效果，我公司和焦化厂共同就锅炉掺煤焦炉煤气一事进行友好合作。开始研究并实施在锅炉中掺烧部分焦炉煤气。
表2 净干煤气组成
2 煤气掺烧的方案
2.1 煤气燃烧器在锅炉上的布置
根据锅炉现有布置情况，结合焦炉煤气特点，在锅炉侧墙、后墙交错布置共计8 只气体燃烧器，即侧墙各1 只、后墙6 只。燃烧用风取自上二次风箱。焦炉煤气燃烧器布置（如图1-图2所示），以保证炉内流场的均匀性。
图1 气体燃烧器布置图
图2 气体燃烧器布置图
2.2 掺烧方案的说明
锅炉炉膛尺寸（长€卓韤赘撸┪？8275€？439€？9900。布风板标高为10m。
根据锅炉特点，分别在24.5m层布置6支和在14m层炉左、右侧墙各布置1支煤气燃烧器，每炉共布置8支，实现了在锅炉宽度范围内的均布，理论上也保证了投运时，锅炉两侧的热平衡。为防止爆燃，煤气燃烧器不设点火装置，考虑到焦炉煤气着火点为650℃，计划在炉膛温度达到850℃以上时，也即锅炉正常运行时投运煤气燃烧器，可保证煤气投入到炉膛内时能全部燃烧，防止爆炸。
当锅炉蒸发量在50%～100%BMCR范围内，不需特殊燃烧措施，即可满足汽轮机对参数的要求。若低于50%BMCR 负荷，再考虑需有特殊的燃烧和调整手段。
当锅炉蒸发量在50%～100%BMCR范围内，锅炉原控制参数——床温、出口过量空气系数不变，出口温度的变化也较小，只是炉膛下部空气量和烟速随负荷变化而稍有变化，锅炉出口温度保持在额定值不变。
当锅炉蒸发量降低到50%BMCR以下，为保证其稳定运行，床温和流化速度需有一个最低保证值，因而，炉膛出口过量空气系数相应加大，并且，随着锅炉蒸发量的继续降低，炉底一次风的量基本不变，二次风量随负荷波动而适当变化，这样既保证了锅炉在低负荷时的流化质量，还能维持一个较高的床温，保证低负荷时不需投油稳燃。
本技改工程掺烧焦炉煤气，比例较大，达到锅炉最大连续蒸发量工况下入炉热量的20%以上，所以低负荷工况下，焦炉煤气的投入运行起到了一定的稳燃作用，减少甚至避免床上油枪的投入，既达到了节约燃油的目的，也保证了锅炉在低负荷工况下的各参数在正常范围内。
加入煤气进行掺烧后，锅炉产生的灰量较同等负荷下全部烧煤有较大减少，但是因掺烧量是有限的，按入炉热量计算最多也就是30～40%BMCR工况下设计煤质的热量，因此对锅炉传热影响很小。对循环物料的稳定基本没有影响。
2.3 煤气系统的技术参数（见表3）
3 使用效果
技改后，整套系统的运行平稳。两台锅炉煤气系统在试运行期间，各参数良好，烟、风系统正常、稳定。各级过热器和高温再热器管壁不超温，水冷壁壁温分布均匀，不超温；减温水量少量增加，排烟温度下降较小。煤气掺烧对锅炉实际运行参数基本没影响，可控易控。煤气掺烧达到了锅炉稳定、安全、连续、文明生产的条件。
3.1 经济效益分析
（1）煤气价格：0.30元/Nm3；煤气热值：3800Kcal/Nm3；合同期：两年；流量：2.65€？04 Nm3/h计算，年度煤气的支出费用如下：
年煤气总量：2.65€？04€？4€？50=159000000（Nm3）
年总费用：159000000€？.30=4770万元
锅炉全部燃烧利用率90%计算，每年焦炉煤气可利用总发热值：
159000000€？800€？0% =5.4378€？011Kcal
同样热值煤炭按2010年电厂平均发热值单价0.135元/千Kcal计算，需煤炭支出款5.4378€？011€？.135=7341.03万元。
年节省燃料款：7341.03-4770=2571.03万元
年节省燃料成本（税后）：（7341.03-4770）/1.17=2197.46万元
（2）灰渣收入损失。按照每年实际掺烧焦炉煤气的总量，年总有效发热值5.4378€？011Kcal，入炉发热值5.4378€？011€？.9 =6.042€？011Kcal，折合平均发热值3800Kcal/Kg的煤炭，年合计减少15.9万吨煤炭。
平均按32亿KW.h电量测算，年耗平均发热值4300Kcal/Kg的煤炭155万吨。因焦炉煤气掺烧减少的煤炭量占正常煤炭用量的10.26%。
改造之前，我公司全年灰渣收入约850万。因焦炉煤气掺烧减少的灰渣量也相应减少为10.26%，灰渣收入每年减少87.21万元。
（3）综合效益分析。考虑每年节省的燃料费用及减少的灰渣收入，年掺烧焦炉煤气净收益为2197.46-87.21=2110.25万元。
3.2 改造前后参数对比表（表4）
4 结论
（1）焦炉煤气掺烧项目每年可替代燃煤15.9万吨、减排粉尘 2.87 万吨、减排炉灰3.37万吨，进一步提高城市空气质量。
（2）避免焦化厂焦炉煤气燃烧散放的环境污染。
（3）进一步节能降耗，每年可为公司赢利2110.25万元。
（4）江苏徐矿发电公司的煤气掺烧项目，是针对目前大型循环流化床锅炉特点，紧跟国家节能减排目标而有先见之明的选择。本项目具有示范性，该项目的成功投运，对国内国类同机组进行煤气掺烧有指导意义。
参考文献：
[1] 卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2] 陈红萍，王胜春.煤气基础知识[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3] 阿尔谢也夫.煤气的燃烧-燃烧方法及燃烧设备[M].北京：冶金工业出版社，1956.
[4] 宋忠喜，王新晶，刘作.掺烧煤气对循环流化床锅炉的影响及设计对策[J].能源技术，2004（02）.
[5] 韩振波，韩振杰.循环流化床锅炉掺烧焦炉煤气的改造[J].锅炉技术，2008（2）.
关键词：循环流化床锅炉 焦炉煤气 正压 床温 床压
中图分类号：TK229.66 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-014-03
1 工程概况
江苏徐矿综合利用发电有限公司一期工程为2€？00MW国产自主研发型亚临界CFB燃煤发电机组，锅炉设备选用东方锅炉（集团）股份有限公司生产的自主研发型300MW级单炉膛循环流化床锅炉，锅炉型号：DG1025/17.5-II19。设计燃料为劣质煤、煤矸石和部分煤泥。#1、#2机组分别于2009年10月28日、2010年2月5日投产。
表1 锅炉规范
2010年，厂区门口新建一焦化厂，年产富余焦炉煤气约2亿立方米，热值约4000Kcal/Nm3。为充分减少环境排放污染，达到综合利用效果，我公司和焦化厂共同就锅炉掺煤焦炉煤气一事进行友好合作。开始研究并实施在锅炉中掺烧部分焦炉煤气。
表2 净干煤气组成
2 煤气掺烧的方案
2.1 煤气燃烧器在锅炉上的布置
根据锅炉现有布置情况，结合焦炉煤气特点，在锅炉侧墙、后墙交错布置共计8 只气体燃烧器，即侧墙各1 只、后墙6 只。燃烧用风取自上二次风箱。焦炉煤气燃烧器布置（如图1-图2所示），以保证炉内流场的均匀性。
图1 气体燃烧器布置图
图2 气体燃烧器布置图
2.2 掺烧方案的说明
锅炉炉膛尺寸（长€卓韤赘撸┪？8275€？439€？9900。布风板标高为10m。
根据锅炉特点，分别在24.5m层布置6支和在14m层炉左、右侧墙各布置1支煤气燃烧器，每炉共布置8支，实现了在锅炉宽度范围内的均布，理论上也保证了投运时，锅炉两侧的热平衡。为防止爆燃，煤气燃烧器不设点火装置，考虑到焦炉煤气着火点为650℃，计划在炉膛温度达到850℃以上时，也即锅炉正常运行时投运煤气燃烧器，可保证煤气投入到炉膛内时能全部燃烧，防止爆炸。
当锅炉蒸发量在50%～100%BMCR范围内，不需特殊燃烧措施，即可满足汽轮机对参数的要求。若低于50%BMCR 负荷，再考虑需有特殊的燃烧和调整手段。
当锅炉蒸发量在50%～100%BMCR范围内，锅炉原控制参数——床温、出口过量空气系数不变，出口温度的变化也较小，只是炉膛下部空气量和烟速随负荷变化而稍有变化，锅炉出口温度保持在额定值不变。
当锅炉蒸发量降低到50%BMCR以下，为保证其稳定运行，床温和流化速度需有一个最低保证值，因而，炉膛出口过量空气系数相应加大，并且，随着锅炉蒸发量的继续降低，炉底一次风的量基本不变，二次风量随负荷波动而适当变化，这样既保证了锅炉在低负荷时的流化质量，还能维持一个较高的床温，保证低负荷时不需投油稳燃。
本技改工程掺烧焦炉煤气，比例较大，达到锅炉最大连续蒸发量工况下入炉热量的20%以上，所以低负荷工况下，焦炉煤气的投入运行起到了一定的稳燃作用，减少甚至避免床上油枪的投入，既达到了节约燃油的目的，也保证了锅炉在低负荷工况下的各参数在正常范围内。
加入煤气进行掺烧后，锅炉产生的灰量较同等负荷下全部烧煤有较大减少，但是因掺烧量是有限的，按入炉热量计算最多也就是30～40%BMCR工况下设计煤质的热量，因此对锅炉传热影响很小。对循环物料的稳定基本没有影响。
2.3 煤气系统的技术参数（见表3）
3 使用效果
技改后，整套系统的运行平稳。两台锅炉煤气系统在试运行期间，各参数良好，烟、风系统正常、稳定。各级过热器和高温再热器管壁不超温，水冷壁壁温分布均匀，不超温；减温水量少量增加，排烟温度下降较小。煤气掺烧对锅炉实际运行参数基本没影响，可控易控。煤气掺烧达到了锅炉稳定、安全、连续、文明生产的条件。
3.1 经济效益分析
（1）煤气价格：0.30元/Nm3；煤气热值：3800Kcal/Nm3；合同期：两年；流量：2.65€？04 Nm3/h计算，年度煤气的支出费用如下：
年煤气总量：2.65€？04€？4€？50=159000000（Nm3）
年总费用：159000000€？.30=4770万元
锅炉全部燃烧利用率90%计算，每年焦炉煤气可利用总发热值：
159000000€？800€？0% =5.4378€？011Kcal
同样热值煤炭按2010年电厂平均发热值单价0.135元/千Kcal计算，需煤炭支出款5.4378€？011€？.135=7341.03万元。
年节省燃料款：7341.03-4770=2571.03万元
年节省燃料成本（税后）：（7341.03-4770）/1.17=2197.46万元
（2）灰渣收入损失。按照每年实际掺烧焦炉煤气的总量，年总有效发热值5.4378€？011Kcal，入炉发热值5.4378€？011€？.9 =6.042€？011Kcal，折合平均发热值3800Kcal/Kg的煤炭，年合计减少15.9万吨煤炭。
平均按32亿KW.h电量测算，年耗平均发热值4300Kcal/Kg的煤炭155万吨。因焦炉煤气掺烧减少的煤炭量占正常煤炭用量的10.26%。
改造之前，我公司全年灰渣收入约850万。因焦炉煤气掺烧减少的灰渣量也相应减少为10.26%，灰渣收入每年减少87.21万元。
（3）综合效益分析。考虑每年节省的燃料费用及减少的灰渣收入，年掺烧焦炉煤气净收益为2197.46-87.21=2110.25万元。
3.2 改造前后参数对比表（表4）
4 结论
（1）焦炉煤气掺烧项目每年可替代燃煤15.9万吨、减排粉尘 2.87 万吨、减排炉灰3.37万吨，进一步提高城市空气质量。
（2）避免焦化厂焦炉煤气燃烧散放的环境污染。
（3）进一步节能降耗，每年可为公司赢利2110.25万元。
（4）江苏徐矿发电公司的煤气掺烧项目，是针对目前大型循环流化床锅炉特点，紧跟国家节能减排目标而有先见之明的选择。本项目具有示范性，该项目的成功投运，对国内国类同机组进行煤气掺烧有指导意义。
参考文献：
[1] 卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2006.
[2] 陈红萍，王胜春.煤气基础知识[M].北京：化学工业出版社，2008.
[3] 阿尔谢也夫.煤气的燃烧-燃烧方法及燃烧设备[M].北京：冶金工业出版社，1956.
[4] 宋忠喜，王新晶，刘作.掺烧煤气对循环流化床锅炉的影响及设计对策[J].能源技术，2004（02）.
[5] 韩振波，韩振杰.循环流化床锅炉掺烧焦炉煤气的改造[J].锅炉技术，2008（2）.