环保

煤矸石

循环流化床锅炉

中国电力报 杨娜
国内已经投运的循环流化床机组在提高锅炉效率、降低常用电率、稳定燃烧水平、攻克辅机常见故障等方面积累了许多宝贵的经验,这些都标志着我国循环流化床技术水平已得到了新的提升。
煤矸石———矿业固体废物的一种,洗煤厂的洗矸、煤炭生产中的手选矸、半煤巷和岩巷掘进中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。煤矸石发热量一般为800~1500卡/克,其无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。
苦恼面对
2005年,全国国有煤矿有矸石山1500余座,堆积量占我国工业固体废物排放总量的40%以上。
煤矸石的堆积不但占用大量土地,而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源,造成严重的后果。煤矸石中所含的黄铁矿易被空气氧化,放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾,使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多,周围树木落叶,庄稼减产。煤矸石山受雨水冲刷,常使附近河流的河床淤积,河水受到污染。国外曾发生一起煤矸石堆滑坡事故,以至埋没了山谷下的一所小学校,造成多人伤亡。
自60年代起,很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。利用途径有:回收煤炭和黄铁矿、制造建筑材料、替粘土生产水泥、用来烧结轻骨料———建造高层楼房、用盐酸浸取可得结晶氯化铝、生产低热值煤气制造陶瓷,用它还可制作土壤改良剂或用于铺路、井下充填、地面充填造地以及发电。据悉,用于发电后,炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。日本有十多座这种电厂;用中煤和矸石的混合物,一般每公斤发热量为3500大卡;火力不足时,用重油助燃。德意志联邦共和国和荷兰将煤矿自用电厂和选煤厂建在一起,以利用中煤、煤泥和煤矸石发电。
技术突破
循环流化床锅炉(CFB锅炉)被称为“绿色环保锅炉”,其燃料适应性强,不仅可以燃烧烟煤、无烟煤、贫煤,而且对煤矸石等劣质燃料也能很好地燃烧。它是近几十年迅速发展起来的一项高效、低污染的燃烧技术,具有接近或达到同容量煤粉炉的燃烧效率;负荷调节比宽,在25%负荷下仍能稳定燃烧;低温燃烧使NOX生成量少,可用石灰石作脱硫添加剂低成本实现炉内脱硫;灰渣便于综合利用等优势,是国际上公认的商业化程度最好的洁净煤技术之一。
在国家“十五”发展规划期间,通过白马30万千瓦亚临界示范机组的建设,三大锅炉厂(东方锅炉集团股份有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司和上海锅炉厂有限公司)联合引进了ALSTOM公司30万千瓦CFB锅炉设备的许可证技术,并接受了技术转让培训。
国务院出台《加快振兴装备制造业若干意见》等都为电站锅炉行业带来了发展机遇。政策为我国循环流化床锅炉的发展指明了方向:提高自主创新能力,大力开发具有自主知识产权的关键技术和核心技术,努力提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新的能力。
研发之路
从CFB锅炉的推广应用来看,引进型30万千瓦CFB炉的分体式炉膛和外置式换热器使系统复杂、调试运行困难,设计、制造、安装、维护成本较高,与煤粉炉加脱硫脱销相比,价格不具优势,影响了CFB锅炉的推广应用。三大锅炉厂纷纷开展自主研发工作。
东方锅炉集团股份有限公司,自上世纪80年代起,通过技术引进和自主创新,设计、制造了20吨/小时~1100吨/小时中压、次高压、高压等系列参数CFB锅炉产品。截至2007年10月,先后签订70余台自主开发的13.5万千瓦~21万千瓦级超高压带中间再热CFB锅炉合同。其中,40余台锅炉已成功投运。为广东宝丽华电力公司设计制造的13.5万千瓦CFB2号机组锅炉,年运行小时数达到8547小时,各项性能指标均达到了国际先进水平。2003~2005年,通过消化、吸收引进30万千瓦亚临界CFB锅炉技术,其中白马项目被授予“国家高新技术产业化示范工程”。
哈尔滨锅炉厂有限责任公司,1995年利用美国5万千瓦CFB锅炉的技术,生产了我国第一台“中西合璧”的CFB锅炉,在大连投入运行。2003年,哈锅和西安热工研究院合作,成功完成了国产首台具有自主知识产权的江西分宜10万千瓦CFB锅炉示范工程,打破了国外对我国此类大容量绿色环保锅炉技术的垄断。2005年,哈锅签订了国内出口的首台具有自主知识产权的越南山洞2台11万千瓦CFB锅炉合同,使我国研发的大型CFB锅炉走向国际舞台。2006年,国产首台21万千瓦CFB锅炉在江西分宜发电有限责任公司成功并网发电。国产首台具有自主知识产权的30万千瓦CFB锅炉正在制造当中。哈锅有关CFB锅炉的两项科研成果摘得国家科学技术进步二等奖。目前,哈锅已累计签订30万千瓦级以下不同容量的“绿色环保锅炉”100多台。
上海锅炉厂有限公司,从上个世纪80年代就开始研究利用燃烧矸石发电的流化床技术,并为湖南益阳提供了35吨/小时鼓泡流化床,获国家科技进步二等奖。从1995年开始利用自主技术开发出了130吨/小时燃烧煤矸石的循环流化床锅炉,分别为国家示范工程“甘肃窑街煤矸石发电厂”提供了4台130吨/小时CFB锅炉,同时燃烧矸石的130吨/小时CFB锅炉有山西灵石电厂,该电厂纯烧矸石,热值在1400~2000大卡。
国家发改委60万超临界锅炉开发专家组组长马怀新评价:国内已经投运的循环流化床机组在提高锅炉效率、降低常用电率、稳定燃烧水平、攻克辅机常见故障等方面积累了许多宝贵的经验,这些都标志着我国循环流化床技术水平已得到了新的提升。
据悉,三大锅炉厂、清华大学现代建设学院、西安交通大学,在掌握了10~30万千瓦等级循环流化床锅炉和超临界常规锅炉技术的基础上,己开始自主研发超临界60万千瓦循环流化床锅炉,并取得了初步成果。
CFB锅炉春天到来
日前,国家发展改革委印发了《关于2007-2010年煤矸石综合利用电厂项目建设有关事项的通知》,确定2007~2010年全国新建煤矸石综合利用电厂50座,总装机规模2000万千瓦。现在,我国每年排放的可用于发电的煤矸石约2亿多吨。客观地说,通知的印发对于指导企业开展煤矸石综合
利用电厂项目前期工作,加快煤矸石等低热值资源综合利用,推动全国的节能减排工作具有重要作用。
完成2000万的装机,这个任务对制造厂来讲,是一块很大的蛋糕。大型化、高参数、高效率是CFB锅炉的必然发展方向。
从全局角度看,全国电力市场协会秘书长江哲生认为:大型循环流化床的运行维护、各个方面的规章标准还需要继续完善。这样可以使得我们的运行部门、制造部门、调度部门、环保部门的步调一致。将循环流化床的整个的工作有一个全面的总结,然后形成规范和标准。这样,不光是电厂和制造厂遵守,而且要大家来共同遵守、共同了解。
CFB锅炉的春天已经到来。相信,随着一大批循环流化床锅炉的投产、稳定运行,在消化、吸收国外循环流化床锅炉技术的基础上,结合自身在大容量机组锅炉开发、设计、制造方面的丰富经验,我们完全有能力在已经投运成功的大型循环流化床锅炉机组的基础上进一步优化,使我们的循环流化床锅炉更成熟、可靠,达到、超越国际先进水平。