低热值矸石电厂技术经济性浅析

煤矿建设低热值矸石热电厂满足了矿山供电、供热的需要。使用低热值煤矸石做燃料能 使 之变废为宝，燃烧后排出的炉渣、细灰是供不应求的建筑原材料，同时还可减少矸石占地面 积，节约宝贵的土地资源。集中供热可以使矿山免建传统的锅炉房，减少烟尘对环境的污 染，并且可实现职工生活区24小时供热，提高了矿工的生活品质。 　　但是，燃烧低热值矸石的锅炉吞进、排出量多，系统设备磨损快、维修工作量大，严重影响 设备的连续安全运行，因此长期燃烧6.28MJ/kg以下燃料的矸石电厂不多。新集能源股份公司煤矸石电厂6年来坚持边解决技术问题边生产，坚持燃烧平均5.65～6.28MJ/kg的 煤矸石， 2台6ＭＷ机组平均每年发电量在7000万kWh以上、供热每年超过12万t。电厂改造的1号锅炉 使用定向 风帽、轻型炉墙，在同样风量的运行工况下，可稳定燃烧4.71MJ/kg的矸石，保持炉温900～ 980℃，锅炉出力也超出了原设计值。 　　1　建设规模 　　以生产检修完全配套、生活商业区设施齐全的400万t机械化矿井为例，年用电量约800 0万kWh、蒸汽用量12万t。 　　煤矿矿区矸石电厂规模的选择应以满足矿区供电、供热的需要，消耗矸石为主，不求向 外供电。因为适于矸石燃烧的锅炉应是蒸发量适宜、很耐磨损、检修方便、运行稳定的炉型 ，与大容量、高压力、高效率的电站锅炉相比它不具竞争力，它的优势在于综合经济效益 和社会环境效益。因此矸石燃料锅炉大小的选择思路应以实际需要及适应设备安全可靠运行 、检修便利为原则。 　　从发电量来看，装机容量12MW机组年发电量为7000～8000万kWh，可基本满足用电 量要求。由于一般矿区用电高峰和低谷比较明显，自备电厂装机容量不大，所以为保证矿区 用电安全，电厂必须联网运行。因为是坑口电站，电源可直接接入矿区6000V母线系统，避 免了建设升压站，部分简化了供电系统，节省了建设投资。2台6MW机组可选择1台抽凝 式1台凝汽式汽轮机，以方便同时供热与发电。系统还应设立减温减压装置，以保证2台 汽轮机同时停运时的供热需要。 　　蒸发量70t/h的锅炉可满足发电机运行和年供热12万t的需要。因矿区不再建锅炉房，为 保证矿区安全生产及连续供热的需要，热电厂应设1台35t/h的备用锅炉。 　　采用3台35t/h的锅炉可使生产的调整显得十分便利，冬季供暖高峰期可3炉同时 运行，以充分满足矿区供电和供热需要。实践证明35t/h沸腾炉虽然效率稍低于循 环流化床锅炉，但它对低热值、高硬度煤矸石适应能力较强，且检修方便，综合考虑后使用 沸腾炉应是合适的选择。 　　矸石电厂建设的规模是否适宜非常重要。首先可以保证投资额是适宜的，再者合适的供电量 可使矿区少购网上的高价格电厂，避免增加煤矿吨煤成本，少向电网反送低价电而造成电厂 收入减少。因此，矸石电厂的规模应与矿井建设规模相适应。 　　2　运行及检修 　　由于使用燃料不同，矸石电厂与常规燃料电厂相比，最大的麻烦是锅炉系统问题多、运行 寿命短。妥善解决锅炉系统的问题是保障矸石电厂正常可靠运行的关键。 　　2.1　关于埋管磨损问题 　　由于炉膛沸腾段燃烧的煤矸石平均粒度大（大颗粒在8～14cm左 右）、硬度高、流化速度快，所以对外表面处于高温状态下的炉管的磨损非常快，一般 运行4个月即会磨穿。埋管磨损问题的检修方案经实践验证，以下几条措施非常有效。 　　(1) 定期加防磨片（例行检修时），防磨片材质可选强度较高、可焊性较好的16MnR钢，磨 损严重区域防磨片可适当加宽、加厚和加密。 　　(2) 磨穿炉管不能局部堵漏，为保证锅炉有较长的运行周期只能适当扩大区域长度成段更 换。焊接工艺按等强度原则选择焊条，确保焊接质量，以使整根炉管机械性能处于均匀平 衡的金属组织状态。 　　(3) 埋管的喷涂或加防磨瓦的工艺及效果不如上述方案简便可靠。 　　2.2　关于炉墙开裂问题 　　 炉墙开裂主要是因膨胀缝预留不当，或硅酸铝棉等耐火材料填充不密，造成炉料窜入内 外墙缝所致。防范措施就是在锅炉大修时处理好膨胀缝预留及硅酸铝棉填充，利用水冷壁翼 板和耐火浇铸料做好炉料窜入炉墙缝隙的遮挡工艺结构。彻底解决的办法是改造重型炉墙为 水冷壁构成的轻型炉墙，即必须连带改造锅炉下部水循环系统和加强锅炉吊挂。 　　2.3　关于锅炉出渣问题 　　锅炉出渣是矸石电厂的又一难题，装机容量12MW电厂的每天出渣230t左右，而 且渣的颗粒大、比重大、硬度高，由于渣硬量大，任何冷渣器都承受不了，水冲渣方式也无 能为力，1999年电厂1/3的压火停机故障因冷渣器引起。经多次多种方式的试验， 电厂选择了人工矿车间断出渣，5年来一直安全运行，效果良好。这种运行方式虽然是初级 的，但它能短期满足矸石电厂可靠运行的需要。 　　2.4　其他问题 　　通过降低泡沫除尘器筛板、改进喷淋结构等措施提高了除尘器效率，解决了引 风机带水、带灰震动问题；通过铺设地面铸石灰浆管路、更换耐磨渣浆泵，大大降低了灰浆 系统事故率；由于形成了灰水循环系统，也提高了水资源利用率，杜绝了灰水外流对环境的 污染；通过1号锅炉改造、使用定向风帽、轻型炉墙、水冷布风板改善了沸腾床料的流化质 量，增加了受热面积，从而锅炉出力由35t/h提高到40t/h，使用竖埋管增强了抗磨性， 锅炉大修期由1年延长到4年，燃料适应能力在4.71MJ/kg以下，增强了对较大颗粒燃 料的适应能力，极少出现局部沸腾劣化的事故现象，为锅炉稳定运行提供了可靠保证。 　　3　经济效益分析 　　(1) 一个装机容量12MW的矸石电厂年供电量约6600万kWh、供热约12万t、售渣约8万t，总收 入约 3870万元（计算按企业内部结算价：电0.45/kWh、蒸汽65元/t、炉渣 15元/t）。总费 用 约2600万元，包括燃料费600万元（年耗用平均热值6.28MJ/kg的矸石20万t，企业内部结算 价3 0元/t）、设备折旧费600万元、财务费用600万元（贷款还本付息）、材料大修费用400万元 、工资福利管理费用400万元。按以上收入扣紧、费用宽松的计算方式，电厂利润仍在1200 万元以上。 　　(2) 矿区供热系统是安全生产的关键环节，1个年产400万t的矿井年最低供 热量为4万t，年消耗原煤2万t ，建4台6t/h快装锅炉，组建1个运行维修锅 炉班，年消耗总费用应在500万元以上。如欲兼顾生活区供暖，实现年供热12万t，则年消 耗费用就会超过千万元，耗用原煤5～6万t，煤的热值按15.70MJ/kg计算，可折 合热值为6.28MJ/kg 的矸石15万t，接近矸石电厂全年的燃料需用量。如使用6万t原煤配制3.14MJ/kg矸石做燃料 (一般情况下 3.14MJ/kg煤矸石只能废弃)，则可使3.14MJ/kg的18万t废弃矸石变废为宝。 　　(3) 沸腾炉的供热质量是普通快装锅炉所不能比拟的。由于沸腾锅炉能脱 除二氧化硫及二氧化氮，所以能减轻对大气环境的污染。 　　(4) 矸石电厂的建立使矿区每年少上缴电费3500元以上（ 电网电价0.54元/kWh ），免除了供热成本，减少了占地投入，还可安置200人就业。代价就是每年消耗20万t热值 6.28MJ/kg矸石，一次性投资约8000万元。  　　从上述分析可以看出，用矿区2年多免缴的电费便可还清投资。若使用电厂财务费用和年利 润还贷，不到5年便可还清。 信息来源于：中国煤炭