我国有极其丰富的煤矸石资源，这是一种利用循环流化床锅炉（CFB）可以燃烧发电、供热的一次能源。若废弃不用，既污染环境，又是对能源的极大浪费。故回收利用煤矸石发电、供热是我国节约能源、保护环境的重大课题，也是电力、供热项目建设的重要任务和使命。

 

1.1 我国煤矸石产量

煤矸石是在煤矿建设、生产及原煤洗选中副产的废弃矸石，约占煤炭产量的15%。至1996年，我国的堆存总量已达25亿吨以上，占地1.2万多公顷，且正以每年排矸1.4亿吨和新增占地500公顷的速度递增。经推算， 截止2011年底，我国已堆积煤矸石约46亿吨，折合标煤约12亿多吨，其能源价值约合人民币6000亿元。如此大的废弃能源，再加上每年的递增量，若不回收利用，其浪费惊人。

1.2煤矸石废弃物的危害

煤矸石的废弃和堆存不仅占用大量耕地，并且严重污染环境。例如，据统计平顶山矿区在开发的40年中，仅平煤集团总公司所属煤矿及选煤厂排放的煤矸石山就有31座，煤矸石堆存量达3900万吨，占地1470亩，其中可耕地占77.5%，每年少收获粮食约62.6万公斤，够1500多人吃一年。由此推想，煤矸石废弃物对全国的危害就更严重，更广泛了。矸石山的自燃，随风飘尘，污染水体，对环境污染、对人民生产生活的危害是极其严重的。此事亟待解决。

1.3煤矸石资源化利用的重要意义

综上所述可见，实现煤矸石资源化利用，用以发电、供热，变废为宝，化害为利，不仅消除了污染源，减少占地，还能节约大量能源，创造巨大的经济、环境和社会效益。对我国国民经济的发展和改善生态环境具有重大和深远的意义。

CFB是以流化床低温流化燃烧专利技术（法国）为原理的新型锅炉。1964年，英国首次装设流化床燃烧成套装置。它是将0～13mm颗粒的煤矸石等劣质燃料饲入CFB的流化床进行流化燃烧。炉膛燃烧温度为850℃～1050℃。在炉膛出口、水平烟道装设分离器，将未燃尽的飞灰分离出来，通过回灰（料）装置吹入炉膛下部密相区，进行循环流化燃烧、换热，实现充分稳定燃烧矸石，并提高热效率的效果。锅炉除给煤（矸）装置、汽包、过热器、省煤器、空予器、钢架等之外，还要配流化风机、一二次风机、引风机等辅助设备。

2.2技术特点及优势

（1）可以燃烧煤矸石等低热值燃料（低位发热量≤12250KJ.㎏^-1），而且燃烧效率较高。用CFB燃用矸石发电、供热，可以实现矸石的资源化利用，这是CFB的突出优势。

（2）低温燃烧下，NOx生成很少，排放低，并可以进行廉价的“炉内脱硫”。故环保性能优越。

（3）负荷调节容易，且调节幅度大，可以在30%～110%额定负荷下稳定运行。

（4）对燃烧的适应性强，可以燃用低位发热量为4605～12250 KJ.㎏^-1的煤矸石或低热值燃料。

（5）灰渣可利用性好。干灰渣活性好，粒度细，可直接渗合生产水泥等。

3）存在问题及在设计中的解决方案

CFB也存在烟尘初排放浓度高，磨损严重，运行电费较高，对运行人员技术水平要求高等问题。其中，磨损严重的问题最为突出。我们在煤矸石发电厂设计中，与CFB等厂家配合，提出对埋管改良材质、增加厚度，在易磨部位增设防磨板、改善气流组织等措施，实施后均取得良好效果。其他问题也具有相应的解决方法。

 

从1964年英国装设全球第一台CFB发电装置后，世界各国尤其是日本、美国和法国积极进行了CFB供热、发电成套设备的商业性开发，CFB容量大、技术领先、矸石等的利用率很高，走在了世界前列。

我国经过了“六五”、“七五”、“八五”的国家科技攻关和技术引进，于上世纪八十年代末也研制成功了利用煤矸石、煤泥等为燃料的沸腾炉和循环流化床锅炉，建设了第一批煤矸石发电厂，取得了显著的环境和经济效益。我们也就是从那时开始了煤矸石电厂的工程设计及CFB的应用工作。并成功的设计了宁夏“石咀山矿务局矸石发电厂”、“石炭井矿务局矸石发电厂”；陕西“蒲白矿务局矸石发电厂”、“白水煤矿矸石发电厂”；以及山西、内蒙、青海的一些矸石发电厂。截止1995年，我国共建煤矸石电厂64座，总装机容量76.8万KW，还没有100万KW的一台大机组容量大。显然，那时我国矸石电厂装机容量小，发展速度慢。近十几年，我国又建了一批矸石电厂，把煤矸石的资源化利用率提高了约40%。但每年新产矸石利用不到一半，原堆积的没有利用，又有新的堆存。由此可见，目前我国利用煤矸石发电、供热的发展速度还是太慢，在建设规模和技术水平方面，相比发达国家差距较大。

2007年1月17日，国家发改委、建设部发布了《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》〔2007〕141号，对于煤矸石综合利用发电项目建设起到了规范和促进作用。锅炉制造行业也在不断推进技术进步，向增大单炉容量和高技术含量的方向发展。尤其东锅、哈锅、上锅三大动力厂，同时引进了法国阿尔斯通的先进技术，开始生产1025t.h^-1（配300MW机组）大型亚临界CFB锅炉，这对提高煤矸石资源化利用的规模和速度将起到积极作用。该锅炉的型式为：CFB1025-17.40/3.4-540/540，亚临界、单汽包、自然循环、一次中间再热、固态排渣、循环流化床锅炉。

 

（1）一般来讲，只要附近有煤矿，有选煤厂，水源充足，就可以筹建一座坑口煤矸石电厂。根据建厂条件，宜大宜小。

（2）煤矸石电厂应优先在大型煤炭矿区内或紧邻大型洗煤厂规划建设。具备集中供热条件的，应考虑热电联产。限制分散建设小型的煤矸石发电项目。

（3）煤矸石电厂设备选型应根据燃料特性，按集约化、规模化和就近消化的原则，优先安排建设大中型CFB及发电机组。在大型矿区以外的城市近郊，原则上不规划建设煤矸石热电联产项目。

4.2 CFB的选型

CFB的容量可以选标准系列的35t.h^-1、65 t.h^-1、75 t.h^-1、130 t.h^-1、220 t.h^-1及以上的蒸汽锅炉，最大可选1025 t.h^-1的亚临界锅炉。其容量和台数应根据矿井规模及洗煤厂的洗选能力来确定。电厂锅炉与矿井、洗煤厂规模应匹配，从异地运进煤矸石发电是不可取的。锅炉选型还应与燃料热值相适应。

4.3汽轮发电机组的选型

在气温较高的南方，可选择凝汽式汽轮发电机组，只发电，不供热。在气温较低的北方、中部地区或附近有工业热负荷的地方，可以选择C型或CC型抽汽凝汽式机组，既发电又供热，实行热电联产。仅有稳定、工业热负荷时，可选择背压机组，热电联供。

4.4CFB、汽轮机组的参数选择

 

（1）矸石锅炉房的设计原则方案是选择CFB锅炉（一般用热水炉）可进行供热。通常是冬季集中供暖，若另有足量其他负荷，也可兼供生活热水、空调制冷负荷。

（2）应设供热站，站内设置热网循环泵、补水定压泵、软水设施，自此通过热网对外供热。

（3）锅炉容量一般用大中型热水锅炉。常用的有29MW、58MW、64MW、70MW，最大的116MW。

（1）CFB能进行炉内脱硫，将石灰石粉送入炉内，需要设计一套输送调节系统。链条炉不能炉内脱硫，只能与除尘组合，设一套“除尘脱硫装置”，进行烟气脱硫。

（2）CFB烟气粉尘原始排放浓度很高，达20g.(Nm)^-3以上，故须采用静电除尘器或布袋除尘器，才能烟气排放达标。

（3）CFB排渣温度高达800℃左右，需要设置冷渣器及配套的循环冷却系统。而链条炉排渣不必要冷却。

（4）CFB因除尘器排出的细灰量是链条炉的10倍以上，宜设正压气力输灰系统。

（5）送引风系统：CFB设一次风机、二次风机和引风机，有时还要设高压流化风机，而且一、二次风机压头较高。而链条炉只设鼓、引风机。

从表1可知 ，一台70 MW的CFB比同容量的链条炉总设备费贵244万元。考虑安装工程费、建筑工程费，加其他费用，可估算出：一台70MW CFB锅炉房比同容量的链条炉锅炉房投资多434万元。

5.4 一台70MWCFB锅炉房与链条炉锅炉房（采暖4个月）年运行费用的比较

因两种类型的锅炉房的运行费的电费、水费、人工费、材料费相互抵消后，四种费合计相差无几，假定两项目四种费用合计相等，只比较两者燃料费即可。

从表2可知，一台70 MWCFB比同容量的链条炉年运行费用要节省1925万元。虽然CFB项目比链条炉项目多投资434万元，但CFB比链条炉每年要多盈利1925万元，而多投资部分投运当年就很快得到回收。

 

煤矸石资源化利用是我国资源节约、保护环境、发展经济的重大课题和当务之急，应引起有关部门、产业的更多关注。应加快速度，加大力度发展煤矸石的回收利用和CFB技术的开发应用。设计科研单位，应竭力开发应用新技术成果，优化煤矸石发电、供热设计，促进我国能源事业的发展。