1.8 低热值煤发电技术存在的问题与挑战
1.8.1 装机容量与地区资源合理配置
经济模型计算表明，低热值煤的经济运输半径与其热值有关，以8MJ·kg-1的煤矸石为例，其经济运输半径大约为33km，因此低热值煤发电宜建设在矿区洗煤厂附近。装机容量应根据煤矸石等低热值煤的资源情况规划。发电项目的容量不同，消纳的低热值煤不同。将煤炭生产、洗选加工中产生的煤矸石、煤泥、洗中煤等固体废物混合，使入炉煤热值为14MJ·kg-1，以年运行按5000h考虑。装机规模与年消耗低热值煤量见表1-9。
表1-9 装机规模与年消耗低热值煤量
针对资源状况，主要矿区建设的低热值煤发电建设规模主要考虑相对较大的容量，其中中型矿区建设135MW等级及以下，大型矿区主要建设300MW等级，特大型矿区建设300MW等级或600MW等级。根据发电行业的特点，每个燃用低热值煤炭电站的装机数量不宜少于2台，发电用于采煤、洗选加工以及电气化铁路运输，从而形成大于18MJ·kg-1的煤炭直接外运、小于18MJ·kg-1的与采煤、洗选废弃物混合成14MJ·kg-1左右煤就地消化的循环经济链，节约运输能源消耗。重点煤炭基地的低热值煤炭量及其发电机组容量见表1-10。
表1-10 重点煤炭基地的低热值煤炭量及其发电机组容量
1.8.2 技术发展中的问题与应对措施
目前国内低热值煤发电主要是指利用煤矸石、煤泥或洗中煤进行发电，其主要技术问题集中在煤矸石发电环节。全国煤矸石综合利用电厂近400座，投产的总装机容量达2600MW左右，主要分布在重点产煤区。2010年，全国煤矸石综合利用电厂共消耗低热值煤约1.3×108t，相当于节约4200万吨标准煤，相应减少占压土地300hm2。煤矸石发电的入炉燃料热值（收到基低位发热量）不大于3000kcal·kg-1，其中煤矸石和煤泥的比例达到60％以上，采用CFB锅炉机组发电。煤矸石发电技术的本质是在发电的同时将煤矸石的排放产地进行异地转移，如果处理不当，会造成严重的环境污染和资源浪费［37］，现阶段煤矸石发电技术尚存部分技术问题有待解决。
①CFB机组总装机容量小，导致大量低热值煤无法合理利用和增加运输能耗。2010年全国投产的CFB机组消耗低热值煤1亿多吨，而产生的可用于发电的低热值煤3亿吨以上，导致大量煤矸石被废弃，部分煤泥和中煤掺在优质煤中长距离运输，增加运输能耗，加剧了“西煤东运、北煤南运”的紧张局面［38］。
②CFB机组单机容量小，相关规范和标准缺失。与大容量高参数的常规火电机组相比，低热值煤CFB发电机组容量等级较小，CFB发电机组的设计、制造和安装等规范和标准缺失，现阶段只能参照常规火电机组相关规范和标准执行。当前应优先完善相关规范和标准，发展300MW CFB机组，有序推进600MW等级超临界CFB发电机组。
③入炉燃料发热量上限值偏低。目前国家有关煤矸石电厂使用的燃料收到基低位发热量限制为不大于3000kcal·kg-1。随着以输出为主的大型煤炭基地的建设，为减少铁路、公路的运输压力，将加大原煤入洗比重，这将导致在大型矿区出现大量发热量在10～14MJ·kg-1的中低发热量煤炭无法消纳。建议在以外运为主的大中型选煤厂附近允许入炉燃料发热量上限控制在14MJ·kg-1以内，以便于建设大容量、高参数、高效机组、规模更大的低热值发电厂，提高低热值燃料电厂的综合技术水平和综合效益［38］。
④灰分含量高，运行环境恶劣，脱灰要求高。煤矸石的灰分含量较高，需要较高的除尘效率，与此同时操作环境中的粉尘含量也会较高，需要加强工人的自我防护意识。
⑤设备磨损严重，检修频繁。煤矸石的灰分含量较高，对设备的磨损，尤其是磨煤系统、排渣系统、输渣系统和各受热面的磨损较为严重。
⑥氧量、床压、料层厚度和配煤比例等因素的调整。氧量调节，正常情况下，因煤矸石的煤种密度较大，进入炉内后一般在密相区内燃烧份额较多，因此为了保证充分燃烧，炉内的中、下二次风量尽量加大。因为CFB锅炉炉内是分级燃烧，在稀相区虽燃烧份额少，为了物料混合物完全穿透，横向扰动完全，上二次风量也应增大。床压调节，以河南某135MW循环流化床机组为例，燃用设计煤种时，床压的控制范围是6～8kPa，当掺烧煤矸石时，床压的控制范围是7～10kPa，因若床压过低时，其炉内的物料稀薄。物料浓度小，而进入炉内的燃煤因其发热量较低，相应的其进入煤量较多，其煤的浓度较大，物料与燃煤混合不好，容易造成流化不好，燃烧不良，锅炉容易结焦。配煤比例，在配比煤矸石时要综合考虑发热量影响，发热量过低则锅炉燃烧困难，发热量过高则机组达不到资源综合利用的条件［39］。
⑦堵渣问题。掺烧煤矸石时，渣量较大，如果排渣不及时会造成床压的迅速增高，威胁机组的安全运行，排渣不及时需要迅速放渣，较多红渣会随之排出，影响锅炉出力，降低机组效率。
⑧装机受地理位置影响，煤矸石不宜长途运输。煤矸石的运输成本较高，一般煤矸石电厂都是就近选址，地理位置在一定程度上会制约机组的大型化发展。
⑨合理选煤方式的确定。部分电厂在煤矸石发电利用过程中存在着粗放利用问题，即煤矸石不分等级，大量特低热值纯矸和硫铁矿进入锅炉，给电厂的正常运行和环境保护带来诸多弊端。重介选煤分选精度较高的优点无可厚非，从提高精煤产率方面考虑，对炼焦煤选煤厂来说宜采用该工艺。但其生产成本高、分选密度低（低于1.8g·m-3）的缺点也必须加以重视，而且每年还消耗几百万吨磁铁矿粉。对于动力煤选煤厂，更应从可燃物的最大回收率、煤矸石的纯度、高效综合利用以及节能减排的总体效益等各方面综合考虑，更加合理地选择洗选工艺［40］。