循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含碳量問題

1、循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含碳量問題摘要：針對某熱電分公司220t /h循環(huán)流化床鍋爐在燃用高灰份低熱值的煤種時 飛灰含碳量高并且鍋爐效率有所降低的問題，采用飛灰復(fù)燃技術(shù)進(jìn)行改造，鍋爐 改造之后，爐內(nèi)平均燃燒溫度、回料溫度提高，飛灰含碳量明顯降低，鍋爐熱效 率得到提高。改造取得了顯著的技術(shù)成果，達(dá)到了預(yù)期效果，系統(tǒng)投資小，運(yùn)行 成本低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；飛灰復(fù)燃；鍋爐熱效率；效益1刖言在鍋爐實際生產(chǎn)過程中，由于設(shè)計入爐煤熱值與實際入爐煤熱值存在差異， 在燃用高灰份低熱值的煤種時飛灰含碳量高并且鍋爐效率有所降低。根據(jù)理論分 析：煤的性質(zhì)對碳顆粒燃盡的影響可以用煤的揮發(fā)份對發(fā)熱

2、量的貢獻(xiàn)I = Vdaf /Qar. net來表示，所以使用低熱值、高灰份燃料是循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量 高的根本原因。另外入爐煤粒徑以及燃燒的溫度等因素也會導(dǎo)致飛灰含碳量偏高， 鍋爐效率下降。煤的燃燒反應(yīng)速度，燃盡時間：與溫度和煤粒直徑的關(guān)系如下式所示T = 8. 77 x 109 e x p （0. 01276 Tb） dp 1. 16式中：Tb燃燒溫度dp煤粒子直徑從上式看出，燃燒溫度升高，燃料燃盡 時間縮短。燃燒溫度的提高對降低飛灰含碳量是十分有利的。從設(shè)備操作角度來 說，如果分離器的收集效率越高，飛灰的含碳量越低。給煤和給氧的均勻性越好， 飛灰的含碳量越低。綜合以上這些原因經(jīng)過調(diào)研和

3、研究討論，制定出降低鍋爐飛灰含碳量以及提 高鍋爐效率的對策。根據(jù)實際情況決定在2013年非冬運(yùn)期對220t /h循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行加裝飛 灰復(fù)燃裝置的改造，來改善當(dāng)前的不良運(yùn)行狀況。2飛灰復(fù)燃改造方案實施某熱電220t /h循環(huán)流化床鍋爐飛灰復(fù)燃改造系統(tǒng)最初設(shè)計了三套改造方案：a.飛灰利用氣力輸灰系統(tǒng)送到爐前后，通過布風(fēng)板，從底部送入燃燒室。原 有設(shè)備及系統(tǒng)大多能利用。但是飛灰物料是否能克服床層阻力噴入燃燒室底部 （即原有的飛灰底飼燃燒方式）沒有把握。第二種方案采用面飼燃燒方式，就是將飛灰送到爐前后，通過噴嘴從二次 風(fēng)口送入燃燒室燃燒。這種方法目前業(yè)內(nèi)認(rèn)可的成熟工藝路線，較底飼而言，運(yùn) 行可靠

4、，管路壓力穩(wěn)定，波動小，堵灰現(xiàn)象少。c.第三種方案是將飛灰送到給煤機(jī)再送入爐前落煤管，與煤一起落入燃燒室 燃燒。這種方法對給煤機(jī)系統(tǒng)是一個挑戰(zhàn)，是否可行還需要實踐才能確定。經(jīng)過對上述三種方案的研究和比較，最后確定了第二方案作為最終的改造實 施方案。將電除塵器第一電場收集的飛灰，（含碳量10%左右）通過氣力輸送， 返送到鍋爐爐膛，經(jīng)多次重復(fù)燃燒，降低飛灰含碳量并提高鍋爐熱效率，達(dá)到節(jié) 能減排目的，同時提高鍋爐帶負(fù)荷能力。其工藝路線和流程如下：除塵器第一電 場收灰斗T倉泵（現(xiàn)有）T中間灰倉星形給料機(jī)（變頻）T氣固引射泵T高壓 離心風(fēng)機(jī)T管道DN150 /2 x DN125）T鍋爐二次風(fēng)口T鍋爐爐膛

5、新設(shè)一座15m3 30 m3中間灰倉，中間灰倉下裝一臺星型給料機(jī)，星型給料機(jī)下布置一臺氣固引 射泵，飛灰從中間倉卸灰口手動插板閥后經(jīng)過落灰管進(jìn)入星型給料機(jī)，再通過氣 固引射泵進(jìn)行輸送。用一根輸灰管道輸送至鍋爐二次風(fēng)管處，再分成三根管道與 鍋爐三根二次風(fēng)管進(jìn)行連接，連接處采用軟連接方式以適應(yīng)鍋爐本體上下膨脹連 接問題。動力氣源系統(tǒng)配置一臺高壓變頻離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量2262 5429m3 /h,升壓70. 8Kpa，電 機(jī)功率30 kW 60 kW,水冷卻方式（進(jìn)口水溫不高于30C，水壓196294Kpa，水量5 10L /min）。管道配置方面：氣源管道、輸灰母管道、支管道、輸灰管道均采用無縫鋼管，

6、 材質(zhì)采用內(nèi)襯復(fù)合陶瓷耐磨彎頭。根據(jù)實地考察情況發(fā)現(xiàn)，此種設(shè)計輸灰管道及彎頭耐磨性 好，使用壽命長，檢修工作量小。輸送系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：處理灰量平均7t /h ；輸送管道輸 灰濃度（即灰氣比）在612之間，管內(nèi)流速為1219m /s。工藝流程見圖1。3控制系統(tǒng)3. 1工藝概述采用可編程控制器（PLC）的程序控制，系統(tǒng)正常在自動方式下運(yùn)行，運(yùn)行人員通過 可編程控制柜上的觸摸屏對整個系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視、管理、自動順序控制及閉環(huán)控制。 運(yùn)行方式為；全自動、軟手操、就地手動操作三種。倉泵就地壓力、輸送氣和控制氣壓力檢測信號進(jìn)入PLC控制系統(tǒng)。料倉料位計的檢測信號進(jìn)入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高/低料位報警。高料

7、位報警時，輸送系 統(tǒng)將停止向料倉送料。實現(xiàn)其他控制能力。如果原PLC系統(tǒng)有足夠接點，可在原系統(tǒng)改造。3. 2系統(tǒng)聯(lián)鎖動作及保護(hù)控制內(nèi)容及連鎖保護(hù)程序：鍋爐除塵器一電場料位正常，氣泵運(yùn)行正常。打開飛灰 復(fù)燃系統(tǒng)抽板閥，延時1分鐘關(guān)閉原送灰系統(tǒng)抽板閥，同時檢測管道壓力及料倉料位是否正 常。不符和則停止工作并發(fā)出故障報警。中間料倉料位正常，啟動高壓離心風(fēng)機(jī)工作，打開氣動抽板閥，延時3s啟動星型給 料機(jī)；同時檢測管道壓力及料倉料位信號是否正常。料倉料位超高，打開原氣泵氣動抽板閥，同時關(guān)閉復(fù)燃系統(tǒng)抽板閥。料倉料位超低，關(guān)閉高壓離心風(fēng)機(jī)。同時關(guān)閉氣固引射泵后抽板閥。 突然斷電；關(guān)斷氣動抽板，發(fā)出故障報警。

8、f.管道吹掃采用手動空氣吹掃。4改造后的效果某熱電分公司三臺220噸/時循環(huán)流化床鍋爐，在2011年年度平均飛灰含碳量為9. 11%，2012年最好的狀態(tài)時達(dá)到7% 8%左右，2013年底#2爐飛灰再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后， 相比改造之前，同條件下鍋爐帶負(fù)荷得到了改善，飛灰含碳量降至7%，降幅為12 . 5%，燃燒效率顯著提高。系統(tǒng)在回送飛灰的同時也將未完全反應(yīng)的氧化鈣送回爐膛， 所以飛灰再循環(huán)也提高了石灰石的利用效率。目前，系統(tǒng)投運(yùn)近一年，鍋爐燃燒未見異常， 磨損未見明顯增加。5經(jīng)濟(jì)效益分析5. 1降低可燃物飛灰含碳量方面按經(jīng)驗公式Q = 4. 19 x 81 x C% . 2計算每1kg灰中2%碳

9、的發(fā)熱量為：Q = 4. 19 x 81 x 2 : 4. 2 = 162kCal /kg則每小時7t灰可再利用的發(fā)熱量為：一_7000kg x 162kCal /kg = 1134000kCal相當(dāng)于每小時節(jié)標(biāo)煤0. 162t，單爐每年有效運(yùn)行時 數(shù)4600小時計算，年度單爐可節(jié)標(biāo)煤745t，標(biāo)煤單價按757元/ t，可節(jié)約成本56萬元。5. 2節(jié)約大量鈣粉鍋爐在正常投運(yùn)石灰石脫硫劑的工況下，飛灰復(fù)燃系統(tǒng)不僅是飛灰的回送再燃燒，還可 以實現(xiàn)未反應(yīng)的CaO的回送再利用，根據(jù)鍋爐飛灰中的與鈣元素有關(guān)的成分，可以計算出飛 灰中未反應(yīng)的CaO的含量。電除塵一電場收集飛灰效率按85%計算，則鍋爐每小時

10、再利用飛 灰量約為7t，通過測算可節(jié)省CaO輸送量約0. 8t /h。全年可節(jié)省CaO為0. 8t /hx 4600h = 3680t，一噸CaO價格按130元計算，則全年可節(jié)省CaO脫硫劑費(fèi)用為：130 x 3680 = 47. 84 萬元。5. 3初始投資及運(yùn)行成本初始投資：飛灰復(fù)燃系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)預(yù)計為22萬元左右，施工費(fèi)12萬元，電氣控制系統(tǒng)因 涉及鍋爐DCS和除灰程控PLC系統(tǒng)連接，估價為10萬元左右。直接投資費(fèi)用約為44萬元。運(yùn)行成本：新增羅茨風(fēng)機(jī)全年耗電量為：110kWx4600h = 50. 6萬kWh,折合成本費(fèi)用 0. 47元/kWhx506000kWh = 237820元；給料

11、機(jī)額定功率為1. 5kW，全年耗電量為： 1. 5kW x 4600h = 6900kWh，折合成本費(fèi)用 0. 47 元 /kWh x 6900kWh = 3243 元；若其它低 壓儀表及控制裝置耗電忽略不計，則新增飛灰復(fù)燃系統(tǒng)全年耗電折合成本共計237820 + 3243 =241063元，再加上維護(hù)檢修費(fèi)用，記25萬元。5. 4對二次風(fēng)的影響由于飛灰回送到二次風(fēng)管，是否對二次風(fēng)機(jī)的電流會有影響，需要進(jìn)一步研究，通過實 際觀察，由于系統(tǒng)給料量不大，二次風(fēng)僅需要稍微增加進(jìn)風(fēng)量即可，由此產(chǎn)生的二次風(fēng)機(jī)電 耗增加值較小，可忽略不計。5. 5總體經(jīng)濟(jì)效益核算56 + 47. 84 44 25 = 34. 84萬元，通過計算不難看出，飛灰復(fù)燃系統(tǒng)投入運(yùn)行一年 就可收回投資，并且產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益34. 84萬元，若不算初始投資，則每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益 為：56 + 47. 84 25 = 78. 84 萬元。本次改造一臺爐一年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益78. 84萬元，三臺爐共計236. 52萬元。6結(jié)束語飛灰復(fù)燃系統(tǒng)對增加循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)倍率，提高稀相區(qū)的顆粒濃度，形成顆粒團(tuán)以 延長顆粒在爐內(nèi)的停留時間，降低鍋爐的飛灰含碳量，提高鍋爐燃燒效率具有明顯效果