降低循環(huán)流化床鍋爐灰渣燒失量的研究

1、降低循環(huán)流化床鍋爐灰渣燒失量的研究何海森（重慶天府礦業(yè)有限責(zé)任公司磨心坡發(fā)電廠重慶北碚400700）摘要:本文從鍋爐能量平衡觀點著手，對造成YG75/3.82M10型循環(huán)流化床鍋爐機(jī)械不完全燃燒損失的各類因素進(jìn)行分析，并采取鍋爐布風(fēng)改造、燃料分選等治理措施，實現(xiàn)鍋爐灰渣燒失量和煤耗的降低.關(guān)鍵詞:灰渣燒失量；布風(fēng)改造；燃料分選；機(jī)械不完全燃燒損失；O引言磨心坡發(fā)電廠#4鍋爐為濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的中壓、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)的YG75/3.82M10型循環(huán)流化床鍋爐，2009年12月建成投產(chǎn)以來，實現(xiàn)了鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行和煙氣污染物達(dá)標(biāo)排放的建設(shè)目標(biāo)，并在2010年創(chuàng)造了10339萬kW

2、h的年發(fā)電量最好記錄,但鍋爐飛灰燒失量為16.93%，爐渣燒失量為4.57%，發(fā)電中煤耗為8.68t/萬kWh，其鍋爐機(jī)械不完全燃燒損失遠(yuǎn)高于設(shè)計值,未實現(xiàn)鍋爐設(shè)計所應(yīng)達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。因此，應(yīng)從多方面去分析產(chǎn)生機(jī)械不完全燃燒損失增大的原因，制定有效的治理措施并加以實施是十分必要的。1原理分析1.1 鍋爐熱平衡從能量平衡的觀點來看，在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量應(yīng)與鍋爐輸出的熱量相平衡。輸入鍋爐的熱量是指伴隨燃料進(jìn)入鍋爐的熱量；鍋爐輸出的熱量可以分為兩部分，一部分為有效利用熱量，另一部分為各項熱損失。鍋爐熱平衡是按1kg固體燃料為基礎(chǔ)進(jìn)行計算的，在穩(wěn)定工況下，鍋爐熱平衡方程式為： （1）式

3、中 1kg燃料的鍋爐輸入熱量，kJ/kg；鍋爐的有效利用熱量，kJ/kg；排煙損失熱量，kJ/kg；化學(xué)不完全燃燒損失熱量，kJ/kg；機(jī)械不完全燃燒損失熱量，kJ/kg； 散熱損失熱量，kJ/kg； 灰渣物理熱損失熱量，kJ/kg。如果將上式的右面部分和左面部分都除以，并表示成百分?jǐn)?shù)，式子變?yōu)椋?（2）式中各字母即為各種熱量占鍋爐輸入熱量的百分?jǐn)?shù)，而即為鍋爐的熱效率，為灰渣中含有未燃盡的可燃物造成的熱損失，其計算式為： （3） 式中 、飛灰占燃料總灰量份額，爐渣占燃料總灰量份額； 、飛灰燒失量百分?jǐn)?shù)，爐渣燒失量百分?jǐn)?shù)。2010年，#4鍋爐飛灰燒失量為16.93%，爐渣燒失量為4.57%，飛灰

4、份額和爐渣份額為0.35、0.65，根據(jù)式（3）得出=12.24%。而在#4鍋爐設(shè)計書中，熱平衡理論計算得出的結(jié)果為=6.8%，約為實際損失的50%，這說明#4鍋爐在實際運(yùn)行中的灰渣燒失量較高，并沒有達(dá)到設(shè)計的燃料燃燼率。1.2 影響大小的因素影響機(jī)械不完全燃燒損失的因素包括：燃料粒度、燃料性質(zhì)、鍋爐布風(fēng)、運(yùn)行控制參數(shù)（過量空氣系數(shù)、爐膛溫度、料層、風(fēng)煤配比）等。燃料粒度的影響原因為，當(dāng)燃料進(jìn)入流化床后，將依次發(fā)生如下過程：煤粒得到高溫床料的加熱并干燥；熱解及揮發(fā)分燃燒；顆粒膨脹和一級破碎現(xiàn)象；焦炭燃燒并伴隨著二級破碎和磨損現(xiàn)象。以上過程發(fā)生的時間是由煤粒的粒徑所決定的，燃料粒徑增大，導(dǎo)致煤粒

5、總表面積減少，煤粒的擴(kuò)散阻力增大，反應(yīng)面積減小，有研究指出，粒徑為6mm的球形石煤顆粒投入到床溫為900的流化床層中，其表面達(dá)到800需21.2s；粒徑為2mm的球形石煤粒子，其表面和中心達(dá)到800分別需8.48s和10.8s，這說明煤粒粒徑越小，其燃燒時間就越短。而燃料粒徑不均且部分燃料粒徑偏大就可能導(dǎo)致煤粒在爐膛內(nèi)還未燃燒完全就被排出爐膛，顆粒較大的通過渣管排出，顆粒較小的就會被風(fēng)帶出爐膛進(jìn)入尾部煙道，這就造成飛灰和爐渣燒失量升高，燃料機(jī)械不完全燃燒損失增大。燃料性質(zhì)的影響體現(xiàn)在燃料中灰分和水分含量越高，揮發(fā)分含量越少，都會導(dǎo)致越大。這是因為燃料中的灰分在燃燒過程中會在煤粒表面形成灰分外殼

6、，妨礙燃料中的可燃物與氧氣接觸，導(dǎo)致煤的燃燒不完全，這種現(xiàn)象在鍋爐的燃燒過程中是可能發(fā)生的。而水分的存在對的影響表現(xiàn)在兩個方面，一是因為水分蒸發(fā)需要吸收熱量，從而降低了爐膛溫度，二是因為水分的存在延長了燃料燃燒的時間，這兩個方面都會導(dǎo)致增大。床壓是反映燃燒室料層厚度的參數(shù)，在運(yùn)行中是通過監(jiān)視床壓來掌握料層的厚度，而料層的厚度直接影響鍋爐的流化質(zhì)量和燃燒狀況。如料層厚度過大，則密相區(qū)份額越大，稀相區(qū)份額越小，欠氧燃燒份額越重，燃燒越不完全，則飛灰燒失量越大，但是料層厚度過小，熱容量低，難以形成穩(wěn)定的密相區(qū)，進(jìn)而造成爐渣燒失量高，所以床壓的穩(wěn)定性影響著的大小。爐膛溫度則直接決定燃料的著火時間和燃燼

7、率，影響機(jī)械不完全燃燒損失。風(fēng)煤配比指的是進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒的燃料量與參與燃燒的空氣量兩者之間的比率。要保證燃料在爐內(nèi)的完全燃燒，就必須要有足夠的氧氣，而氧氣量的多少跟燃料的特性相關(guān)聯(lián)，1kg燃料燃燒完全且沒有剩余氧氣存在時消耗的空氣量稱為理論空氣量,其計算式為： （4）式中各字母表示燃料以收到基為基準(zhǔn)的成分分析中各種成分的百分比。在實際的運(yùn)行中，必須根據(jù)燃料的特性計算出理論空氣量，并按照1.25的過量空氣系數(shù)確定鍋爐的進(jìn)風(fēng)量，以讓燃料充分燃燒。鍋爐布風(fēng)方面，風(fēng)帽為循環(huán)流化床鍋爐的布風(fēng)部件，其均勻布置在爐膛流化床布風(fēng)板上，鍋爐一次送風(fēng)機(jī)送來的風(fēng)通過風(fēng)帽均勻吹到爐膛，將床料流化以促進(jìn)燃燒，如圖1所示

8、。風(fēng)帽是循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，其類型、大小、口徑對布風(fēng)阻力、流化風(fēng)速、燃料燃燒等有深刻影響，風(fēng)帽的正確選擇對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有積極的作用。在循環(huán)流化床鍋爐中，布風(fēng)板開孔率的大小是影響燃燒的關(guān)鍵因素。×100% （5）式中：所有風(fēng)帽出口面積之和。 流化床布風(fēng)板面積。圖1 風(fēng)帽布置圖2 改進(jìn)措施2.1 措施制定通過計算，得出#4鍋爐在2010年運(yùn)行時的機(jī)械不完全燃燒損失為12.24%，正是因為熱損失較大，才會使中煤消耗量較高。對可能導(dǎo)致灰渣燒失量高、熱損失大的因素進(jìn)行分析后，可得出以下結(jié)論： （1）燃料性質(zhì)是固定不變的，作為煤矸石綜合資源利用電廠，所用燃料的組成成分是中煤、煤

9、泥、矸石，燃料的灰分較高、揮發(fā)分較低，所以高灰分對于燃料燃燒不完全的影響是無法消除的。（2）在風(fēng)煤配比方面，鍋爐進(jìn)風(fēng)量是根據(jù)公式計算和運(yùn)行監(jiān)視含氧量兩個步驟確定的，保證了燃料燃燒時有足夠的氧量，風(fēng)煤配比對的影響非常小。（3）床壓和爐膛溫度在經(jīng)過2010年電廠科技課題鍋爐、機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行的探索制定的一系列運(yùn)行試驗后，確定了其運(yùn)行時的合理參數(shù)，鍋爐能夠保持穩(wěn)定工況運(yùn)行，其對大小的影響也很小。（4）燃料粒度是影響灰渣燒失量和機(jī)械不完全燃燒損失的主要因素，正是因為燃料中摻混的煤泥團(tuán)太多，導(dǎo)致燃料燃燒不完全，爐渣中含有大量未燃燼的大顆粒，燒失量高，直接影響升高。（5）布風(fēng)板開孔率的大小是影響燃燒的關(guān)鍵因素

10、，正確選擇對燃料的燃燒是有利的。通過以上結(jié)論，確定了兩個降低灰渣燒失量的措施，一是電廠對鍋爐的布風(fēng)進(jìn)行改造，通過改小布風(fēng)板開孔率來提高一次風(fēng)的流速和風(fēng)壓，進(jìn)而加劇燃料的流化、磨損、破碎，縮短燃料的著火時間，提高燃料的燃燼率。二是對洗中煤和煤泥實行分選分裝，篩選出團(tuán)狀的煤泥，使燃料的粒度控制在設(shè)計的范圍內(nèi)。2.2 措施實施 布風(fēng)改造#4鍋爐流化床布風(fēng)板出廠參數(shù)如圖2所示，風(fēng)帽出廠參數(shù)如圖3所示，根據(jù)式（5）可得出=5.23%。在2010年年底檢修期間，#4鍋爐更換了所有的風(fēng)帽，新風(fēng)帽的型式、大小沒有改變，只是將出口開口的面積減少一半，即采用電焊將開口封堵一半，如圖4 所示。新的風(fēng)帽開口沿圓周方向

11、的長度減少為8mm，所以所有風(fēng)帽出口面積減少一半，在布風(fēng)板的面積沒有改變的情況下，開孔率降為2.62%。 燃料分選2011年年初，選煤廠對其洗選系統(tǒng)進(jìn)行改造，將中煤和煤泥實行分選分裝，篩選出團(tuán)狀煤泥，嚴(yán)格控制了燃料粒度，使#4鍋爐的入爐煤粒徑在13mm以下。圖2 #4鍋爐流化床布風(fēng)板圖3 #4鍋爐出廠風(fēng)帽圖4 #4鍋爐風(fēng)帽改造后示意圖3 結(jié)論降低#4鍋爐灰渣燒失量的措施經(jīng)過實施后，到目前為止，鍋爐實現(xiàn)了安全運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)和工況穩(wěn)定，表1列出了#4鍋爐2011年1-8月（措施實施后）與2010年（措施實施前）主要運(yùn)行參數(shù)和灰渣燒失量的比較。表1 不同時間主要運(yùn)行參數(shù)和灰渣燒失量比較時間2011年

12、1-8月2010年一次風(fēng)機(jī)電流（A）24-2623-25一次風(fēng)壓（kPa）10.0±0.59.0±0.5床壓（kPa）8.0爐膛溫度（）900-960850-920飛灰燒失量（%）12.3316.93爐渣燒失量（%）2.674.57機(jī)械不完全燃燒損失（%）8.0112.24發(fā)電中煤耗（t/萬kWh）7.908.68（1）由于布風(fēng)板開孔率的降低，布風(fēng)板阻力變大，一次風(fēng)壓增大1-1.5kPa，在保料層厚度不變的情況下，床壓增大約1kPa，且隨著一次風(fēng)壓的增加，一次風(fēng)機(jī)電流增加。（2）風(fēng)帽改造后，爐膛溫度提高約50，這是因為一次風(fēng)壓加大，擾動加強(qiáng)，燃料燃燒更充分，放熱量增大，這對降低灰渣燒失量是有利的。（3）從灰渣燒失量看，今年1-8月，飛灰燒失量為12.33%，較去年下降4.60%，爐渣燒失量為2.67%，較去年下降1.90%，為8.01%，較去年下降4.23%，這說明實施降低灰渣燒失量的措施取得了明顯的效果，達(dá)到了預(yù)期的目的。（4）今年1-8月發(fā)電中煤耗為7.90 t/萬