湖南蔚藍(lán)環(huán)保設(shè)備科技有限公司
Hunan Weilan EP equipment Technology Co., Ltd
循環(huán)流化床鍋爐在電力企業(yè)中所占的比例越來越多，它的能耗狀況會(huì)直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
循環(huán)流化床鍋爐最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)保要求適應(yīng)性較強(qiáng)，如低NOx排放，爐內(nèi)石灰石脫硫，可燃燒低熱值煤種等。其缺點(diǎn)是由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒溫度只有850--950℃（比煤粉爐低300℃），所以煤粒在鍋爐中的燃盡程度低。這是循環(huán)流化床鍋爐飛灰含炭量高和熱效率低的主要原因之一。
經(jīng)過多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐總結(jié)，我們摸索出來一套適合我國循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能技術(shù)——煤灰復(fù)燃裝置。該裝置已在多個(gè)電廠的多臺(tái)鍋爐上應(yīng)用，實(shí)測(cè)節(jié)煤率少則3.75%，多則8%以上，一般2-3個(gè)月即可收回投資，是一項(xiàng)投資少、見效快、高回報(bào)的技改技術(shù)。
一、循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行顯著特點(diǎn)：
1、循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)必須有循環(huán)灰參與運(yùn)行，此循環(huán)灰一般由兩部分組成，一是爐膛內(nèi)的灰在爐膛中心升至一定高度后又沿四周水冷壁下降到料層中，這叫內(nèi)循環(huán)。另一部分是被旋風(fēng)分離器分離下來而由返料器返回爐膛內(nèi)的灰，這叫外循環(huán)。這些循環(huán)灰的作用有兩個(gè)，一是在循環(huán)過程中，將未燃盡的煤炭進(jìn)行二次燃燒，充分利用其熱量。二是提高爐膛內(nèi)的灰濃度，這個(gè)灰濃度對(duì)鍋爐是至關(guān)重要的，有了適度的灰濃度鍋爐才能正常運(yùn)行，若灰濃度偏小，鍋爐就帶不上應(yīng)有負(fù)荷，就無法在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)然灰濃度過大也是無益的（但這種狀況很少發(fā)生）。
為什么鍋爐負(fù)荷與灰濃度有關(guān)系呢？因?yàn)樵阱仩t設(shè)計(jì)中要考慮爐內(nèi)傳熱問題，循環(huán)流化床鍋爐傳熱系數(shù)包括兩部分（對(duì)受熱面而言），即對(duì)流傳熱和輻射傳熱。二者是可以疊加的。設(shè)計(jì)人員早就發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)的物料濃度是傳熱系數(shù)最大影響因素，傳熱系數(shù)隨著物料（灰）濃度的增大而增大。
從以上論述可知，在爐膛內(nèi)的灰濃度大，傳熱系數(shù)就高。即受熱面吸收的熱量多，所以蒸汽產(chǎn)量就會(huì)提高，鍋爐負(fù)荷就會(huì)增加。
2、使用煤種與飛灰含碳量有直接關(guān)系，實(shí)驗(yàn)證明：飛灰含碳量與煤的可燃基揮發(fā)份除以其發(fā)熱量有單調(diào)的變化關(guān)系，一般是其比值越小飛灰含碳量越高，其比值越大飛灰含碳量就越低。所以從減少飛灰含碳量的角度來說，選擇揮發(fā)份高的煤種較好。但這種煤對(duì)傳熱系數(shù)不利，和相對(duì)同熱量的其他煤種相比，灰的濃度會(huì)減少，對(duì)帶負(fù)荷不利。解決這一矛盾的辦法就是利用煤灰復(fù)燃裝置增大爐膛物料濃度。
另外，從電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行出發(fā)，應(yīng)選擇較高發(fā)熱量和較高揮發(fā)份的煤種，因?yàn)樗幕曳萆伲呕以伲詿崃繐p失少（排出的灰渣要帶走部分熱量降低鍋爐效率），實(shí)踐證明：高熱值煤比低熱值煤可提高鍋爐效率5-8%以上。再就是對(duì)受熱面的磨損少，延長(zhǎng)鍋爐運(yùn)行周期。這一煤種的缺點(diǎn)就是灰濃度偏低，可以用煤灰復(fù)燃裝置進(jìn)行補(bǔ)充，可大大提高鍋爐效率。
二、飛灰復(fù)燃的節(jié)能機(jī)理：
人們?cè)瓉砥毡檎J(rèn)為飛灰復(fù)燃之所以節(jié)煤，是將飛灰中的含碳量重新燃燒利用，這只是事物的一方面，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明50-100um的細(xì)灰在爐膛內(nèi)燃燒極不充分，又由于分離器分離效率的原因，這部分灰大部分跑到除塵器中才被分離出來，這些灰含碳量偏高，仍有利用價(jià)值，況且它們粒徑極小，對(duì)受熱面的磨損可以忽略不計(jì)（長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)）。
三、經(jīng)濟(jì)性分析
3.1 降低飛灰含碳量，提高燃燒效率
循環(huán)流化床鍋爐增設(shè)飛灰再循環(huán)系統(tǒng)是為降低飛灰中過高的含碳量，國內(nèi)投運(yùn)的飛灰再循環(huán)系統(tǒng)很少，僅西安熱工研究院對(duì)內(nèi)江高壩電廠410t／hCFB鍋爐做過整體測(cè)試：內(nèi)江高壩電廠飛灰再循環(huán)系統(tǒng)改造后，飛灰再循環(huán)灰量由1.38kg／s增到2.00kg／s，飛灰含碳量由15-17降至13，鍋爐燃燒效率由95.8提高到96.9，所以內(nèi)江高壩電廠投運(yùn)飛灰再循環(huán)系統(tǒng)能降低飛灰含碳量6.5—13，按年運(yùn)行5500h和飛灰含碳量降低10計(jì)算，鍋爐投運(yùn)飛灰再循環(huán)系統(tǒng)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4582t／年(燃用設(shè)計(jì)煤種)。從內(nèi)江高壩電廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，飛灰再循環(huán)倍率決定飛灰再循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，內(nèi)江高壩電廠循環(huán)流化床鍋爐飛灰再循環(huán)倍率改造后為0.145，石家莊某熱電廠循環(huán)流化床鍋爐燃用煤種與內(nèi)江電廠類似，飛灰再循環(huán)倍率為O.161，所以石家莊某熱電廠410t／h循環(huán)流化床鍋爐飛灰再循環(huán)系統(tǒng)在降低飛灰含碳量、提高燃燒效率方面均有良好的效果。
3.2 可節(jié)約大量石灰石
循環(huán)流化床鍋爐在正常投運(yùn)石灰石的工況下，飛灰再循環(huán)不僅是飛灰的回送再燃燒，還可實(shí)現(xiàn)未反應(yīng)的CaO的回送再利用，表1為有關(guān)資料給出的某CFB鍋爐底渣和飛灰中與鈣元素有關(guān)的成分，由此可計(jì)算出在飛灰和底渣中的CaO含量之比為2.08：1，即CaO的68含在飛灰中。石家莊某熱電廠410t／h循環(huán)流化床鍋爐飛灰再循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為6-12t／h，鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種總飛灰量為9.326t／h，電除塵器一電場(chǎng)能收集81的飛灰，飛灰再循環(huán)系統(tǒng)可將電除塵器一電場(chǎng)全部飛灰送回爐膛，其設(shè)計(jì)的飛灰量：底渣量=2：1，所以在爐膛未反應(yīng)的CaO有54左右被再次利用，石家莊某熱電廠410t／hCFB鍋爐石灰石消耗量為4.78t／h(Ca／S=2.3)，按未反應(yīng)的Ca050回送率計(jì)算，在保持爐內(nèi)鈣硫摩爾比不變的情況下，入爐石灰石含鈣量與入爐煤含硫量的摩爾數(shù)之比可降為Ca／S=1.6，即每臺(tái)CFB鍋爐可節(jié)約石灰石1.45t／h，每臺(tái)爐年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為5500h，使每臺(tái)爐年節(jié)約石灰石7975t，合格石灰石粉售價(jià)約為100元／t，故飛灰再循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)后每臺(tái)爐節(jié)約石灰石創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益約為79.75萬元／年。
3.3 飛灰再循環(huán)系統(tǒng)的初投資及運(yùn)行成本
石家莊某熱電廠410t／h循環(huán)流化床鍋爐飛灰再循環(huán)系統(tǒng)造價(jià)為27.5萬元／套(不含空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)和儲(chǔ)氣罐)，運(yùn)行主要耗能設(shè)備包括羅茨風(fēng)機(jī)(45kW)、空氣電加熱器(20kW)、旋轉(zhuǎn)給料閥(1.5kW)及壓縮空氣耗能。第1級(jí)輸送系統(tǒng)灰氣比為15kg／kg，石家莊某熱電廠410t／h循環(huán)流化床鍋爐最大飛灰再循環(huán)量為10.46t／h(系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大出力為12t／h)，故在壓縮空氣壓力為0.7MPa時(shí)飛灰再循環(huán)系統(tǒng)最大耗氣量為0.7t／h，即1.29m3／min，按空壓機(jī)比功率6.0kW·min／m3計(jì)算，第1級(jí)輸送系統(tǒng)消耗功率為7.74kW，所以石家莊某熱電廠飛灰再循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行中消耗總電功率僅為74.24kW。
3.4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
飛灰再循環(huán)系統(tǒng)在降低飛灰含碳量和節(jié)約石灰石方面都有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且初投資和運(yùn)行成本很低。但目前飛灰再循環(huán)系統(tǒng)在我國循環(huán)流化床鍋爐上應(yīng)用很少，其原因是：(1)我國投產(chǎn)的220t／h以上大型循環(huán)流化床鍋爐還較少，中小型循環(huán)流化床鍋爐多用以燃燒劣質(zhì)煤，而飛灰再循環(huán)系統(tǒng)在降低飛灰含碳量方面更適合于燃用高發(fā)熱量難燃煤種的循環(huán)流化床鍋爐。(2)我國對(duì)排放SO2的環(huán)保政策尚未完全到位，國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐幾乎沒有運(yùn)行時(shí)正常摻燒石灰石的，使其節(jié)約石灰石的效益無法顯現(xiàn)。飛灰再循環(huán)系統(tǒng)節(jié)約石灰石的作用相對(duì)于降低飛灰含碳量的作用更普遍適用于各種容量的循環(huán)流化床鍋爐。
4 結(jié)束語
飛灰再循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)上是可行的，并具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著新的《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》于2003年7月1日正式實(shí)施，火電廠SO2排放由超標(biāo)收費(fèi)改為總量收費(fèi)，會(huì)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐飛灰再循環(huán)技術(shù)的推廣應(yīng)用起到積極的推動(dòng)作用。
我公司專業(yè)從事稀相氣力輸送技術(shù)，利用稀相氣力輸送將除塵器中的粉煤灰輸送至鍋爐是飛灰再循環(huán)的核心工藝，已有多個(gè)成功的案例。
