循环流化床锅炉降低飞灰含碳量研究

第 4 3卷第 3 期 2 0 1 2年 5 月 锅 炉技术 BOI LER TECHNOLOGY Vo 1 4 3 No 3 M a y 2 01 2 循环流化床锅炉降低飞灰含碳量研究 李永华 黄 治坤 1 华北 电力大学 能源与动力工程学院 河北 保定 0 7 1 0 0 3 2 国电科学技术研究 院 北京1 0 0 0 8 1 摘要 介绍 了煤指数 床压 床温 流化风量 总风量和一 二次风 比例 燃煤 粒径对循环 流化床锅炉 飞灰含 碳量的影响 并 以某 电厂 4 4 0 t h循环流化床锅 炉降低飞灰含碳量 的优化调整为例 通 过正交试验分析各 因素 影响情况 试验表 明 总风量对 锅炉 飞灰含碳量 的影响相对较大 其 次是流化风 量 再次是 床压 通过调整入 炉煤粒径 分布 进一步降低飞灰含碳量 试验 表明燃煤粒度对锅炉飞灰含碳量影响较大 关键 词 循环流化床锅炉 飞灰含碳量 燃烧优化 正交试验 中图分类号 T K2 2 9 6 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 2 0 3 0 0 2 4 0 4 0 前 言 循环流化床锅炉 由于其燃料适用范 围广 炉 内脱 硫效 率 高 NO 排放 量小 燃 烧效 率 高 负荷 调 节 比大等优 点 已成 为 广 泛应 用 的 洁净 煤 发 电 技术 之 一 较 之其 他 的洁 净 煤 发 电技 术 循 环 流 化床锅炉技术是投资与运行成本相对较低 适合 我国资源特点 并能满足 日益严格的污染物排放 标 准要求 的 洁净煤 发 电技 术 特 别 是 燃用 劣 质 燃 料方 面 具有 不可 替 代 的作 用 国外 大 量燃 烧 褐 煤 等高 挥发分 燃 料实 践 表 明 循 环 流 化 床锅 炉 具 有很高的燃烧效率 飞灰含碳量非常低 但我 国 循环流化床锅炉多燃用贫煤 无烟煤以及煤矸石 等劣质 燃 料 试 验 表 明 循 环 流化 床 锅 炉 在 燃 烧 一 些低挥 发 分 高热值 煤 时 飞灰 含碳 量 通 常很 高 1 因此对于燃用低挥发分高热值煤的循环流 化床锅 炉 飞灰 含碳 量 高成 为 影 响其 燃 烧 效率 的 一 大因素 如何 降低燃烧低 挥发分高热值燃料 飞灰含 碳 量 是 循 环 流 化 床 锅 炉 电厂 运 行 亟 待 解 决 的问题 1 影响飞灰含碳量的 因素 1 1煤指 数 煤种对飞灰含碳量 的影响很大 对于挥发分 很高的褐煤在循环流化床锅炉 内有极高 的燃尽 率 飞灰 含 碳 量可 小 于 1 而 对 于 无 烟煤 烟 煤 在循 环流 化 床锅 炉 上 燃 烧 时 飞 灰 含碳 量 为 1 0 左右 用 煤指 数 C I 表征 则煤 指数 C I 定 义 为 c 一 1 式 中 C j 煤 指数 MJ k g 广一 煤 的干燥 无灰 基挥 发分 Q 煤 的收 到基低 位发 热量 MJ k g 多台循环 流化床锅 炉飞灰含碳量 的测试 结 果与 煤 指 数 的关 系 曲线 如 图 1所 示 煤 指 数 CJ 越 大 则 飞灰 含碳量越 低 2 图 1 煤指数与飞灰含碳量的关系 1 2 床 压 床压反 映 了炉 内物 料 的浓 度 床 内物 料 的浓 度直接关系到炉内的燃烧和传热状况 循环流化 床锅 炉试 验 与 燃 烧 表 明 在 一 定 范 围 内 通 过 调 整排渣速率 降低 床压运 行 飞灰 含碳 量降低 降低床压 底部密 相区和过 渡区物料浓度 降低 从而增加了二次风的穿透能力 使得更多氧气进 入中央贫氧 区 3 提高 了碳颗粒 的燃烧效率 进 而 降低 了飞灰 含碳量 收 稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 0 作者简介 李永华 1 9 6 8一 男 教授 主要从事燃烧理论与技术的研究 弛 勰 弘 肋 0 摹 删醛如 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 3期 李永华 等 循环流化床锅炉 降低 飞灰含碳量研究 1 3 床 温 循 环 流 化 床 锅 炉 的 床 温是 指 炉膛 密 相 区 内 物料 温 度 燃 烧 温 度 提 高 时 飞 灰 含 碳 量 将 降 低 其 原 因是 提 高 燃 烧 温 度 后 碳 的 反 应 活 性 将 提高 煤 的燃 尽 时 间将 变 短 在 一 定 的停 留 时 间 内煤 的燃烧 效率 会 提高 同时 飞灰 和底 渣 的含碳 量会 降低 燃 烧 温 度 对 煤 粉 燃 烧 影 响 的经 验 关 系式 为 j 一 8 7 7 1 0 e x p V 一0 0 1 2 7 6 T b 2 7 3 3 d 2 式 中 r 碳 粒子 的燃尽 时 间 S T b 燃 烧温 度 d 碳 粒子 直径 c m 从 关 系式 中可 以看 出 碳 粒 子 的燃 尽 时 间与 燃 烧温 度有关 提 高燃 烧 温 度能 明显 缩 短碳 粒 子 的燃尽 时 间 因此 提 高 床 温 对 碳 粒 子 的 燃 尽 降低 飞灰 含碳 量 提 高 燃 烧 效 率 是 十 分 显 著 的 综 合 考虑 燃 烧效 率 脱 硫 效率 和 NO 生 成量 循 环流化 床 锅 炉床 温 一 般控 制 在 8 5 0 9 5 0 对 于烟 煤等 易燃 煤种 可 取 低值 对 无 烟 煤 等难 燃 煤种则 取高 值 1 4流 化风 量 循 环 流 化 床 锅 炉 流 化 风 既 要 保 证 床 料 的 正 常 流 化 也 要 保 证 炉 内燃 料 充 分 有 效 的 燃 烧 流 化 风 量 大 流 化 速 度 高 床 料 向上 扬 析 的 力 度 大 则 床 料 在 炉 内 停 留 的 时 间 长 增 加 了 碳 颗 粒 的 燃 烧 效 率 内 循 环 加 剧 的 同 时 增 加 了 炉 内传热 如 果 流化 风量 过大 床 温将 降低 不 利 于 飞 灰 燃 尽 因 此 其 存 在 最 佳 运 行 值 或 范 围 1 5 总风 量和 一 二 次风 比例 送 入 炉 膛 总 风 量 的 变 化 表 现 为 过 量 空 气 系 数 或 含 氧 量 的 变 化 随 着 总 风 量 的 提 高 气 相 氧气 浓 度 相 应 提 高 加 快 了 氧 气 的 传 质 速 率 和气 固反 应 速 度 煤 颗 粒 在 炉 内相 对 固 定 的 停 留 反 应 时 间 内 其 最 终 反 应 程 度 提 高 具 体 体现为燃尽 程 度 的提 高 即飞灰 含 碳量 降低 如果炉 内氧量过低 燃料 因缺氧而燃烧不充分 将 会 导致 飞 灰 和 底 渣 含 碳 量 上 升 总 风 量 及 一 二 次 风 比例 的调 整 可 以有 效 改 善 炉 内风 煤 及灰的混合程度 循环流化床锅炉风量 的调 整 原 则是 一 次 风 保 证 流 化 和 调 节 床 温 二 次 风 量 调 整 过量 空 气 系 数 炉 膛 出 口处 的 氧量 一 般 控 制 在 3 5 对 于 二次 风 喷 口射 流 动 量 较 弱 的循环流化床 锅炉 测试 表 明其 炉膛 二次 风上 部有 一 个 贫 氧 核 心 区 这 不 利 于 核 心 区 细 颗 粒 的燃烧 因此对于飞灰可燃物高 的循环流化 床 锅炉 可 通 过 调 整 总 风 量 和 优 化 一 二 次 风 比 例 提 高 二 次 风 喷 口 射 流 动 量 改 善 炉 内 燃 烧 效果 1 6 燃煤 粒径 根据循环流化床锅炉的燃烧特点 要求人炉 煤 的颗 粒粗 细有 一定 范 围 颗粒 级 配 有 合理 的 比 例 除大颗粒 粒 径 外 1 mm 以下 颗 粒 份 额 对 燃 烧 过程 影响较 大 合 理值 可按 下式 计算 V d a f D1 6 0 3 式 中 入 炉煤 干燥无 灰基 挥发分 D 入 炉 煤 中 粒 径 小 于1 mm的 份 额 式 2 说 明低 挥 发 分 的煤 粒 径 应 小 高 挥 发 分煤 粒 径 应 粗 大 因 为 高 挥 发 分 煤 在 炉 内燃 烧 时更 容 易 爆 裂 和 破 碎 成 细 颗 粒 且 相 对 更 容 易 燃尽 因此 应 根 据 煤 种 不 同 对 煤 的 粒 径 分 布 提 出不 同 的 要 求 对 于 现 有 设 备 条 件 燃 煤 粒 径分 布 调 整 受 到 限制 但 应 尽 可 能 调 整 接 近 设 计粒 度 分 布 避 免 细 组 分 过 多 造 成 炉 膛 上 部 温 度偏 高 以 至 超 出 旋 风 分 离 器 临 界 粒 径 的 煤 粉 份 额增 多 而 导 致 飞 灰 含 碳 量 增 加 或 者 颗 粒 偏 粗造成运行 风量过 大磨损严 重 排烟温度 高等 后果 2 实例分析 以某 电厂 4 4 0 t h循 环流 化床 锅炉 降低 飞 灰 含碳 量 的优化 调 整为 例 通 过正 交 试 验分 析 以上 运行 参数 对 飞灰 含 碳 量 的影 响 表 1列 出 了该 厂燃 用煤 质 表 1 入炉 煤工 业分析 结果 工 业 分 析 结 果 表 明 试 验燃 用 煤 质 的挥 发 分 极 低 属 难 燃 煤 质 调 整 前 其 飞 灰 含 碳 量 为 1 6 5 左右 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 6 锅 炉 技术 第 4 3卷 2 1正 交试 验分析 正交试验法由组合理论推导 是一种通过科 学的挑选试验条件 合理安排试验步骤 对 结果 进行统计分析的多 因素试验方法 它适 用于多 因素 多指标 因素 间存在交互作用及具有 随机 误 差 的试验 依据因素必须是 可调的原则 以及锅炉 的运 行情况 选择床压 A 流化 风量 B 总风量 C 3个因素作为考察因素 具体试验因素及其水平 安 排见 表 2 表 2 试 验 因素及 其水平 表 根据 因素 个 数 与 各 因 素 的水 平 数 选 择 L 3 作为试 验 的正 交 表 试验 正交 表 及试 验 结 果 的直 观 分 析 见 表 3 对 于 A 因素 A1最 优 B 因素 B 2最优 C 因素 C 1最优 A1 B 2 C1 为试 验最 优方案 即最佳运行工况为床压 6 5 k P a 流化风 量 2 3万 Nm h 总风量 4 4万 N m h 表 4是试 验 结 果 的方 差 分 析 结 果 从 F 值 的大 小可 以看 出 试 验 参数 的变 化 范 围 内总 风量 对锅 炉飞 灰可燃 物 含 量 的影 响相 对 较 大 其 次是 流化 风风量 再 次是 床压 表 3 试 验正 交表及 试 验结果 直观分 析 试 验号 Nma h 1 误 差 均值 1 1 5 4 6 3 1 6 3 0 3 均值 2 I 6 3 2 3 1 5 1 0 0 均值 3 1 6 0 3 0 1 6 4 1 3 极 差0 8 6 1 1 3 1 3 表 4试 验 结果 的方差 分析 根据 计 算 分 析 结 果 绘 制 试 验 中 床 压 流 化 风量 总 风 量 对 飞 灰 含 碳 量 的 影 响 趋 势 如 图 2 所示 抽 加 7 谨 加 6 2 6 4 6 6 6 8 7 7 2 7 4 7 6 7 8 8 a 床压 k P a b 流化风 量 1 0 4 N m 3 h 1 图 2 各 因素对飞灰含碳量影响的趋势图 2 2 粒径 调整 由于通 过 正 交 试 验 对 床 压 流 化 风 量 总 风 量 对飞灰 含碳 量 的调 整 没有 达 到 满 意效 果 分 析 入 炉煤 粒径 分布发 现 电厂入 炉煤 中 1 mm 以下质 量份额高达 6 4 9 5 粒径分 布不合理 具体分布 见 表 5 所 以通 过 调 大 细 碎 机 锤 头 间 隙对 人 炉煤 粒 径分布 进行 调整 O 5 0 5 O 5 O 5 O M H 8 7 7 6 6 5 5 4 4 9 0 O O 2 5 2 8 9 8 8 7 2 6 1 8 8 3 3 4 7 0 3 5 4 6 6 1 1 1 n 1 1 1 l 1 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 验验验验验验验验验 试试试试试试试试试 3 3 O M 7 O O 竭 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 3期 李永华 等 循 环流化床 锅炉降低 飞灰 含碳 量研 究 2 7 表 5 调 整前 后入炉 煤粒 径对 比 调 整前 后入 炉煤粒 度变 化如 图 3 所 示 l 0O 9 O 8 0 7 0 6 0 5 O 4 O 3 0 2 0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 筛孔直径 m m 图 3 调整前后人炉煤粒度变化 表 6调 整前后 飞灰 含碳 量对 比 细碎 机 锤 头 间隙 调 整 前 后 飞 灰 含碳 量 变 化 对 比见表 6 3 结 语 1 在 保 证 锅 炉 额定 负 荷 及 其 运 行 参 数 正 常 稳定运 行 的前提 下 经 过对 多个 影 响循环 流化 床锅炉 飞灰含 碳 量 运行 因素 的优 化 调 整 使 锅炉 飞灰含碳量显著降低 从 1 6 5 O 降至 1 1 4 3 左右 以此 可显 著提 高锅 炉效率 2 通过 正交 试 验 分 析 在 一 定 程 度 上 掌握 了锅 炉经 济燃烧 的规律 查 明 了总 风 量 流 化风 量 床压 等运行 参 数对 飞 灰含 碳 量 的 影 响 试 验 表 明 总 风 量 对 锅 炉 飞 灰 含 碳 量 的 影 响 相 对 较 大 其 次是 流化 风量 再 次是床 压 3 试 验表 明燃煤 粒度对 锅 炉飞灰 含碳 量 影 响较 大 参 考文 献 1 吕俊复 张守玉 刘青 等 循环流化床锅炉 的飞灰含碳量问 题 J 动力工程 2 0 0 4 2 4 2 1 7 0 1 7 4 E 2 孙献斌 黄 中 大型循 环流化床锅 炉技术 与工程应 用 M 北京 中国电力出版社 2 0 0 9 3 高洪培 王鹏利 张敏 等 大 型循环流化床锅 炉临界流化风 量控制与燃烧优化调整 J 热力发电 2 0 0 5 4 3 1 3 3 4 杨建球 曾庭华 李焕辉 大型循环 流化床锅 炉运行 优化及 改进 M 北京 中国电力 出版社 2 0 1 0 St u d y o n Re du c e t h e Car b o n Con t e n t o f F l y As h i n Ci r c u l a t i n g F l ui di z e d Be d Bo i l e r s LI Yo ng hua H UANG Zhi ku n 1 Sc h oo l o f En e r g y a n d Powe r Eng i n ee r i ng Nor t h Chi na El e c t r i c Powe r Uni v e r s i t y Ba o di ng 07 10 03 Chi na 2 Gu o d i a n S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Re s e a r c h I n s t i t u t e Be ij i n g 1 0 0 0 8 1 Ch i n a Ab s t r a ct I nf l u e n c e s o f f a c t o r s s uc h a s c o a l i nd e x be d p r e s s ur e b e d t e m p e r a t u r e f l ui di z a t i o n a i r v o l ume t o t a 1 a i r v ol u m e s e c o nd a r y a i r r a t i o a nd c oa 1 p a r t i c l e s i z e on c a r b on c o nt e nt i n f l y a s h we r e i nt r od uc e d i n t hi s pa p e r An d a r e a l c a s e o n t he c o nt r o l o f t h e c a r b on c o n t e n t i n f l y a s h o f a 4 4 0 t h CF B b o i l e r wa s p r e s e n t By me a n s o f o r t h o g o n a l t e s t d e t a i l i nf or m a t i o n a bo ut t he r e a l a b i l i t y o f e a c h f a c t o r t o de t e r mi ne t h e c a r b on c on t e n t i n f l y a s h i n t ha t c a s e wa s c o l l e c t e d Exp e r i me nt s s ho w t ha t t he t o t a 1 a i r v ol u m e ha s a r e l a