降低循环流化床锅炉灰渣烧失量的研究

1、降低循环流化床锅炉灰渣烧失量的研究何海森（重庆天府矿业有限责任公司磨心坡发电厂重庆北碚400700）摘要:本文从锅炉能量平衡观点着手，对造成YG75/3.82M10型循环流化床锅炉机械不完全燃烧损失的各类因素进行分析，并采取锅炉布风改造、燃料分选等治理措施，实现锅炉灰渣烧失量和煤耗的降低.关键词:灰渣烧失量；布风改造；燃料分选；机械不完全燃烧损失；O引言磨心坡发电厂#4锅炉为济南锅炉集团有限公司生产的中压、自然循环、单炉膛、平衡通风的YG75/3.82M10型循环流化床锅炉，2009年12月建成投产以来，实现了锅炉安全稳定运行和烟气污染物达标排放的建设目标，并在2010年创造了10339万kW

2、h的年发电量最好记录,但锅炉飞灰烧失量为16.93%，炉渣烧失量为4.57%，发电中煤耗为8.68t/万kWh，其锅炉机械不完全燃烧损失远高于设计值,未实现锅炉设计所应达到最佳的经济运行状态。因此，应从多方面去分析产生机械不完全燃烧损失增大的原因，制定有效的治理措施并加以实施是十分必要的。1原理分析1.1 锅炉热平衡从能量平衡的观点来看，在稳定工况下，输入锅炉的热量应与锅炉输出的热量相平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料进入锅炉的热量；锅炉输出的热量可以分为两部分，一部分为有效利用热量，另一部分为各项热损失。锅炉热平衡是按1kg固体燃料为基础进行计算的，在稳定工况下，锅炉热平衡方程式为： （1）式

3、中 1kg燃料的锅炉输入热量，kJ/kg；锅炉的有效利用热量，kJ/kg；排烟损失热量，kJ/kg；化学不完全燃烧损失热量，kJ/kg；机械不完全燃烧损失热量，kJ/kg； 散热损失热量，kJ/kg； 灰渣物理热损失热量，kJ/kg。如果将上式的右面部分和左面部分都除以，并表示成百分数，式子变为： （2）式中各字母即为各种热量占锅炉输入热量的百分数，而即为锅炉的热效率，为灰渣中含有未燃尽的可燃物造成的热损失，其计算式为： （3） 式中 、飞灰占燃料总灰量份额，炉渣占燃料总灰量份额； 、飞灰烧失量百分数，炉渣烧失量百分数。2010年，#4锅炉飞灰烧失量为16.93%，炉渣烧失量为4.57%，飞灰

4、份额和炉渣份额为0.35、0.65，根据式（3）得出=12.24%。而在#4锅炉设计书中，热平衡理论计算得出的结果为=6.8%，约为实际损失的50%，这说明#4锅炉在实际运行中的灰渣烧失量较高，并没有达到设计的燃料燃烬率。1.2 影响大小的因素影响机械不完全燃烧损失的因素包括：燃料粒度、燃料性质、锅炉布风、运行控制参数（过量空气系数、炉膛温度、料层、风煤配比）等。燃料粒度的影响原因为，当燃料进入流化床后，将依次发生如下过程：煤粒得到高温床料的加热并干燥；热解及挥发分燃烧；颗粒膨胀和一级破碎现象；焦炭燃烧并伴随着二级破碎和磨损现象。以上过程发生的时间是由煤粒的粒径所决定的，燃料粒径增大，导致煤粒

5、总表面积减少，煤粒的扩散阻力增大，反应面积减小，有研究指出，粒径为6mm的球形石煤颗粒投入到床温为900的流化床层中，其表面达到800需21.2s；粒径为2mm的球形石煤粒子，其表面和中心达到800分别需8.48s和10.8s，这说明煤粒粒径越小，其燃烧时间就越短。而燃料粒径不均且部分燃料粒径偏大就可能导致煤粒在炉膛内还未燃烧完全就被排出炉膛，颗粒较大的通过渣管排出，颗粒较小的就会被风带出炉膛进入尾部烟道，这就造成飞灰和炉渣烧失量升高，燃料机械不完全燃烧损失增大。燃料性质的影响体现在燃料中灰分和水分含量越高，挥发分含量越少，都会导致越大。这是因为燃料中的灰分在燃烧过程中会在煤粒表面形成灰分外壳

6、，妨碍燃料中的可燃物与氧气接触，导致煤的燃烧不完全，这种现象在锅炉的燃烧过程中是可能发生的。而水分的存在对的影响表现在两个方面，一是因为水分蒸发需要吸收热量，从而降低了炉膛温度，二是因为水分的存在延长了燃料燃烧的时间，这两个方面都会导致增大。床压是反映燃烧室料层厚度的参数，在运行中是通过监视床压来掌握料层的厚度，而料层的厚度直接影响锅炉的流化质量和燃烧状况。如料层厚度过大，则密相区份额越大，稀相区份额越小，欠氧燃烧份额越重，燃烧越不完全，则飞灰烧失量越大，但是料层厚度过小，热容量低，难以形成稳定的密相区，进而造成炉渣烧失量高，所以床压的稳定性影响着的大小。炉膛温度则直接决定燃料的着火时间和燃烬

7、率，影响机械不完全燃烧损失。风煤配比指的是进入锅炉内燃烧的燃料量与参与燃烧的空气量两者之间的比率。要保证燃料在炉内的完全燃烧，就必须要有足够的氧气，而氧气量的多少跟燃料的特性相关联，1kg燃料燃烧完全且没有剩余氧气存在时消耗的空气量称为理论空气量,其计算式为： （4）式中各字母表示燃料以收到基为基准的成分分析中各种成分的百分比。在实际的运行中，必须根据燃料的特性计算出理论空气量，并按照1.25的过量空气系数确定锅炉的进风量，以让燃料充分燃烧。锅炉布风方面，风帽为循环流化床锅炉的布风部件，其均匀布置在炉膛流化床布风板上，锅炉一次送风机送来的风通过风帽均匀吹到炉膛，将床料流化以促进燃烧，如图1所示

8、。风帽是循环流化床锅炉经济运行的重要因素，其类型、大小、口径对布风阻力、流化风速、燃料燃烧等有深刻影响，风帽的正确选择对锅炉运行的经济性有积极的作用。在循环流化床锅炉中，布风板开孔率的大小是影响燃烧的关键因素。×100% （5）式中：所有风帽出口面积之和。 流化床布风板面积。图1 风帽布置图2 改进措施2.1 措施制定通过计算，得出#4锅炉在2010年运行时的机械不完全燃烧损失为12.24%，正是因为热损失较大，才会使中煤消耗量较高。对可能导致灰渣烧失量高、热损失大的因素进行分析后，可得出以下结论： （1）燃料性质是固定不变的，作为煤矸石综合资源利用电厂，所用燃料的组成成分是中煤、煤

9、泥、矸石，燃料的灰分较高、挥发分较低，所以高灰分对于燃料燃烧不完全的影响是无法消除的。（2）在风煤配比方面，锅炉进风量是根据公式计算和运行监视含氧量两个步骤确定的，保证了燃料燃烧时有足够的氧量，风煤配比对的影响非常小。（3）床压和炉膛温度在经过2010年电厂科技课题锅炉、机组优化运行的探索制定的一系列运行试验后，确定了其运行时的合理参数，锅炉能够保持稳定工况运行，其对大小的影响也很小。（4）燃料粒度是影响灰渣烧失量和机械不完全燃烧损失的主要因素，正是因为燃料中掺混的煤泥团太多，导致燃料燃烧不完全，炉渣中含有大量未燃烬的大颗粒，烧失量高，直接影响升高。（5）布风板开孔率的大小是影响燃烧的关键因素

10、，正确选择对燃料的燃烧是有利的。通过以上结论，确定了两个降低灰渣烧失量的措施，一是电厂对锅炉的布风进行改造，通过改小布风板开孔率来提高一次风的流速和风压，进而加剧燃料的流化、磨损、破碎，缩短燃料的着火时间，提高燃料的燃烬率。二是对洗中煤和煤泥实行分选分装，筛选出团状的煤泥，使燃料的粒度控制在设计的范围内。2.2 措施实施 布风改造#4锅炉流化床布风板出厂参数如图2所示，风帽出厂参数如图3所示，根据式（5）可得出=5.23%。在2010年年底检修期间，#4锅炉更换了所有的风帽，新风帽的型式、大小没有改变，只是将出口开口的面积减少一半，即采用电焊将开口封堵一半，如图4 所示。新的风帽开口沿圆周方向

11、的长度减少为8mm，所以所有风帽出口面积减少一半，在布风板的面积没有改变的情况下，开孔率降为2.62%。 燃料分选2011年年初，选煤厂对其洗选系统进行改造，将中煤和煤泥实行分选分装，筛选出团状煤泥，严格控制了燃料粒度，使#4锅炉的入炉煤粒径在13mm以下。图2 #4锅炉流化床布风板图3 #4锅炉出厂风帽图4 #4锅炉风帽改造后示意图3 结论降低#4锅炉灰渣烧失量的措施经过实施后，到目前为止，锅炉实现了安全运行，运行参数和工况稳定，表1列出了#4锅炉2011年1-8月（措施实施后）与2010年（措施实施前）主要运行参数和灰渣烧失量的比较。表1 不同时间主要运行参数和灰渣烧失量比较时间2011年

12、1-8月2010年一次风机电流（A）24-2623-25一次风压（kPa）10.0±0.59.0±0.5床压（kPa）8.0炉膛温度（）900-960850-920飞灰烧失量（%）12.3316.93炉渣烧失量（%）2.674.57机械不完全燃烧损失（%）8.0112.24发电中煤耗（t/万kWh）7.908.68（1）由于布风板开孔率的降低，布风板阻力变大，一次风压增大1-1.5kPa，在保料层厚度不变的情况下，床压增大约1kPa，且随着一次风压的增加，一次风机电流增加。（2）风帽改造后，炉膛温度提高约50，这是因为一次风压加大，扰动加强，燃料燃烧更充分，放热量增大，这对降低灰渣烧失量是有利的。（3）从灰渣烧失量看，今年1-8月，飞灰烧失量为12.33%，较去年下降4.60%，炉渣烧失量为2.67%，较去年下降1.90%，为8.01%，较去年下降4.23%，这说明实施降低灰渣烧失量的措施取得了明显的效果，达到了预期的目的。（4）今年1-8月发电中煤耗为7.90 t/万