循环流化床锅炉的飞灰含碳量问题

1、循环流化床锅炉的飞灰含碳量问题摘要：针对某热电分公司220t /h循环流化床锅炉在燃用高灰份低热值的煤种时 飞灰含碳量高并且锅炉效率有所降低的问题，采用飞灰复燃技术进行改造，锅炉 改造之后，炉内平均燃烧温度、回料温度提高，飞灰含碳量明显降低，锅炉热效 率得到提高。改造取得了显著的技术成果，达到了预期效果，系统投资小，运行 成本低，具有良好的经济效益。关键词：循环流化床锅炉；飞灰复燃；锅炉热效率；效益1刖言在锅炉实际生产过程中，由于设计入炉煤热值与实际入炉煤热值存在差异， 在燃用高灰份低热值的煤种时飞灰含碳量高并且锅炉效率有所降低。根据理论分 析：煤的性质对碳颗粒燃尽的影响可以用煤的挥发份对发热

2、量的贡献I = Vdaf /Qar. net来表示，所以使用低热值、高灰份燃料是循环流化床锅炉飞灰含碳量 高的根本原因。另外入炉煤粒径以及燃烧的温度等因素也会导致飞灰含碳量偏高， 锅炉效率下降。煤的燃烧反应速度，燃尽时间：与温度和煤粒直径的关系如下式所示T = 8. 77 x 109 e x p （0. 01276 Tb） dp 1. 16式中：Tb燃烧温度dp煤粒子直径从上式看出，燃烧温度升高，燃料燃尽 时间缩短。燃烧温度的提高对降低飞灰含碳量是十分有利的。从设备操作角度来 说，如果分离器的收集效率越高，飞灰的含碳量越低。给煤和给氧的均匀性越好， 飞灰的含碳量越低。综合以上这些原因经过调研和

3、研究讨论，制定出降低锅炉飞灰含碳量以及提 高锅炉效率的对策。根据实际情况决定在2013年非冬运期对220t /h循环流化床锅炉进行加装飞 灰复燃装置的改造，来改善当前的不良运行状况。2飞灰复燃改造方案实施某热电220t /h循环流化床锅炉飞灰复燃改造系统最初设计了三套改造方案：a.飞灰利用气力输灰系统送到炉前后，通过布风板，从底部送入燃烧室。原 有设备及系统大多能利用。但是飞灰物料是否能克服床层阻力喷入燃烧室底部 （即原有的飞灰底饲燃烧方式）没有把握。第二种方案采用面饲燃烧方式，就是将飞灰送到炉前后，通过喷嘴从二次 风口送入燃烧室燃烧。这种方法目前业内认可的成熟工艺路线，较底饲而言，运 行可靠

4、，管路压力稳定，波动小，堵灰现象少。c.第三种方案是将飞灰送到给煤机再送入炉前落煤管，与煤一起落入燃烧室 燃烧。这种方法对给煤机系统是一个挑战，是否可行还需要实践才能确定。经过对上述三种方案的研究和比较，最后确定了第二方案作为最终的改造实 施方案。将电除尘器第一电场收集的飞灰，（含碳量10%左右）通过气力输送， 返送到锅炉炉膛，经多次重复燃烧，降低飞灰含碳量并提高锅炉热效率，达到节 能减排目的，同时提高锅炉带负荷能力。其工艺路线和流程如下：除尘器第一电 场收灰斗T仓泵（现有）T中间灰仓星形给料机（变频）T气固引射泵T高压 离心风机T管道DN150 /2 x DN125）T锅炉二次风口T锅炉炉膛

5、新设一座15m3 30 m3中间灰仓，中间灰仓下装一台星型给料机，星型给料机下布置一台气固引 射泵，飞灰从中间仓卸灰口手动插板阀后经过落灰管进入星型给料机，再通过气 固引射泵进行输送。用一根输灰管道输送至锅炉二次风管处，再分成三根管道与 锅炉三根二次风管进行连接，连接处采用软连接方式以适应锅炉本体上下膨胀连 接问题。动力气源系统配置一台高压变频离心风机，风量2262 5429m3 /h,升压70. 8Kpa，电 机功率30 kW 60 kW,水冷却方式（进口水温不高于30C，水压196294Kpa，水量5 10L /min）。管道配置方面：气源管道、输灰母管道、支管道、输灰管道均采用无缝钢管，

6、 材质采用内衬复合陶瓷耐磨弯头。根据实地考察情况发现，此种设计输灰管道及弯头耐磨性 好，使用寿命长，检修工作量小。输送系统主要技术参数：处理灰量平均7t /h ；输送管道输 灰浓度（即灰气比）在612之间，管内流速为1219m /s。工艺流程见图1。3控制系统3. 1工艺概述采用可编程控制器（PLC）的程序控制，系统正常在自动方式下运行，运行人员通过 可编程控制柜上的触摸屏对整个系统设备进行集中监视、管理、自动顺序控制及闭环控制。 运行方式为；全自动、软手操、就地手动操作三种。仓泵就地压力、输送气和控制气压力检测信号进入PLC控制系统。料仓料位计的检测信号进入控制系统，实现高/低料位报警。高料

7、位报警时，输送系 统将停止向料仓送料。实现其他控制能力。如果原PLC系统有足够接点，可在原系统改造。3. 2系统联锁动作及保护控制内容及连锁保护程序：锅炉除尘器一电场料位正常，气泵运行正常。打开飞灰 复燃系统抽板阀，延时1分钟关闭原送灰系统抽板阀，同时检测管道压力及料仓料位是否正 常。不符和则停止工作并发出故障报警。中间料仓料位正常，启动高压离心风机工作，打开气动抽板阀，延时3s启动星型给 料机；同时检测管道压力及料仓料位信号是否正常。料仓料位超高，打开原气泵气动抽板阀，同时关闭复燃系统抽板阀。料仓料位超低，关闭高压离心风机。同时关闭气固引射泵后抽板阀。 突然断电；关断气动抽板，发出故障报警。

8、f.管道吹扫采用手动空气吹扫。4改造后的效果某热电分公司三台220吨/时循环流化床锅炉，在2011年年度平均飞灰含碳量为9. 11%，2012年最好的状态时达到7% 8%左右，2013年底#2炉飞灰再循环系统投运后， 相比改造之前，同条件下锅炉带负荷得到了改善，飞灰含碳量降至7%，降幅为12 . 5%，燃烧效率显著提高。系统在回送飞灰的同时也将未完全反应的氧化钙送回炉膛， 所以飞灰再循环也提高了石灰石的利用效率。目前，系统投运近一年，锅炉燃烧未见异常， 磨损未见明显增加。5经济效益分析5. 1降低可燃物飞灰含碳量方面按经验公式Q = 4. 19 x 81 x C% . 2计算每1kg灰中2%碳

9、的发热量为：Q = 4. 19 x 81 x 2 : 4. 2 = 162kCal /kg则每小时7t灰可再利用的发热量为：一_7000kg x 162kCal /kg = 1134000kCal相当于每小时节标煤0. 162t，单炉每年有效运行时 数4600小时计算，年度单炉可节标煤745t，标煤单价按757元/ t，可节约成本56万元。5. 2节约大量钙粉锅炉在正常投运石灰石脱硫剂的工况下，飞灰复燃系统不仅是飞灰的回送再燃烧，还可 以实现未反应的CaO的回送再利用，根据锅炉飞灰中的与钙元素有关的成分，可以计算出飞 灰中未反应的CaO的含量。电除尘一电场收集飞灰效率按85%计算，则锅炉每小时

10、再利用飞 灰量约为7t，通过测算可节省CaO输送量约0. 8t /h。全年可节省CaO为0. 8t /hx 4600h = 3680t，一吨CaO价格按130元计算，则全年可节省CaO脱硫剂费用为：130 x 3680 = 47. 84 万元。5. 3初始投资及运行成本初始投资：飞灰复燃系统设备费预计为22万元左右，施工费12万元，电气控制系统因 涉及锅炉DCS和除灰程控PLC系统连接，估价为10万元左右。直接投资费用约为44万元。运行成本：新增罗茨风机全年耗电量为：110kWx4600h = 50. 6万kWh,折合成本费用 0. 47元/kWhx506000kWh = 237820元；给料

11、机额定功率为1. 5kW，全年耗电量为： 1. 5kW x 4600h = 6900kWh，折合成本费用 0. 47 元 /kWh x 6900kWh = 3243 元；若其它低 压仪表及控制装置耗电忽略不计，则新增飞灰复燃系统全年耗电折合成本共计237820 + 3243 =241063元，再加上维护检修费用，记25万元。5. 4对二次风的影响由于飞灰回送到二次风管，是否对二次风机的电流会有影响，需要进一步研究，通过实 际观察，由于系统给料量不大，二次风仅需要稍微增加进风量即可，由此产生的二次风机电 耗增加值较小，可忽略不计。5. 5总体经济效益核算56 + 47. 84 44 25 = 34. 84万元，通过计算不难看出，飞灰复燃系统投入运行一年 就可收回投资，并且产生经济效益34. 84万元，若不算初始投资，则每年可产生经济效益 为：56 + 47. 84 25 = 78. 84 万元。本次改造一台炉一年可产生经济效益78. 84万元，三台炉共计236. 52万元。6结束语飞灰复燃系统对增加循环流化床锅炉循环倍率，提高稀相区的颗粒浓度，形成颗粒团以 延长颗粒在炉内的停留时间，降低锅炉的飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率具有明显效果