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)電廠的多臺鍋爐上應(yīng)用，實(shí)測節(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（對受熱面而言），即對流傳熱和輻射傳熱。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)量就會提高，鍋爐負(fù)荷就會增加。
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。但這種煤對傳熱系數(shù)不利，和相對同熱量的其他煤種相比，灰的濃度會減少，對帶負(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。再就是對受熱面的磨損少，延長鍋爐運(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：
人們原來普遍認(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，對受熱面的磨損可以忽略不計(jì)（長期運(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內(nèi)江高壩電廠410t／hCFB鍋爐做過整體測試：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CFB鍋爐可節(jié)約石灰石1.45t／h，每臺爐年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為5500h，使每臺爐年節(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)，會對循環(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。
