降低循環(huán)流化床鍋爐灰渣燒失量的研究

1、降低循環(huán)流化床鍋爐灰渣燒失量的研究何海森（重慶天府礦業(yè)有限責任公司磨心坡發(fā)電廠重慶北碚400700）摘要:本文從鍋爐能量平衡觀點著手，對造成YG75/3.82M10型循環(huán)流化床鍋爐機械不完全燃燒損失的各類因素進行分析，并采取鍋爐布風改造、燃料分選等治理措施，實現(xiàn)鍋爐灰渣燒失量和煤耗的降低.關鍵詞:灰渣燒失量；布風改造；燃料分選；機械不完全燃燒損失；O引言磨心坡發(fā)電廠#4鍋爐為濟南鍋爐集團有限公司生產(chǎn)的中壓、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風的YG75/3.82M10型循環(huán)流化床鍋爐，2009年12月建成投產(chǎn)以來，實現(xiàn)了鍋爐安全穩(wěn)定運行和煙氣污染物達標排放的建設目標，并在2010年創(chuàng)造了10339萬kW

2、h的年發(fā)電量最好記錄,但鍋爐飛灰燒失量為16.93%，爐渣燒失量為4.57%，發(fā)電中煤耗為8.68t/萬kWh，其鍋爐機械不完全燃燒損失遠高于設計值,未實現(xiàn)鍋爐設計所應達到最佳的經(jīng)濟運行狀態(tài)。因此，應從多方面去分析產(chǎn)生機械不完全燃燒損失增大的原因，制定有效的治理措施并加以實施是十分必要的。1原理分析1.1 鍋爐熱平衡從能量平衡的觀點來看，在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量應與鍋爐輸出的熱量相平衡。輸入鍋爐的熱量是指伴隨燃料進入鍋爐的熱量；鍋爐輸出的熱量可以分為兩部分，一部分為有效利用熱量，另一部分為各項熱損失。鍋爐熱平衡是按1kg固體燃料為基礎進行計算的，在穩(wěn)定工況下，鍋爐熱平衡方程式為： （1）式

3、中 1kg燃料的鍋爐輸入熱量，kJ/kg；鍋爐的有效利用熱量，kJ/kg；排煙損失熱量，kJ/kg；化學不完全燃燒損失熱量，kJ/kg；機械不完全燃燒損失熱量，kJ/kg； 散熱損失熱量，kJ/kg； 灰渣物理熱損失熱量，kJ/kg。如果將上式的右面部分和左面部分都除以，并表示成百分數(shù)，式子變?yōu)椋?（2）式中各字母即為各種熱量占鍋爐輸入熱量的百分數(shù)，而即為鍋爐的熱效率，為灰渣中含有未燃盡的可燃物造成的熱損失，其計算式為： （3） 式中 、飛灰占燃料總灰量份額，爐渣占燃料總灰量份額； 、飛灰燒失量百分數(shù)，爐渣燒失量百分數(shù)。2010年，#4鍋爐飛灰燒失量為16.93%，爐渣燒失量為4.57%，飛灰

4、份額和爐渣份額為0.35、0.65，根據(jù)式（3）得出=12.24%。而在#4鍋爐設計書中，熱平衡理論計算得出的結果為=6.8%，約為實際損失的50%，這說明#4鍋爐在實際運行中的灰渣燒失量較高，并沒有達到設計的燃料燃燼率。1.2 影響大小的因素影響機械不完全燃燒損失的因素包括：燃料粒度、燃料性質、鍋爐布風、運行控制參數(shù)（過量空氣系數(shù)、爐膛溫度、料層、風煤配比）等。燃料粒度的影響原因為，當燃料進入流化床后，將依次發(fā)生如下過程：煤粒得到高溫床料的加熱并干燥；熱解及揮發(fā)分燃燒；顆粒膨脹和一級破碎現(xiàn)象；焦炭燃燒并伴隨著二級破碎和磨損現(xiàn)象。以上過程發(fā)生的時間是由煤粒的粒徑所決定的，燃料粒徑增大，導致煤粒

5、總表面積減少，煤粒的擴散阻力增大，反應面積減小，有研究指出，粒徑為6mm的球形石煤顆粒投入到床溫為900的流化床層中，其表面達到800需21.2s；粒徑為2mm的球形石煤粒子，其表面和中心達到800分別需8.48s和10.8s，這說明煤粒粒徑越小，其燃燒時間就越短。而燃料粒徑不均且部分燃料粒徑偏大就可能導致煤粒在爐膛內還未燃燒完全就被排出爐膛，顆粒較大的通過渣管排出，顆粒較小的就會被風帶出爐膛進入尾部煙道，這就造成飛灰和爐渣燒失量升高，燃料機械不完全燃燒損失增大。燃料性質的影響體現(xiàn)在燃料中灰分和水分含量越高，揮發(fā)分含量越少，都會導致越大。這是因為燃料中的灰分在燃燒過程中會在煤粒表面形成灰分外殼

6、，妨礙燃料中的可燃物與氧氣接觸，導致煤的燃燒不完全，這種現(xiàn)象在鍋爐的燃燒過程中是可能發(fā)生的。而水分的存在對的影響表現(xiàn)在兩個方面，一是因為水分蒸發(fā)需要吸收熱量，從而降低了爐膛溫度，二是因為水分的存在延長了燃料燃燒的時間，這兩個方面都會導致增大。床壓是反映燃燒室料層厚度的參數(shù)，在運行中是通過監(jiān)視床壓來掌握料層的厚度，而料層的厚度直接影響鍋爐的流化質量和燃燒狀況。如料層厚度過大，則密相區(qū)份額越大，稀相區(qū)份額越小，欠氧燃燒份額越重，燃燒越不完全，則飛灰燒失量越大，但是料層厚度過小，熱容量低，難以形成穩(wěn)定的密相區(qū)，進而造成爐渣燒失量高，所以床壓的穩(wěn)定性影響著的大小。爐膛溫度則直接決定燃料的著火時間和燃燼

7、率，影響機械不完全燃燒損失。風煤配比指的是進入鍋爐內燃燒的燃料量與參與燃燒的空氣量兩者之間的比率。要保證燃料在爐內的完全燃燒，就必須要有足夠的氧氣，而氧氣量的多少跟燃料的特性相關聯(lián)，1kg燃料燃燒完全且沒有剩余氧氣存在時消耗的空氣量稱為理論空氣量,其計算式為： （4）式中各字母表示燃料以收到基為基準的成分分析中各種成分的百分比。在實際的運行中，必須根據(jù)燃料的特性計算出理論空氣量，并按照1.25的過量空氣系數(shù)確定鍋爐的進風量，以讓燃料充分燃燒。鍋爐布風方面，風帽為循環(huán)流化床鍋爐的布風部件，其均勻布置在爐膛流化床布風板上，鍋爐一次送風機送來的風通過風帽均勻吹到爐膛，將床料流化以促進燃燒，如圖1所示

8、。風帽是循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)濟運行的重要因素，其類型、大小、口徑對布風阻力、流化風速、燃料燃燒等有深刻影響，風帽的正確選擇對鍋爐運行的經(jīng)濟性有積極的作用。在循環(huán)流化床鍋爐中，布風板開孔率的大小是影響燃燒的關鍵因素。×100% （5）式中：所有風帽出口面積之和。 流化床布風板面積。圖1 風帽布置圖2 改進措施2.1 措施制定通過計算，得出#4鍋爐在2010年運行時的機械不完全燃燒損失為12.24%，正是因為熱損失較大，才會使中煤消耗量較高。對可能導致灰渣燒失量高、熱損失大的因素進行分析后，可得出以下結論： （1）燃料性質是固定不變的，作為煤矸石綜合資源利用電廠，所用燃料的組成成分是中煤、煤

9、泥、矸石，燃料的灰分較高、揮發(fā)分較低，所以高灰分對于燃料燃燒不完全的影響是無法消除的。（2）在風煤配比方面，鍋爐進風量是根據(jù)公式計算和運行監(jiān)視含氧量兩個步驟確定的，保證了燃料燃燒時有足夠的氧量，風煤配比對的影響非常小。（3）床壓和爐膛溫度在經(jīng)過2010年電廠科技課題鍋爐、機組優(yōu)化運行的探索制定的一系列運行試驗后，確定了其運行時的合理參數(shù)，鍋爐能夠保持穩(wěn)定工況運行，其對大小的影響也很小。（4）燃料粒度是影響灰渣燒失量和機械不完全燃燒損失的主要因素，正是因為燃料中摻混的煤泥團太多，導致燃料燃燒不完全，爐渣中含有大量未燃燼的大顆粒，燒失量高，直接影響升高。（5）布風板開孔率的大小是影響燃燒的關鍵因素

10、，正確選擇對燃料的燃燒是有利的。通過以上結論，確定了兩個降低灰渣燒失量的措施，一是電廠對鍋爐的布風進行改造，通過改小布風板開孔率來提高一次風的流速和風壓，進而加劇燃料的流化、磨損、破碎，縮短燃料的著火時間，提高燃料的燃燼率。二是對洗中煤和煤泥實行分選分裝，篩選出團狀的煤泥，使燃料的粒度控制在設計的范圍內。2.2 措施實施 布風改造#4鍋爐流化床布風板出廠參數(shù)如圖2所示，風帽出廠參數(shù)如圖3所示，根據(jù)式（5）可得出=5.23%。在2010年年底檢修期間，#4鍋爐更換了所有的風帽，新風帽的型式、大小沒有改變，只是將出口開口的面積減少一半，即采用電焊將開口封堵一半，如圖4 所示。新的風帽開口沿圓周方向

11、的長度減少為8mm，所以所有風帽出口面積減少一半，在布風板的面積沒有改變的情況下，開孔率降為2.62%。 燃料分選2011年年初，選煤廠對其洗選系統(tǒng)進行改造，將中煤和煤泥實行分選分裝，篩選出團狀煤泥，嚴格控制了燃料粒度，使#4鍋爐的入爐煤粒徑在13mm以下。圖2 #4鍋爐流化床布風板圖3 #4鍋爐出廠風帽圖4 #4鍋爐風帽改造后示意圖3 結論降低#4鍋爐灰渣燒失量的措施經(jīng)過實施后，到目前為止，鍋爐實現(xiàn)了安全運行，運行參數(shù)和工況穩(wěn)定，表1列出了#4鍋爐2011年1-8月（措施實施后）與2010年（措施實施前）主要運行參數(shù)和灰渣燒失量的比較。表1 不同時間主要運行參數(shù)和灰渣燒失量比較時間2011年

12、1-8月2010年一次風機電流（A）24-2623-25一次風壓（kPa）10.0±0.59.0±0.5床壓（kPa）8.0爐膛溫度（）900-960850-920飛灰燒失量（%）12.3316.93爐渣燒失量（%）2.674.57機械不完全燃燒損失（%）8.0112.24發(fā)電中煤耗（t/萬kWh）7.908.68（1）由于布風板開孔率的降低，布風板阻力變大，一次風壓增大1-1.5kPa，在保料層厚度不變的情況下，床壓增大約1kPa，且隨著一次風壓的增加，一次風機電流增加。（2）風帽改造后，爐膛溫度提高約50，這是因為一次風壓加大，擾動加強，燃料燃燒更充分，放熱量增大，這對降低灰渣燒失量是有利的。（3）從灰渣燒失量看，今年1-8月，飛灰燒失量為12.33%，較去年下降4.60%，爐渣燒失量為2.67%，較去年下降1.90%，為8.01%，較去年下降4.23%，這說明實施降低灰渣燒失量的措施取得了明顯的效果，達到了預期的目的。（4）今年1-8月發(fā)電中煤耗為7.90 t/萬