鍋爐房爐渣及飛灰回燃技術探討

張述坤 李素梅（中原石油勘探局供熱管理處）

1 概述

中原油田基地北區(qū)現(xiàn)有29 MW 熱水鍋爐6臺、鏈條爐4臺、流化床鍋爐2臺。4臺鏈條鍋爐設計效率77%，因燃煤設計煤種的差異及燃燒調整水平的高低，實際運行效率低于70%，經(jīng)過反平衡測試，其中爐渣與飛灰固體不完全燃燒熱損失為20%，排煙損失占到6%，其余損失4%。2 臺流化床鍋爐經(jīng)過改造后設計效率87%，實際測試效率86.35，其中煤渣與煤灰等固體不完全燃燒熱損失為5%，排煙損失占6%，其它不完全燃燒熱損失占3%，同時，流化床鍋爐較鏈條爐存在如下方面的優(yōu)勢：一是煤種適應性強；二是操作勞動強度小；三是設備衛(wèi)生較好。研究如何將鏈條爐損失較大的煤渣與煤灰輸送到流化床鍋爐，提高鍋爐房的整體效率，如將鏈條爐20%的損失回收10%，鍋爐房每個采暖期將節(jié)約用煤6000 t，經(jīng)濟效率顯著。

2 鏈條爐固體不完全燃燒損失的回收

鏈條爐固體不完全燃燒主要有四部分，它們依次是：爐渣中固定碳、隨煙氣攜帶的粉煤灰的碳、鏈條爐運轉爐排漏煤及輸送環(huán)節(jié)的漏煤。

1）鏈條爐采用的是磷片式爐排，燃燒方式為上給煤系統(tǒng)，給煤系統(tǒng)持續(xù)將煤分布在滾動的爐排上，爐排是由固定在轉動系統(tǒng)的一排排的爐排片組成，下部供風，煤層在爐排上從前拱下部到后拱末端下部過程中燃燒形成煤渣落在刮板除渣機上；因爐排由一排排的爐排片構成，因通風的需要，爐排上開有通風縫，寬度為5 mm，加上爐排之間也有寬度為5 mm 的縫隙，煤層在鏈條爐排上從前往后燃燒過程中直徑小于5 mm 的煤進入爐排縫，煤粒會漏到錐形落灰斗，漏煤經(jīng)落灰斗下落到水沖式漏煤管，被水帶至刮板除渣機渣槽，漏煤與爐渣一起輸送到渣場，最后與煤渣混合在一起的漏煤被當作煤渣廢棄物處理到磚廠或其它建材使用。經(jīng)過現(xiàn)場檢測，被當作廢棄物的煤渣含碳量為20%左右，發(fā)熱量為5016 kJ/kg，如何最大程度地將有未燃燒的煤從爐渣中篩選出來并以何種方式送給鍋爐成為技術難題，通常有兩種方案：

第一種方案：渣場使用篩選設備進行篩渣，從2007年11月到2010年3月3個采暖期間，基地鍋爐房主要采用裝載機與自卸翻斗結合，在自卸翻斗的上部加上篩孔為20×30 的篩板網(wǎng)，煤渣過篩后，直徑小于20 mm的漏煤及未燃燼的煤灰落入車斗后直接卸到煤渣回收場，直徑大于20 mm的煤渣濾出車斗外運到渣場外再當作廢棄物處理。經(jīng)檢測，回收的煤渣含碳量為40%左右，發(fā)熱量為13 376 kJ/kg，揮發(fā)分為4%左右，雖然達不到鏈條爐的燃燒條件但滿足了流化床鍋爐摻燃條件。篩出的廢渣含碳量為10%左右，發(fā)熱量為2090 kJ/kg，現(xiàn)有的鍋爐設備基本沒有返燒價值。該篩選方案的優(yōu)點是利用了現(xiàn)有設備，同時篩渣后基本在3月15日停爐后開展此項工作，對供暖工作不造成影響。缺點：一是占用兩臺設備，篩渣有一定的成本；二是占用了場地；三是造成揚塵污染。

第二種方案：是在出渣過程中篩選，由于煤渣形狀大小不規(guī)則（0.1～400 mm 之間），同時從冷卻水中刮出，濕黏度大，小顆粒的煤粒、煤灰、細渣具有較強的粘附性易堵塞設備，常規(guī)篩分設備難以滿足要求。基地鍋爐房經(jīng)過長期摸索，研制了一臺具有自清粘灰自落料的GTS-1080-2500-0.75 型滾筒篩，安裝在落渣口在線篩分。經(jīng)過2007年供暖的試用，應用情況良好，運轉故障率為0，篩出的煤渣成分與第一種方案基本一致。

2）4 臺29 MW 鏈條爐中2 臺為麻石水膜除塵器、2 臺為下部水沖灰靜電除塵器，4 臺鍋爐的飛灰經(jīng)除塵設備捕捉后經(jīng)水輸送到沉灰池沉淀后撈灰機撈至灰場，再作廢棄物處理。正常情況下，煤灰粒徑小于1 mm、含碳量為35%左右，發(fā)熱量為12 122 kJ/kg，揮發(fā)分幾乎為零，每個供暖期可收集飛灰（粉煤灰）5000 m3，折合標煤2000 t，價值176 萬元。若將這部分粉煤灰返回到爐膛二次燃燒，回收這部分熱量，具有很大的節(jié)能效果。

3 鏈條爐爐渣回燒應用情況

自2007年起，經(jīng)篩選后的煤渣（以下簡稱篩渣）在29 MW流化床熱水鍋爐上返燒。在高速流化床鍋爐上返燒方法簡便易行，主要做法如下：流化床鍋爐為單煤倉雙落煤口（分布在煤倉的左右兩側）雙給煤口單爐床，煤倉上煤時，一側上煤一側上篩渣，在給煤時兩個給煤系統(tǒng)是一個給煤一個給篩渣，根據(jù)運行工況要求調整兩個給煤機的給煤速度及比例來調整篩渣量，此種煤渣返燒方式經(jīng)2007年11月—2008年3月運行良好，流化床鍋爐除出渣量增加外，爐渣的含碳量及煤灰量沒有明顯變化。

在2007年，油田基地鍋爐房將其中的一臺高速流化床鍋爐進行節(jié)能改造，將高速床改造為高低混合流速雙爐床流化床鍋爐，改造后，鍋爐煤灰含碳量明顯降到12%，經(jīng)過一個采暖期的煤渣返燒試用，半煤半渣方案完全可行，煤渣與煤灰含碳量沒有明顯變化。

3年的煤渣返燒應用，已返燃爐渣30 000 m3，煤灰15 000 m3，節(jié)約標煤累計18 000 t，按今年市場的煤價880元/t計算，價值1584萬元。

4 鏈條爐煤灰回燒技術探討分析

鏈條爐煤灰具有發(fā)熱量高、低揮發(fā)分、可燃性差、灰粒小等特點，返燒具有很大難度，目前，在鏈條爐上回燃煤灰沒有看到成功的先例。在2006年11月份，油田基地鍋爐房曾經(jīng)做過煤灰回燃鏈條爐的試驗，雖然以失敗告終，但具有借簽意義。主要工藝方案如下：經(jīng)靜電除塵器捕捉到的煤灰經(jīng)氣體輸送設備輸送到鏈條爐二次風口，在二次風口將煤灰送入爐膛燃燒。試驗中主要存在兩個方面問題：一是因煤灰灰熔點低，部分煤灰落到爐床上后在煤上形成一層灰殼通氣性差，影響其下邊的煤層燃燒，出現(xiàn)燒不透現(xiàn)象，煤渣含碳量大副度增加，降低了鍋爐效率得不償失；二是送煤灰系統(tǒng)設計存在缺陷，輸送管易堵。

目前，在流化床鍋爐上應用比較多，主要應用工藝如下：

1）煤灰底部回燃技術。采用氣力輸送方式將分離煤灰穿過風室和布風板送到密相層底部，與熾熱床料間發(fā)生劇烈傳熱，迅速升溫燃燒，延長了煤灰顆粒在高溫狀態(tài)下的爐內停留時間；顆粒與床料間的摩擦和磨損剝去其外層灰殼，使內部含碳黑芯暴露；床層底部氧濃度高，這些都為回燃煤灰的燃盡創(chuàng)造了十分理想的條件。回燃一次即可明顯提高煤灰的燃盡度，克服了回燃存在的煤灰循環(huán)“走過場”的問題，從而大幅度降低循環(huán)流化床鍋爐的煤灰含碳量，提高了鍋爐的熱效率，節(jié)能效果顯著，這是煤灰回燃的新思路與做法。此方案缺點是：需專業(yè)人員設計施工，投資大，工作量大。

2）二次風口噴入回燃技術。將煤灰送到爐前，在二次風口經(jīng)噴嘴噴入燃燒室燃燒，優(yōu)點是方便實施工作量不大，運行故障率低，缺點是管路系統(tǒng)磨損嚴重。

3）摻燒回燃技術。利用現(xiàn)有的上煤系統(tǒng)，在輸煤皮帶上部安裝一臺給煤機，在上煤或上渣的過程中將煤灰撒播在上煤皮帶的煤層（或渣層）上，在落入煤倉及送煤到爐床前自然混合。優(yōu)點是設備簡單易行；缺點是：如果灰濕度太大，可能造成堵煤或煤倉下煤不暢。

經(jīng)過論證，目前適用于油田基地鍋爐房的技術方案為摻燒回燃技術，經(jīng)過2012年11月—2013年3月的采暖期試用，實現(xiàn)節(jié)煤6000 t 的目標，節(jié)約資金528萬元。

基地鍋爐房是中原油田的能耗大戶，節(jié)能潛力大，特別是原煤消耗方面，我們努力的目標是將煤的發(fā)熱量“吃干榨盡”。將鏈條爐吐出的高熱量煤灰和煤渣在流化床鍋爐上回燒，是節(jié)能的一種最佳途徑。