循環(huán)流化床鍋爐降低煤炭消耗的探討

溫碧輝

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，成都 610225）

循環(huán)流化床鍋爐降低煤炭消耗的探討

溫碧輝

（西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，成都 610225）

本文分析了燃煤中水分、灰分、揮發(fā)份和硫含量、燃煤的粒徑及鍋爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)、床層壓差和爐膛壓力對(duì)循環(huán)流化床鍋爐煤耗的影響，并找出降低循環(huán)流化床鍋爐煤耗的方法。

水分；灰分；硫含量；揮發(fā)份；粒徑；一次風(fēng)；二次風(fēng)；床層壓差；爐膛壓力

1 前言

隨著近幾年電力工業(yè)的高速發(fā)展和環(huán)保力度的逐步加大，特別是潔凈發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用，循環(huán)流化床技術(shù)（CFB）得到了較快的發(fā)展和普及。提高循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性受到了越來越多的關(guān)注和重視。循環(huán)流化床鍋爐燃料適應(yīng)性廣，因而常用于一些含煤矸石高的劣質(zhì)煤發(fā)電廠。但在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性方面卻不容樂觀，如風(fēng)機(jī)電耗高、飛灰含碳量高、煤耗高等，因此分析和研究循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行方式，對(duì)提高循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有著重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。根據(jù)財(cái)務(wù)分析數(shù)據(jù)顯示，煤炭成本占蒸汽成本的65%以上，降低煤炭消耗對(duì)提高鍋爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性具有重要的意義。

2 影響煤耗的因素

2.1 煤質(zhì)影響

2.1.1 燃煤水分

燃煤中的水分，進(jìn)入爐膛后以蒸汽形式隨煙氣從煙道排出。下面通過計(jì)算可以直觀的反映燃煤中的水分對(duì)煤耗的影響程度。

燃煤中的水分平均溫度取20℃，焓值為84000J/kg［1］。

鍋爐的排煙溫度平均取102℃，102℃蒸汽焓值為2680000J/kg。

燃煤中每千克水消耗的熱值為：（2680000-84000）=2596000J/kg。

由于循環(huán)流化床鍋爐使用的煤多數(shù)是劣質(zhì)煤，燃煤的平均發(fā)熱量約為15000000J/kg，因此，從理論上，燃煤中每增加1千克水將增加0.173千克燃煤的消耗。

2.1.2 燃煤灰分

燃煤中的灰分進(jìn)入爐膛后最終以渣和灰的形式排出爐膛，燃煤的灰分一般在常溫下進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐爐膛，而從鍋爐排出的渣和灰的溫度都高于常溫，渣的溫度一般在40℃左右，排出的灰的溫度高達(dá)100℃。因此，燃煤中的灰分越高消耗的燃煤越多。同時(shí)由于灰分的隔絕作用，煤的燃盡性能較差，增加了煤的不完全燃燒熱損失。

2.1.3 燃煤揮發(fā)份

燃煤中揮發(fā)分低，燃煤的著火溫度顯著提高，著火熱也隨之增大。也就是說，必須把燃煤加熱到更高的溫度才能著火。因此，揮發(fā)分低的煤著火要困難些，達(dá)到著火所需的時(shí)間也更長(zhǎng)些，煤顆粒在爐膛的停留時(shí)間內(nèi)燃盡的可能性也就小，這就增加了鍋爐的不完全燃燒熱損失。燃煤中揮發(fā)分含量較高時(shí)，煤著火容易，同時(shí)燃燒過程穩(wěn)定，未完全燃燒熱損失也較小，煤的消耗降低。

2.1.4 燃煤顆粒度

燃煤的顆粒度過大，在爐膛內(nèi)燃燒不充分，增加了渣含碳量，加大了渣物理熱損失。燃煤的顆粒度過細(xì)，在爐膛內(nèi)停留時(shí)間過短，煤顆粒不易燃盡，飛灰的含碳量增加，將加大灰的物理熱損失。因此，燃煤的粒度過大或過小都不利于降低煤耗。

2.1.5 燃煤硫含量

硫在煤中以三種形式存在，即有機(jī)硫、硫鐵礦硫（黃鐵礦和白鐵礦硫等形態(tài)存在的硫）和硫酸鹽硫。前兩種可以燃燒，通常稱為可燃硫。最后一種硫酸鹽硫不可燃燒，只轉(zhuǎn)化為灰的一部分。硫在煤中含量變化范圍也較大，一般約為0.1—5%。硫燃燒后生成二氧化硫（SO2）及少量三氧化硫（SO3）。

硫燃燒屬于放熱反應(yīng)，但二氧化硫和三氧化硫卻是極為有害的成分，排入大氣污染環(huán)境，對(duì)人體和動(dòng)植物以及地面建筑物均有害。因此，國(guó)家相關(guān)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二氧化硫（SO2）的排放量和排放濃度有嚴(yán)格的限制，為了達(dá)標(biāo)排放和保護(hù)環(huán)境，循環(huán)流化床鍋爐采用爐內(nèi)加石灰石的方法脫硫。反應(yīng)式如下［2］：

碳酸鈣的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，再加上為了達(dá)到比較高的脫硫效率，一般控制鈣硫摩爾比在2.5左右，也就是說加入爐膛的石灰石有60%不和二氧化硫（SO2）發(fā)生反應(yīng)，而是直接以灰或渣的形式排出鍋爐。加入爐膛的石灰石是常溫，排出爐膛的渣的溫度約40℃，排出鍋爐的灰的溫度約100℃。隨著煤中硫含量的增加，加入的石灰石增加，燃煤的消耗將增加。

2.2 運(yùn)行參數(shù)的影響

2.2.1 一次風(fēng)量

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來說，鍋爐的一次風(fēng)主要是用來流化床料，一次風(fēng)量大小取決于鍋爐的床層厚度。一次風(fēng)采用的是空氣，空氣成分按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算氮占78.08%，氧占20.95%，氬占0.93%，二氧化碳占0.03%，還有微量的惰性氣體，如氦、氖、氪、氙等。進(jìn)入爐膛的空氣中參與燃燒的只有氧氣和極其微量的氮，其它的大部分以煙氣從鍋爐尾部排出。下面計(jì)算每小時(shí)多加1000m3風(fēng)需增加的煤耗：

風(fēng)進(jìn)入爐膛的溫度取20℃，排出鍋爐的煙氣溫度取102℃。空氣的密度1.293kg/m3，空氣的定壓比熱容cp=1009J/（kg*K），鍋爐一年的運(yùn)行時(shí)間取300天，煤（劣質(zhì)煤）的平均發(fā)熱量取15000000J/kg，則每年多消耗的煤量為：

1.293×1000×1009×（102-20）×24×300÷15000000=51350kg/年（6）

從以上計(jì)算可以看出，風(fēng)量增加將增加排煙熱損失，從而增加煤耗。

2.2.2 二次風(fēng)量

二次風(fēng)量的控制其實(shí)就是對(duì)氧含量的控制。二次風(fēng)采用的是空氣，空氣成分按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算氧占20.95%，在調(diào)整氧含量時(shí)，每增加一立方的氧氣將增加約四立方的煙氣，隨著氧含量增加排煙量大大增加，排煙熱損失增加，從而增加煤的消耗。

2.2.3 床層差壓

床層壓差是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中反映床料高低的參數(shù)。床料高，流化需要的一次風(fēng)量大，煙氣量增加，排煙熱損失增加，煤的消耗將增大。

2.2.4 爐膛壓力

爐膛壓力上升，煙氣在離開爐膛時(shí)灰粒子的揚(yáng)析作用加強(qiáng)，一次風(fēng)離開爐內(nèi)密相區(qū)時(shí)的夾帶作用增強(qiáng)，因此爐內(nèi)內(nèi)循環(huán)倍率升高，爐內(nèi)的灰粒子濃度上升，其對(duì)爐內(nèi)水冷壁面的傳熱作用加強(qiáng)，有利于提高爐內(nèi)的熱利用率。同時(shí)，灰粒子在爐內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，其燃盡程度得到提高，燃燒效率上升，飛灰可燃物下降；另外，爐膛壓力上升，飛出爐膛的灰粒子減少，也有利于降低飛灰可燃物。因在爐內(nèi)煤燃燒后的熱量不能及時(shí)帶走，造成爐膛密相區(qū)的床溫上升，煤的燃燒效率上升。同時(shí)，爐內(nèi)密相區(qū)灰粒子之間的碰撞、磨損、爆裂作用因壓力的上升而作用加強(qiáng)，因此灰粒子的燃燒效率上升，鍋爐的底渣含碳量降低，鍋爐的煤耗將降低。

3 降低煤耗的方法

3.1嚴(yán)格控制燃煤的成分

煤中的水分、灰分、硫含量的增加都將增加燃煤的消耗。因此，使用低水分、低灰分和低硫量煤對(duì)降低煤的消耗是有利的。

3.2 優(yōu)化操作

1）在滿足床料流化的基礎(chǔ)上，盡量降低一次風(fēng)量。

2）確定合理的氧含量控制指標(biāo)，盡量降低二次風(fēng)量。

3）確定合理的床壓控制指標(biāo)，盡量降低床壓。

4）確定合理的爐膛壓力控制指標(biāo)，在爐灰不向外噴的條件下，盡量提高爐膛壓力。

5）嚴(yán)格控制燃煤的粒徑，確定合適的破煤設(shè)備的檢修更換周期。

6）確定合理的煙氣二氧化硫控制指標(biāo)，盡量減少添加石灰石量。

3.3 改造設(shè)備

一次風(fēng)量、二次風(fēng)量和爐膛壓力的大小都影響鍋爐的煤耗。循環(huán)硫化床鍋爐一次風(fēng)和爐膛壓力都是一般都通過風(fēng)門擋板進(jìn)行控制，由于一次風(fēng)管和煙道都較大，風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)靈敏度較差。因此，將引風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)的電機(jī)改為變頻電機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，將降低煤的消耗。

4 結(jié)論

降低鍋爐煤耗的方法有：降低燃煤中的水分、灰分、硫含量；提高燃煤的揮發(fā)份；確定合理的一次風(fēng)、氧含量、爐膛壓力控制指標(biāo)，從而減少煙氣量；確定合理的煙氣二氧化硫指標(biāo)，減少添加石灰石；確定合理的破煤設(shè)備的檢修更換周期；將一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的電機(jī)改為變頻電機(jī)。

［1］譚天恩，麥本熙，丁惠華.化工原理.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.1990.329.