300 MW循環(huán)流化床鍋爐煤泥摻燒研究

李仁川

摘 要：隨著流化床燃燒技術突飛猛進的發(fā)展，循環(huán)流化床鍋爐能夠變廢為寶，實現(xiàn)煤泥摻燒，極大地提高煤炭資源的綜合利用率，同時減輕固廢物對環(huán)境的污染。文章以300 MW循環(huán)流化床鍋爐作為研究對象，簡要介紹了其工作原理及燃燒特性，并研究了不同煤泥摻燒比例對鍋爐系統(tǒng)整體性能的影響，旨在摸索總結出一套煤泥摻燒的工藝數(shù)據(jù)，在保證鍋爐運行參數(shù)的前提下，提升燃煤利用率，降低其對環(huán)境的污染。

關鍵詞：300 MW；循環(huán)流化床鍋爐；煤泥摻燒；研究

中圖分類號：TK229.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0104-02

煤泥是煤礦經洗選工序之后所排出的固體廢棄物，具有含水量高、粒度細以及粘度大等物理特性，遇到下雨或大風天氣容易流失飛揚，不僅對環(huán)境造成較大破壞，同時也浪費了其中蘊含的煤礦資源。隨著流化床燃燒技術突飛猛進的發(fā)展，越來越多的企業(yè)和科研機構開始研究煤泥摻燒的可行性，例如四川永榮礦務局完成了20 t/h循環(huán)流化床鍋爐煤泥摻燒發(fā)電的工業(yè)試驗，并取得了良好的成績。本文以300 MW循環(huán)流化床鍋爐作為研究對象，簡要介紹了其工作原理及燃燒特性，并研究了不同給料位置、摻燒比例對鍋爐系統(tǒng)整體性能的影響，旨在摸索總結出一套煤泥摻燒的工藝數(shù)據(jù)，在保證鍋爐運行參數(shù)的前提下，提升燃煤利用率，降低其對環(huán)境的污染。

1 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理及燃燒特點

循環(huán)流化床鍋爐是基于鼓泡流化床鍋爐的前提下發(fā)展起來的，其基本原理是利用風室空氣將燃料惰性顆粒吹起，然后在顆粒重力作用下沉降，在一升一降的過程中，燃料顆粒便如果液體沸騰一般進入流化狀態(tài)[1]。由于固態(tài)燃料處于硫化狀態(tài)，鍋爐具備燃燒效率高、脫硫效果好等燃燒特點。

1.1 循環(huán)流化床鍋爐的工作原理

經過洗選、破碎、篩分之后的細顆粒煤燃料由螺旋給料機輸送至爐膛之中，而煤泥燃料則從爐頂或者爐中進入，從而形成固定床層。爐膛空氣由鼓風風機經布風板后進入爐膛之中，并作用于固定床層，將床層燃料向上吹起，由于料層阻力及燃料自身重力的影響，燃料顆粒被吹至一定高度時，又會出現(xiàn)下落現(xiàn)象。當空氣速率大于臨界風速之后，床層物料便進入流化狀態(tài)，由于運動速率加劇，床層內大量的細小顆粒會迅速聚集成粒子團，隨著粒子團的不斷增長，粒子團趨于爐膛邊壁運動，而邊壁逆著氣流引帶著大團粒子朝下運動，這使得粒子團與上升氣流間形成了較大的相對速度，粒子團被氣流重新打散，并隨著上升氣流來到爐膛中間，上升過程中再次形成粒子團偏向爐膛內部，從而形成團聚、下沉、打散、上升的內循環(huán)過程。燃燒過后的氣相隨風道進入旋風分離器之中進行氣固分離，分離出來的固體顆粒經過返料管道再次回到爐膛進行燃燒利用，進而形成外循環(huán)，整個循環(huán)流化床鍋爐的工作原理，如圖1所示。在整個循環(huán)過程中，燃料在爐膛與空氣充分接觸，完全燃燒，整個爐膛溫度十分穩(wěn)定，極大地提高了鍋爐的燃燒效率。

1.2 燃燒特點

在循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中，由于燃料處于流化狀態(tài)，并且在爐膛內、外部均形成循環(huán)，使得其燃燒主要具備以下特點。第一，燃燒效率高。由于煤粉燃料在爐膛中處于懸浮流化狀態(tài)，鼓風機送入的空氣與燃料充分接觸，使其完全燃燒，在很大程度上提高了燃燒效率。一般來說，傳統(tǒng)的火床鍋爐燃燒效率大約在85%～88%之間，鼓泡流化床鍋爐燃燒效率可以達到90%～95%，而循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率高達97%以上，幾乎接近于煤粉爐的平均水平。第二，脫硫效果好。為了減少二氧化硫、三氧化硫等酸性氣體對環(huán)境的影響，鍋爐都會填充粉末狀的石灰石燃料脫硫劑。就一般鍋爐而言，脫硫劑在爐膛煙氣接觸時間僅為幾秒，并且脫硫溫度高達上千度，使得鍋爐脫硫效果欠佳。循環(huán)流化床鍋爐具有內、外循環(huán)系統(tǒng)，增加了脫硫劑與煙氣的接觸時間和面積，并且外循環(huán)還將飛出爐膛的脫硫劑重新返料，進一步提升了脫硫效果，實際可達80%以上。

2 煤泥摻燒對鍋爐整體性能影響的研究

常規(guī)的循環(huán)流化床鍋爐的設計燃料大多為燃煤和煤矸石，此次在床層中摻燒水分含量高、灰度大、粒度細的煤泥，這對鍋爐系統(tǒng)的整體性能或多或少會產生一定影響。在保證爐膛出口負壓、氧含量以及床壓等條件情況下，現(xiàn)就研究煤泥投入量對鍋爐各參數(shù)的具體影響。

2.1 對床溫的影響

在300 MW負荷條件下，循環(huán)流化床逐步增大煤泥的摻燒比例，同時對鍋爐密相區(qū)上、中、下部的床溫進行監(jiān)測，所得到的數(shù)據(jù)，見表1。從表1可以看出，在煤泥摻入量逐漸增大的過程中，無論床層哪個部位的溫度都會下降，以床層中部溫度為例，摻燒30%的煤泥與不摻燒相比床溫由890 ℃降至850 ℃。當爐膛溫度較低時，煤泥不容易發(fā)生爆裂反而容易團聚，最終增加底渣的碳含量，因此往鍋爐爐膛摻燒煤泥時，要時刻調整錐形閥開度來控制床溫處于正常范圍。

2.2 對引風機運行的影響

由于煤泥中水分含量較高，進入爐膛燃燒時，水分迅速汽化，在一定程度上增加了煙氣總量，從而加大引風機的運行負荷，其電流也會相應增加。通過對300 MW循環(huán)流化床鍋爐的實驗研究，其引風機電流與煤泥摻入量的關系如圖2所示。當床溫控制在880℃左右時，未摻燒煤泥的引風機電流為190 A，而煤泥摻燒量達到30%時，引風機的電流增長到205 A，可以看出，引風機的電流隨煤泥摻燒量呈線性關系。如果循環(huán)流化床鍋爐要進行煤泥摻燒，那么在引風機選型上一定要預留相應的裕量。

2.3 對底渣含碳量的影響

當水分含量高的煤泥進入爐膛時，由于爐膛溫度高達850 ℃以上，煤泥中的水分迅速被蒸發(fā)，煤泥團脫水后爆裂，并經歷流化燃燒過程[2]。隨著煤泥摻燒比例的不斷加重，部分煤泥團并未脫水爆裂參與燃燒，而是從冷渣器排出爐膛，因此使得底渣含碳量上升。煤泥摻燒比例同底渣含碳量之間的關系，如圖3所示。從圖中可以看出，當煤泥摻燒比例低于20%時，此時爐膛溫度能夠將煤泥脫水爆裂，流化燃燒，底渣含碳量幾乎不變。隨著煤泥摻燒比例的不斷升高，越來越多的煤泥來不及爆裂燃燒，便通過冷渣器排出，從而提升了底渣含碳量。

2.4 對排煙溫度的影響

煤泥的粒徑通常較小，僅有0.2 mm左右，其灰分含量相對較高，當煤泥投入鍋爐爐膛之中后，爐膛整體的灰分將會大大增加。由于灰分中攜帶著較多熱量，并且粘度較大，進入到煙道之后容易積灰，阻礙熱量傳遞交換，從而致使排煙溫度升高。隨著煤泥摻燒比例的不斷加大，鍋爐排煙溫度將會逐步上升，在吹灰頻率保持一致的前提下，未投入摻燒煤泥的煙道溫度與投入30%摻燒煤泥的煙道溫度之間的溫度相差5～10℃。排煙溫度的不斷上升使得煙氣帶走了大量熱量，直接地降低了鍋爐的燃燒效率。

3 結 語

總而言之，隨著節(jié)能減排力度的不斷加大，循環(huán)流化床鍋爐中摻燒煤泥不僅將廢棄資源回收利用，而且減輕其對環(huán)境的污染，這毫無疑問將會成為未來發(fā)展的趨勢。煤泥摻燒對于循環(huán)流化床鍋爐的整體性能會產生一定的影響，特別是當煤泥摻燒達到一定比例時，爐膛床溫明顯下降了40 ℃、底渣含碳量增加了一倍多、煙道排溫上升5～10 ℃，這些影響都會降低鍋爐的燃燒效率。目前我國中小型循環(huán)流化床鍋爐煤泥摻燒比例可達50%以上，但是300 MW以上的大型鍋爐的摻燒比例仍不足30%，如何提高大型循環(huán)流化床鍋爐的摻燒比例，提高燃燒穩(wěn)定性，這將是未來發(fā)電領域的重點方向。

參考文獻：

[1] 張獻斌，黃中.大型循環(huán)流化床鍋爐技術與工程應用[M].北京：中國電 力出版社，2009.

[2] 劉彥鵬，李建民.300 MW循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥試驗研究[J].發(fā)電技 術論壇，2014（11）.

[3] 殷慶勇，王愛喜.循環(huán)流化床鍋爐混燒煤泥、煤矸石的研究分析[J].煤

炭加工與綜合利用，2005，（2）.