循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化爐細(xì)灰渣設(shè)計(jì)與分析

景宇蓉

摘 要：以榆林煤化公司一期技術(shù)改造項(xiàng)目為研究對(duì)象，分析了循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化爐細(xì)灰渣的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)濟(jì)性和存在的問題，提出了一些運(yùn)行維護(hù)優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;氣化渣;摻燒

1 研究背景

榆林煤化公司一期技術(shù)改造項(xiàng)目對(duì)一期氣化裝置進(jìn)行升級(jí)改造，并新增一臺(tái)氣化裝置，實(shí)現(xiàn)兩用一備。項(xiàng)目改造完成后氣化裝置細(xì)灰渣產(chǎn)量達(dá)到16.4t/h，氣化爐年運(yùn)行時(shí)間為7200h，細(xì)灰渣年產(chǎn)量將達(dá)到11.808萬噸。對(duì)氣化爐所產(chǎn)細(xì)灰渣成分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，細(xì)灰渣全水分含量Mt=43.92%，收到基灰分Vdaf=12.6%，干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf=4.26%，收到基碳含量Car=37.45%，收到基低位熱值Qnet，ar=6.06MJ/kg，有一定的回收價(jià)值。為了減少污染、節(jié)約能源、降低運(yùn)輸量、填埋成本，本次改造工程擬將含碳的氣化爐細(xì)灰渣送入鍋爐中摻燒，以達(dá)到變廢為寶的目的。考慮氣化爐細(xì)灰渣難于燃燒的特點(diǎn)，鍋爐選型為循環(huán)流化床鍋爐。根據(jù)各工況條件下的全廠蒸汽平衡圖，并對(duì)鍋爐房?jī)?nèi)自用蒸汽平衡計(jì)算，確定新建1×220t/h循環(huán)流化床高溫高壓蒸汽鍋爐，為華西鍋爐廠產(chǎn)品，型號(hào)為HX220/9.81-Ⅱ7。新建鍋爐房與一期2×240t/h高溫高壓煤粉鍋爐互為備用，共同滿足全廠各裝置的蒸汽供熱需要。

2 設(shè)計(jì)方案

細(xì)灰渣是通過氣化爐頂部經(jīng)粗煤氣氣流攜帶并初步進(jìn)行洗滌、凈化、沉淀的一種含水渣，其粒徑均小于16目，其中約三分之一小于200目[1]。為了便于輸送，將含水的細(xì)灰渣與少料污泥進(jìn)行摻混，具體流程為：氣化爐細(xì)灰水由外管從氣化裝置送至熱動(dòng)力站，經(jīng)過真空帶式過濾機(jī)過濾后的氣化爐細(xì)灰送入混料倉與少量污泥經(jīng)過充分混合后，由半正壓給料機(jī)輸送至膏體泵，再經(jīng)過膏體泵及特種輸送管道將混合后的物料送入鍋爐。氣化爐細(xì)灰渣與污泥摻混物進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐主要有兩種方式：從爐膛頂部加入或者從爐膛兩側(cè)墻上部加入。本項(xiàng)目摻混物從爐頂加入，成柱狀分段進(jìn)入爐膛，在高爐溫作用下，表面迅速失水硬結(jié)，形成煤泥柱，在下落過程中不斷爆裂，繼續(xù)下落，形成燃料團(tuán)，并最終全部轉(zhuǎn)化為燃料團(tuán)，此過程在極短時(shí)間內(nèi)完成，燃料團(tuán)隨后落入爐膛密相區(qū)進(jìn)行燃燒，燃燒后產(chǎn)生的煙氣再經(jīng)爐膛出口旋風(fēng)分離器分離，進(jìn)入爐膛二次燃燒，如此循環(huán)往復(fù)，直至燃盡排除[2]。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 原煤消耗量

BMCR工況下，按照燃燒純煤和細(xì)灰渣摻燒分別對(duì)鍋爐進(jìn)行熱力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果得出純燒煤時(shí)燃料消耗量為32.1t/h;摻燒時(shí)燃料消耗量為45.1t/h，其中原煤消耗量為28.7t/h。通過對(duì)比可知，摻燒細(xì)灰渣時(shí)原煤消耗量可節(jié)省3.4t/h，全年可節(jié)省燃煤量將達(dá)到2.5萬噸，年節(jié)省燃料費(fèi)用上千萬，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

3.2 鍋爐熱效率

影響鍋爐熱效率的因素包括機(jī)械不完全燃燒熱損失q4，化學(xué)不完全燃燒熱損失q3，排煙熱損失q2，爐膛散熱損失q5，其他熱損失q6。摻燒細(xì)灰渣時(shí)對(duì)鍋爐熱效率的影響主要體現(xiàn)為排煙熱損失，因?yàn)榧?xì)灰渣含水量較高，進(jìn)入爐膛后先吸熱，爆裂至細(xì)小燃料團(tuán)后開始燃燒放熱，細(xì)灰渣中的水分吸熱變成高溫水蒸氣隨煙氣排出，導(dǎo)致鍋爐排煙熱損失增大，鍋爐廠熱力計(jì)算結(jié)果表明，純燒煤時(shí)鍋爐熱效率為91.5%，摻燒細(xì)灰渣時(shí)鍋爐熱效率為89%。

3.3 鍋爐輔機(jī)電耗

摻燒細(xì)灰渣后，鍋爐燃燒所需的空氣量和煙氣量均有所增加，其中一次風(fēng)量和二次風(fēng)量較之前增加不大，煙氣量增加較多，這主要是因?yàn)闊煔怏w積增加和爐內(nèi)灰濃度直接相關(guān)。煙氣量增大會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)電耗增大，運(yùn)行成本增加。

4 幾點(diǎn)思考與建議

4.1 燃盡率

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)燃燒區(qū)域分為密相區(qū)、稀相區(qū)和氣固分離區(qū)。細(xì)灰渣從爐頂進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐爐膛到爆裂進(jìn)入密相區(qū)燃燒整個(gè)過程時(shí)間極短，且細(xì)灰渣粒度小，經(jīng)旋風(fēng)分離器時(shí)難以分離返料進(jìn)入燃燒循環(huán)，能否燃盡的問題值得思考。到底有多少參與了燃燒反應(yīng)，還是來不及燃盡就被煙氣帶出了爐膛。考慮到這個(gè)問題，鍋爐選型時(shí)應(yīng)對(duì)爐膛設(shè)計(jì)提出要求，宜采用瘦長型爐身，調(diào)整受熱面布置，以延長細(xì)灰渣在爐內(nèi)的燃燒停留時(shí)間，盡可能燃盡。

4.2 飛灰和爐渣量

當(dāng)氣化爐細(xì)灰渣進(jìn)入循環(huán)流化床鍋爐燃燒時(shí)，由于爐膛內(nèi)煙氣路徑時(shí)間較短，來不及燃燒的細(xì)小灰渣隨煙氣流動(dòng)帶出爐膛，導(dǎo)致鍋爐飛灰量增大明顯，而鍋爐排渣量變化不大。進(jìn)入爐膛尾部煙道的飛灰量增加，除塵設(shè)備和輸灰系統(tǒng)的負(fù)荷增大，設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。此外還應(yīng)考慮尾部煙道的磨損加大，應(yīng)優(yōu)化煙氣流場(chǎng)并對(duì)尾部各受熱面進(jìn)行防磨保護(hù)，如加裝防磨梁，對(duì)分離器靶區(qū)進(jìn)行防磨改造;定期對(duì)鍋爐進(jìn)行防磨檢修維護(hù)等。在運(yùn)行過程中，加強(qiáng)吹灰次數(shù)，以減少尾部煙道積灰[3-4]。

4.3 細(xì)灰渣含水量

細(xì)灰渣含水量較高，進(jìn)入爐膛燃燒時(shí)先要吸熱爆裂，這一過程中可能會(huì)導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致鍋爐熄火。為避免這樣的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的操作培訓(xùn)，在運(yùn)行過程中對(duì)床料、床溫等數(shù)據(jù)進(jìn)行密切監(jiān)視，一旦出現(xiàn)警報(bào)，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)摻燒量和鍋爐配風(fēng)比，必要時(shí)直接切斷摻燒物料進(jìn)料閥。

5 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化循環(huán)流化床鍋爐可實(shí)現(xiàn)大比例摻燒氣化爐細(xì)灰渣，從而提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。添加氣化爐細(xì)灰渣后鍋爐整體運(yùn)行穩(wěn)定，汽水側(cè)參數(shù)變化不大，參數(shù)可控;煙氣側(cè)變化較大，表現(xiàn)為鍋爐煙氣量和飛灰量增大，引風(fēng)機(jī)電流顯著增加;鍋爐熱效率稍有降低。針對(duì)以上問題，在鍋爐設(shè)計(jì)選型時(shí)宜采用瘦長爐身，及時(shí)調(diào)整受熱面布置比例，適當(dāng)增加受熱面，同時(shí)采取相應(yīng)的防磨措施;在鍋爐運(yùn)行時(shí)進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整，將配風(fēng)調(diào)整到合理范圍，并適當(dāng)增加吹灰頻次，提高運(yùn)行人員的操作水平;此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍋爐的防磨檢修和維護(hù)保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭清清.300MW循環(huán)硫化床鍋爐氣化渣摻燒與干燥技術(shù)研究[D].北京：華北電力大學(xué).

[2]李明，田代波，肖大勇.循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化爐煤泥分析與研究[J].大氨肥，2011.34（2）：62-64.

[3]李永剛.循環(huán)流化床鍋爐摻燒氣化爐細(xì)渣分析[J].工業(yè)技術(shù)，2015.8（上）：45.

[4]黃中，江建忠，徐正泉，孫獻(xiàn)斌，肖平.循環(huán)流化床鍋爐煤泥摻燒試驗(yàn)研究與影響因素分析[J].中國循環(huán)流化床發(fā)電生產(chǎn)運(yùn)營管理，2013.