循环流化床锅炉掺烧气化炉细灰渣设计与分析

景宇蓉

摘 要：以榆林煤化公司一期技术改造项目为研究对象，分析了循环流化床锅炉掺烧气化炉细灰渣的设计方案，经济性和存在的问题，提出了一些运行维护优化建议。

关键词：循环流化床;气化渣;掺烧

1 研究背景

榆林煤化公司一期技术改造项目对一期气化装置进行升级改造，并新增一臺气化装置，实现两用一备。项目改造完成后气化装置细灰渣产量达到16.4t/h，气化炉年运行时间为7200h，细灰渣年产量将达到11.808万吨。对气化炉所产细灰渣成分进行实验分析，细灰渣全水分含量Mt=43.92%，收到基灰分Vdaf=12.6%，干燥无灰基挥发分Vdaf=4.26%，收到基碳含量Car=37.45%，收到基低位热值Qnet，ar=6.06MJ/kg，有一定的回收价值。为了减少污染、节约能源、降低运输量、填埋成本，本次改造工程拟将含碳的气化炉细灰渣送入锅炉中掺烧，以达到变废为宝的目的。考虑气化炉细灰渣难于燃烧的特点，锅炉选型为循环流化床锅炉。根据各工况条件下的全厂蒸汽平衡图，并对锅炉房内自用蒸汽平衡计算，确定新建1×220t/h循环流化床高温高压蒸汽锅炉，为华西锅炉厂产品，型号为HX220/9.81-Ⅱ7。新建锅炉房与一期2×240t/h高温高压煤粉锅炉互为备用，共同满足全厂各装置的蒸汽供热需要。

2 设计方案

细灰渣是通过气化炉顶部经粗煤气气流携带并初步进行洗涤、净化、沉淀的一种含水渣，其粒径均小于16目，其中约三分之一小于200目[1]。为了便于输送，将含水的细灰渣与少料污泥进行掺混，具体流程为：气化炉细灰水由外管从气化装置送至热动力站，经过真空带式过滤机过滤后的气化炉细灰送入混料仓与少量污泥经过充分混合后，由半正压给料机输送至膏体泵，再经过膏体泵及特种输送管道将混合后的物料送入锅炉。气化炉细灰渣与污泥掺混物进入循环流化床锅炉主要有两种方式：从炉膛顶部加入或者从炉膛两侧墙上部加入。本项目掺混物从炉顶加入，成柱状分段进入炉膛，在高炉温作用下，表面迅速失水硬结，形成煤泥柱，在下落过程中不断爆裂，继续下落，形成燃料团，并最终全部转化为燃料团，此过程在极短时间内完成，燃料团随后落入炉膛密相区进行燃烧，燃烧后产生的烟气再经炉膛出口旋风分离器分离，进入炉膛二次燃烧，如此循环往复，直至燃尽排除[2]。

3 经济性分析

3.1 原煤消耗量

BMCR工况下，按照燃烧纯煤和细灰渣掺烧分别对锅炉进行热力计算，计算结果得出纯烧煤时燃料消耗量为32.1t/h;掺烧时燃料消耗量为45.1t/h，其中原煤消耗量为28.7t/h。通过对比可知，掺烧细灰渣时原煤消耗量可节省3.4t/h，全年可节省燃煤量将达到2.5万吨，年节省燃料费用上千万，经济效益非常可观。

3.2 锅炉热效率

影响锅炉热效率的因素包括机械不完全燃烧热损失q4，化学不完全燃烧热损失q3，排烟热损失q2，炉膛散热损失q5，其他热损失q6。掺烧细灰渣时对锅炉热效率的影响主要体现为排烟热损失，因为细灰渣含水量较高，进入炉膛后先吸热，爆裂至细小燃料团后开始燃烧放热，细灰渣中的水分吸热变成高温水蒸气随烟气排出，导致锅炉排烟热损失增大，锅炉厂热力计算结果表明，纯烧煤时锅炉热效率为91.5%，掺烧细灰渣时锅炉热效率为89%。

3.3 锅炉辅机电耗

掺烧细灰渣后，锅炉燃烧所需的空气量和烟气量均有所增加，其中一次风量和二次风量较之前增加不大，烟气量增加较多，这主要是因为烟气体积增加和炉内灰浓度直接相关。烟气量增大会导致引风机电耗增大，运行成本增加。

4 几点思考与建议

4.1 燃尽率

循环流化床锅炉炉内燃烧区域分为密相区、稀相区和气固分离区。细灰渣从炉顶进入循环流化床锅炉炉膛到爆裂进入密相区燃烧整个过程时间极短，且细灰渣粒度小，经旋风分离器时难以分离返料进入燃烧循环，能否燃尽的问题值得思考。到底有多少参与了燃烧反应，还是来不及燃尽就被烟气带出了炉膛。考虑到这个问题，锅炉选型时应对炉膛设计提出要求，宜采用瘦长型炉身，调整受热面布置，以延长细灰渣在炉内的燃烧停留时间，尽可能燃尽。

4.2 飞灰和炉渣量

当气化炉细灰渣进入循环流化床锅炉燃烧时，由于炉膛内烟气路径时间较短，来不及燃烧的细小灰渣随烟气流动带出炉膛，导致锅炉飞灰量增大明显，而锅炉排渣量变化不大。进入炉膛尾部烟道的飞灰量增加，除尘设备和输灰系统的负荷增大，设计选型时应考虑到这一点。此外还应考虑尾部烟道的磨损加大，应优化烟气流场并对尾部各受热面进行防磨保护，如加装防磨梁，对分离器靶区进行防磨改造;定期对锅炉进行防磨检修维护等。在运行过程中，加强吹灰次数，以减少尾部烟道积灰[3-4]。

4.3 细灰渣含水量

细灰渣含水量较高，进入炉膛燃烧时先要吸热爆裂，这一过程中可能会导致燃烧不稳，严重的甚至会导致锅炉熄火。为避免这样的经济损失，应加强对运行人员的操作培训，在运行过程中对床料、床温等数据进行密切监视，一旦出现警报，应及时调节掺烧量和锅炉配风比，必要时直接切断掺烧物料进料阀。

5 结论

通过设计和运行优化循环流化床锅炉可实现大比例掺烧气化炉细灰渣，从而提高全厂的经济效益和环保效益。添加气化炉细灰渣后锅炉整体运行稳定，汽水侧参数变化不大，参数可控;烟气侧变化较大，表现为锅炉烟气量和飞灰量增大，引风机电流显著增加;锅炉热效率稍有降低。针对以上问题，在锅炉设计选型时宜采用瘦长炉身，及时调整受热面布置比例，适当增加受热面，同时采取相应的防磨措施;在锅炉运行时进行燃烧优化调整，将配风调整到合理范围，并适当增加吹灰频次，提高运行人员的操作水平;此外，应加强对锅炉的防磨检修和维护保养。

参考文献：

[1]郑清清.300MW循环硫化床锅炉气化渣掺烧与干燥技术研究[D].北京：华北电力大学.

[2]李明，田代波，肖大勇.循环流化床锅炉掺烧气化炉煤泥分析与研究[J].大氨肥，2011.34（2）：62-64.

[3]李永刚.循环流化床锅炉掺烧气化炉细渣分析[J].工业技术，2015.8（上）：45.

[4]黄中，江建忠，徐正泉，孙献斌，肖平.循环流化床锅炉煤泥掺烧试验研究与影响因素分析[J].中国循环流化床发电生产运营管理，2013.