（中煤平朔第一煤矸石发电有限公司 山西朔州 036000）
摘要：针对某热电分公司 220t /h 循环流化床锅炉在燃用高灰份低热值的煤种时飞灰含碳量高并且锅炉效率有所降低的问题，采用飞灰复燃技术进行改造，锅炉改造之后，炉内平均燃烧温度、回料温度提高，飞灰含碳量明显降低，锅炉热效率得到提高。改造取得了显著的技术成果，达到了预期效果，系统投资小，运行成本低，具有良好的经济效益。
关键词：循环流化床锅炉；飞灰复燃；锅炉热效率；效益
1前 言
在锅炉实际生产过程中，由于设计入炉煤热值与实际入炉煤热值存在差异，在燃用高灰份低热值的煤种时飞灰含碳量高并且锅炉效率有所降低。根据理论分析：煤的性质对碳颗粒燃尽的影响可以用煤的挥发份对发热量的贡献 I = Vdaf /Qar． net 来表示，所以使用低热值、高灰份燃料是循环流化床锅炉飞灰含碳量高的根本原因。另外入炉煤粒径以及燃烧的温度等因素也会导致飞灰含碳量偏高，锅炉效率下降。煤的燃烧反应速度，燃尽时间：
与温度和煤粒直径的关系如下式所示
τ = 8． 77 × 109 e × p（0． 01276 Tb）dp 1． 16
式中：Tb —燃烧温度 dp —煤粒子直径从上式看出，燃烧温度升高，燃料燃尽时间缩短。燃烧温度的提高对降低飞灰含碳量是十分有利的。从设备操作角度来说，如果分离器的收集效率越高，飞灰的含碳量越低。给煤和给氧的均匀性越好，飞灰的含碳量越低。
综合以上这些原因经过调研和研究讨论，制定出降低锅炉飞灰含碳量以及提高锅炉效率的对策。
根据实际情况决定在 2013 年非冬运期对 220t /h 循环流化床锅炉进行加装飞灰复燃装置的改造，来改善当前的不良运行状况。
2飞灰复燃改造方案实施
某热电 220t /h 循环流化床锅炉飞灰复燃改造系统最初设计了三套改造方案：
a.飞灰利用气力输灰系统送到炉前后，通过布风板，从底部送入燃烧室。原有设备及系统大多能利用。但是飞灰物料是否能克服床层阻力喷入燃烧室底部（即原有的飞灰底饲燃烧方式）没有把握。
b.第二种方案采用面饲燃烧方式，就是将飞灰送到炉前后，通过喷嘴从二次风口送入燃烧室燃烧。这种方法目前业内认可的成熟工艺路线，较底饲而言，运行可靠，管路压力稳定，波动小，堵灰现象少。
c．第三种方案是将飞灰送到给煤机再送入炉前落煤管，与煤一起落入燃烧室燃烧。这种方法对给煤机系统是一个挑战，是否可行还需要实践才能确定。
经过对上述三种方案的研究和比较，最后确定了第二方案作为最终的改造实施方案。将电除尘器第一电场收集的飞灰，（含碳量 10% 左右）通过气力输送，返送到锅炉炉膛，经多次重复燃烧，降低飞灰含碳量并提高锅炉热效率，达到节能减排目的，同时提高锅炉带负荷能力。其工艺路线和流程如下：除尘器第一电场收灰斗 →仓泵（现有）→中间灰仓 → 星形给料机（变频）→气固引射泵→高压离心风机→管道 DN150 /2 × DN125）→锅炉二次风口→锅炉炉膛新设一座 15m3 ～ 30 m3 中间灰仓，中间灰仓下装一台星型给料机，星型给料机下布置一台气固引射泵，飞灰从中间仓卸灰口手动插板阀后经过落灰管进入星型给料机，再通过气固引射泵进行输送。用一根输灰管道输送至锅炉二次风管处，再分成三根管道与锅炉三根二次风管进行连接，连接处采用软连接方式以适应锅炉本体上下膨胀连接问题。
动力气源系统配置一台高压变频离心风机，风量 2262 － 5429m3 /h，升压 70． 8Kpa，电机功率 30 kW－ 60 kW，水冷却方式（进口水温不高于 30℃，水压196 ～ 294Kpa，水量 5 ～ 10L /min）。管道配置方面：气源管道、输灰母管道、支管道、输灰管道均采用无缝钢管，材质采用内衬复合陶瓷耐磨弯头。根据实地考察情况发现，此种设计输灰管道及弯头耐磨性好，使用寿命长，检修工作量小。输送系统主要技术参数：处理灰量平均 7t /h；输送管道输灰浓度（即灰气比）在 6 ～ 12 之间，管内流速为12 ～ 19m /s。工艺流程见图 1。
3控制系统
3． 1 工艺概述
a． 采用可编程控制器（PLC）的程序控制，系统正常在自动方式下运行，运行人员通过可编程控制柜上的触摸屏对整个系统设备进行集中监视、管理、自动顺序控制及闭环控制。运行方式为；全自动、软手操、就地手动操作三种。
b． 仓泵就地压力、输送气和控制气压力检测信号进入 PLC 控制系统。
c． 料仓料位计的检测信号进入控制系统，实现高 / 低料位报警。高料位报警时，输送系统将停止向料仓送料。
d． 实现其他控制能力。如果原 PLC 系统有足够接点，可在原系统改造。
3． 2 系统联锁动作及保护
a． 控制内容及连锁保护程序：锅炉除尘器一电场料位正常，气泵运行正常。打开飞灰复燃系统抽板阀，延时 1 分钟关闭原送灰系统抽板阀，同时检测管道压力及料仓料位是否正常。不符和则停止工作并发出故障报警。
b． 中间料仓料位正常，启动高压离心风机工作，打开气动抽板阀，延时 3s 启动星型给料机；同时检测管道压力及料仓料位信号是否正常。
c． 料仓料位超高，打开原气泵气动抽板阀，同时关闭复燃系统抽板阀。
d． 料仓料位超低，关闭高压离心风机。同时关闭气固引射泵后抽板阀。
e． 突然断电；关断气动抽板，发出故障报警。f． 管道吹扫采用手动空气吹扫。
4改造后的效果
某热电分公司三台 220 吨 / 时循环流化床锅炉，在 2011 年年度平均飞灰含碳量为 9． 11%，2012年最好的状态时达到 7% － 8% 左右，2013 年底#2 炉飞灰再循环系统投运后，相比改造之前，同条件下锅炉带负荷得到了改善，飞灰含碳量降至 7%，降幅为
12． 5%，燃烧效率显著提高。系统在回送飞灰的同时也将未完全反应的氧化钙送回炉膛，所以飞灰再循环也提高了石灰石的利用效率。目前，系统投运近一年，锅炉燃烧未见异常，磨损未见明显增加。
5经济效益分析
5． 1 降低可燃物飞灰含碳量方面
按经验公式 Q = 4． 19 × 81 × C% ÷ 4． 2 计算每
1kg 灰中 2% 碳的发热量为：
Q = 4． 19 × 81 × 2 ÷ 4． 2 = 162kCal /kg
则每小时 7t 灰可再利用的发热量为：
7000kg × 162kCal /kg = 1134000kCal相当于每小时节标煤 0． 162t，单炉每年有效运行时数 4600 小时计算，年度单炉可节标煤 745t，标煤单价按 757 元 / t，可节约成本 56 万元。
5． 2 节约大量钙粉
锅炉在正常投运石灰石脱硫剂的工况下，飞灰复燃系统不仅是飞灰的回送再燃烧，还可以实现未反应的 CaO 的回送再利用，根据锅炉飞灰中的与钙元素有关的成分，可以计算出飞灰中未反应的 CaO的含量。电除尘一电场收集飞灰效率按 85% 计算，则锅炉每小时再利用飞灰量约为 7t，通过测算可节省 CaO 输送量约 0． 8t /h。全年可节省 CaO 为 0． 8t /h× 4600h = 3680t，一吨 CaO 价格按 130 元计算，则全年可节省 CaO 脱硫剂费用为：130 × 3680 = 47． 84 万元。
5． 3 初始投资及运行成本
初始投资：飞灰复燃系统设备费预计为 22 万元左右，施工费 12 万元，电气控制系统因涉及锅炉DCS 和除灰程控 PLC 系统连接，估价为 10 万元左右。直接投资费用约为 44 万元。
运行成本：新增罗茨风机全年耗电量为：110kW×4600h = 50． 6 万 kWh，折合成本费用 0． 47 元 /kWh×506000kWh = 237820 元；给料机额定功率为 1．5kW，全年耗电量为：1． 5kW × 4600h = 6900kWh，折合成本费用 0． 47 元 /kWh × 6900kWh = 3243 元；若其它低压仪表及控制装置耗电忽略不计，则新增飞灰复燃系统全年耗电折合成本共计 237820 + 3243 = 241063 元，再加上维护检修费用，记 25 万元。
5． 4 对二次风的影响
由于飞灰回送到二次风管，是否对二次风机的电流会有影响，需要进一步研究，通过实际观察，由于系统给料量不大，二次风仅需要稍微增加进风量即可，由此产生的二次风机电耗增加值较小，可忽略不计。
5． 5 总体经济效益核算
56 + 47． 84 － 44 － 25 = 34． 84 万元，通过计算不难看出，飞灰复燃系统投入运行一年就可收回投资，并且产生经济效益 34． 84 万元，若不算初始投资，则每年可产生经济效益为：56 + 47． 84 － 25 = 78． 84 万元。
本次改造一台炉一年可产生经济效益 78． 84 万元，三台炉共计 236． 52 万元。
6结束语
飞灰复燃系统对增加循环流化床锅炉循环倍率，提高稀相区的颗粒浓度，形成颗粒团以延长颗粒在炉内的停留时间，降低锅炉的飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率具有明显效果。改造取得了显著的技术成果，达到了预期效果，系统投资小，运行成本低，具有良好的经济效益。
参考文献：
[1]吕俊复，张守玉，刘青，张建胜，杨海瑞，岳光溪，沈解忠，于龙.循环流化床锅炉的飞灰含碳量问题[J].动力工程，2004，02：170-174.
[2]邱燕，田茂诚，牛蔚然，程林.降低循环流化床锅炉飞灰含碳量的理论及其应用[J].热能动力工程，2005，04：369-372+441.
论文作者:谢鹏怡
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/17
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