降低鍋爐飛灰含碳量的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

支現(xiàn)方，宋 旭

（1.安陽市能源監(jiān)察中心，河南 安陽 455099；2.安陽師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南 安陽 455099）

在我國(guó)節(jié)點(diǎn)減排理念持續(xù)實(shí)施背景下，部分電力企業(yè)逐漸加大了電力體制的創(chuàng)新和改革，出現(xiàn)了電廠競(jìng)價(jià)上網(wǎng)模式，這無疑對(duì)電廠的經(jīng)營(yíng)和管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。為了提高電廠的經(jīng)營(yíng)水平，促進(jìn)電廠的健康、可持續(xù)性發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的可靠化、經(jīng)濟(jì)化和安全化運(yùn)行顯得尤為重要。而鍋爐作為發(fā)電廠的重要設(shè)備之一，一旦其飛灰含碳量過高，將會(huì)嚴(yán)重違背我國(guó)節(jié)能減排的發(fā)展理念，因此，如何科學(xué)地降低鍋爐飛灰含碳量是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 改造方案

某電廠技術(shù)人員經(jīng)過對(duì)鍋爐的長(zhǎng)期考察后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致4#鍋爐飛灰含碳量較高的主要原因提出相應(yīng)的改造方案。

1.1 顆粒的影響

1.1.1 入爐煤的粒徑分布不均

對(duì)于4#鍋爐而言，其入爐煤顆粒具有粗大特點(diǎn)，通常需要將其設(shè)置值控制為13 mm，但是，實(shí)際值較高，達(dá)到了18 mm。一旦顆粒過于粗大，勢(shì)必會(huì)對(duì)鍋爐使用產(chǎn)生負(fù)面影響[1]，造成鍋爐燃燒不充分，這無疑增加了鍋爐飛灰含碳量。其具體影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）導(dǎo)致鍋爐床層無法正常流化，使得大顆粒物被大量沉積，這無疑增加了結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)性以及鍋爐排渣的難度[2]。（2）為了提高床料的流化效率，需要實(shí)時(shí)增加風(fēng)量，此時(shí)，燃料內(nèi)的細(xì)顆粒很容易進(jìn)入到鍋爐密封區(qū)內(nèi)，一旦這些細(xì)顆粒沒有得到及時(shí)加熱，很快就會(huì)被氣流攜帶走，導(dǎo)致鍋爐飛灰含碳量不斷增加。（3）對(duì)于部分燃料而言，其顆粒表面積與體積2 個(gè)參數(shù)做商后，其比值往往較小，但是，煤粒在實(shí)際的擴(kuò)散中，面臨較大的阻力，造成鍋爐對(duì)應(yīng)的反應(yīng)面積呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)[3]，使得顆粒燃盡的時(shí)間不斷延長(zhǎng)，這無疑降低了鍋爐燃燒效率和效果，使得鍋爐飛灰含碳量一直處于居高不下的狀態(tài)。（4）循環(huán)灰量出現(xiàn)嚴(yán)重不足，導(dǎo)致稀相區(qū)域出現(xiàn)顆粒燃燒不充分現(xiàn)象，使得鍋爐飛灰含碳量不斷上升。

1.1.2 入爐煤中細(xì)顆粒份額過多

入爐煤在具體的生產(chǎn)中，由于存在細(xì)顆粒份額過多，導(dǎo)致床層經(jīng)常出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，造成鍋爐所排放的煙氣嚴(yán)重夾帶[4]，細(xì)顆粒無法被旋風(fēng)分離器及時(shí)有效地捕捉，而份額過多無疑降低了鍋爐的燃燒率，使得鍋爐飛灰含碳量不斷上升。

1.1.3 改造方案分析

根據(jù)以上影響鍋爐飛灰含碳量的兩大因素，提出以下改造方案。首先，為了提高煤粒徑分布的均勻性，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)顆粒份額的有效控制，技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)煤矸石先期破碎系統(tǒng)的安裝和使用，通過利用該系統(tǒng)，可以對(duì)顆粒進(jìn)行破碎處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大顆粒燃料直徑的有效控制，確保其完全符合設(shè)計(jì)值。此外，為了提高顆粒分布的均勻性[5]，嚴(yán)格要求車間工作人員根據(jù)實(shí)際需要，做好配煤工作，并根據(jù)4#鍋爐面臨飛灰含碳量過高問題，對(duì)細(xì)顆粒配比份額進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制，只有這樣才能確保鍋爐飛灰含碳量降到最低，以達(dá)到節(jié)能降排的目的。

1.2 過量空氣系數(shù)的影響

1.2.1 過量空氣系數(shù)超標(biāo)

4#鍋爐主要由以下幾個(gè)部分組成，分別是旋風(fēng)分離器、給煤點(diǎn)、布風(fēng)板和送風(fēng)機(jī)。但是，由于這些結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)戎T多問題，鍋爐在實(shí)際運(yùn)行期間所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量較高，高達(dá)11×104m2/h，這無疑增加了給煤量，造成返料量呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)。此外，煤泥所對(duì)應(yīng)的傳輸路徑為爐頂?shù)綘t膛，導(dǎo)致鍋爐在實(shí)際的運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，造成爐膛由于受到壓力過大頻繁波動(dòng)，甚至，還會(huì)引發(fā)“翻床”問題，導(dǎo)致煤口排放大量的熱煙氣和顆粒，為了確保鍋爐一直保持負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，鍋爐工作人員必須要提高引風(fēng)機(jī)負(fù)荷，確保鍋爐能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。但是，當(dāng)引風(fēng)機(jī)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致爐膛面臨較高的負(fù)壓局面，造成鍋爐煤管嚴(yán)重漏風(fēng)，使得鍋爐內(nèi)部過量空氣系數(shù)一直居高不下，一旦爐膛出口所對(duì)應(yīng)的過量空氣系數(shù)超過所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，將導(dǎo)致床溫大幅度降低，使得鍋爐燃燒率不斷下降，造成鍋爐飛灰含碳量不斷增加。

1.2.2 改造方案分析

為了解決鍋爐煤管漏風(fēng)嚴(yán)重問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)過量空氣系數(shù)的科學(xué)控制，現(xiàn)將密封風(fēng)機(jī)安裝和固定于電廠的4個(gè)不同落煤管上，然后借助密封風(fēng)機(jī)向預(yù)熱器源源不斷地提供熱空氣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛內(nèi)熱空氣總量的科學(xué)調(diào)整和控制。該改造方案實(shí)施后，發(fā)現(xiàn)鍋爐經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，并沒有出現(xiàn)鍋爐冒正壓?jiǎn)栴}，同時(shí)爐膛負(fù)壓出現(xiàn)大幅度下降，由改造前的-500 Pa 變?yōu)楝F(xiàn)在的-200 Pa，使得鍋爐飛灰含碳量出現(xiàn)大幅度下降，其下降幅度為2%～3%。

1.3 床溫的影響

1.3.1 床溫偏低

鍋爐在具體的使用中，經(jīng)常出現(xiàn)床溫較低、主汽溫度較低等問題，技術(shù)人員經(jīng)過分析和研究后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致上述不良問題出現(xiàn)的主要原因是鍋爐在具體設(shè)計(jì)期間，出現(xiàn)內(nèi)部管布置不合理問題，造成工質(zhì)所對(duì)應(yīng)的埋管部分出現(xiàn)吸熱量較高問題[6]，這直接影響了床溫，導(dǎo)致床溫呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，同時(shí)還引發(fā)鍋爐密封相區(qū)域所對(duì)應(yīng)的蓄熱量不斷下降，一旦燃料中的小顆粒沒有得到充分燃燒，會(huì)增加鍋爐飛灰含碳量。此外，由于密封相區(qū)域所對(duì)應(yīng)的蓄熱量普遍較低，很容易引發(fā)煤機(jī)故障問題，導(dǎo)致床溫不斷下降，這無疑增加了鍋爐停爐風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2 改造方案分析

為了解決床溫過低問題，現(xiàn)提出以下改造方案。通過利用打澆注料的方式，將兩組不同類型的埋管安裝和固定于澆筑墻壁附近，同時(shí)還要對(duì)埋管的受熱面積進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員還要割除和丟棄一定數(shù)量的埋管[7]，埋管的割棄數(shù)量控制在22 根以內(nèi)。4#鍋爐埋管改造前后受熱面積對(duì)比見表1。

表1 4#鍋爐埋管改造前后受熱面積對(duì)比

1.4 一次、二次風(fēng)速的影響

1.4.1 一次、二次風(fēng)速過高或過低

當(dāng)煤質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí)，一旦出現(xiàn)一次、二次風(fēng)速過高或過低，造成爐膛內(nèi)的溫度不斷下降，使得煤粉著火時(shí)間和燃燒時(shí)間不斷延長(zhǎng)，導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)燃燒不充分現(xiàn)象，又加上煤質(zhì)出現(xiàn)不規(guī)律的負(fù)荷變化，導(dǎo)致鍋爐工作人員無法在第一時(shí)間內(nèi)快速地調(diào)整和控制風(fēng)粉之間的配合比，導(dǎo)致鍋爐飛灰含碳量出現(xiàn)不斷增加問題。

1.4.2 改造方案分析

為了解決以上問題，技術(shù)人員要從科學(xué)調(diào)整和控制火焰中心高度入手，降低一次、二次風(fēng)速，盡可能將燃料在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間最大化延長(zhǎng)，使得鍋爐飛灰含碳量不斷下降，從而取得理想的節(jié)能減排效果。為此，提出以下改造方案。首先，在保證煤質(zhì)達(dá)標(biāo)的前期下，對(duì)一次、二次風(fēng)速進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制，技術(shù)人員要選用合適的配風(fēng)方式，在保證鍋爐燃燒充分的同時(shí)，提高燃料效率，從根本上解決結(jié)渣現(xiàn)象，此外，還要做好對(duì)火焰中心高度的科學(xué)設(shè)置，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛出口煙溫的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化控制，從而確保鍋爐能夠可靠化、經(jīng)濟(jì)化、安全化運(yùn)行。

2 改造后的效果

2.1 改造結(jié)果分析

通過本文提出的改造方案，對(duì)4#鍋爐進(jìn)行改造。鍋爐經(jīng)過改造后，發(fā)現(xiàn)所有床所對(duì)應(yīng)的床溫均有所提高，提高幅度較大，使得床溫由原來的950℃增加到現(xiàn)在的985℃。在改造前，鍋爐排煙溫度為290℃，改造后，鍋爐排煙溫度變?yōu)?36℃，這說明改造后的鍋爐排煙溫度增長(zhǎng)幅度達(dá)到了29℃。爐膛所對(duì)應(yīng)的出口溫度也有所提高[8]。鍋爐飛灰含碳量取得了明顯下降，由改造前的16.95%飛灰含碳量變?yōu)楝F(xiàn)在的9.26%飛灰含碳量。主汽溫度始終維持在420℃以上，確保鍋爐一直處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，確保鍋爐能夠可靠化、經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行。

2.2 改造后經(jīng)濟(jì)效益分析

2.2.1 節(jié)能與效益

通過對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，取得了良好的節(jié)能效益[9]，對(duì)于鍋爐而言，經(jīng)過改造后，其排出灰渣比例通常為7∶3，平均每天排出的灰量有所下降，僅僅有140 t，平均每天可以節(jié)約的能量為：140×（17%-10%）×7 850÷7 000=10.99 tce；如果鍋爐每年運(yùn)轉(zhuǎn)300 d，那么平均一年所節(jié)約的能量可達(dá)到3 297 tce。按照單價(jià)為650 元/t 的5 500 大卡進(jìn)行計(jì)算[10]，平均一年所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)可到214.3 萬元。

2.2.2 綜合利用價(jià)值

在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，我國(guó)逐漸加大了對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度，為此，我國(guó)粉煤灰的綜合利用嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。通過實(shí)現(xiàn)粉煤灰綜合利用，可以有效降低鍋爐飛灰含碳量，為促進(jìn)電廠的健康、可持續(xù)性發(fā)展，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了良好的條件。

3 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于鍋爐的飛灰含碳量而言，其影響因素主要包含兩個(gè)，一個(gè)是過量空氣系數(shù)的影響，另一個(gè)是床溫的影響。為了提高對(duì)鍋爐的改造效果，技術(shù)人員要針對(duì)這兩個(gè)因素，提出切實(shí)可行的改造方案。該改造方案實(shí)施后，發(fā)現(xiàn)4#鍋爐在正式改造之前，其排放的飛灰含碳量為15%～17%，鍋爐改造后，其飛灰含碳量降低為8%～10%，整體下降幅度較高，高達(dá)42%。一旦鍋爐飛灰含碳量有所下降，發(fā)電煤耗也將呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)，這無疑提高了粉煤灰綜合利用率，使得鍋爐能夠穩(wěn)定、可靠、安全運(yùn)行，為電廠創(chuàng)造了更高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。