關于煤灰復燃技術的科學性論證

及相關熱力計算

煤灰復燃技術是隨循環流化床鍋爐的技術發展而產生的。循環流化床鍋爐技術最早產生在西歐的芬蘭，我國的此型鍋爐是二十世紀八十年代由國外引進并逐步消化吸收的，而煤灰復燃技術也隨之進入中國國內，只不過我們根據國內實際情況進行了探索改進，使之更適合中國的循環流化床鍋爐。例如四川內江電廠從國外引進的440T/h循環流化床鍋爐就配套了煤灰復燃裝置，其回料位置是在床體下部（由專用風帽進入）。而國內生產的循環流化床鍋爐由于沒有考慮節能減排問題，所以在設計時沒有考慮實現這一返灰功能。

為什么叫循環流化床鍋爐？因為此爐型有兩大特點，首先是循環特性，即煤粉（灰）在爐膛內必須有循環，其二是流化特性，即燃料在床上必須流化，缺哪一條鍋爐也無法正常運行。

關于循環特性內行們都很清楚，因為鍋爐供貨中都帶旋風分離器和返料系統，運行中煙氣進入分離器后絕大部分煤灰被分離出來重新返回爐膛進行再燃燒以提高鍋爐熱效率。這只是一個方面，另一方面，煤灰返回爐膛后增加了灰濃度（物料濃度），從而提高了其傳熱系數。2010年中國電力出版社出版的《循環流化床鍋爐優化改進及新技術與工程應用手冊》第72頁講“顆粒（灰）對流傳熱是主要傳熱機制，顆粒對流傳熱的大小主要依賴于供熱表面上固體顆粒（灰）聚集濃度及顆粒的更新率……，因此，隨著懸浮顆粒濃度的增加，傳熱系數會增大，這一規律已被廣泛證實和認可。如下圖所示：

                    顆粒懸浮濃度（kg/m³）

我們明白了以上煤灰返料及循環的道理，就不難理解煤灰復燃技術實施的必要性了。也就是說煤灰復燃技術即利用了煤灰中的可燃物（我國已運行的循環流化床鍋爐煤灰含碳量一般在10-25%），又增加了爐膛內灰的懸浮濃度，從而提高傳熱系數及鍋爐熱效率。

  鍋爐爐膛熱力計算（上述工程手冊中第69頁及第70頁）

爐膛燃燒產物熱平衡方程式：

Q=φ[XQ—（I—I）—I]

式中：

Q——1kg燃料燃燒物向爐受熱面工質和循環灰傳遞的熱量KJ/kg

φ——保溫系數

X ——爐膛燃燒份額

Q——爐膛有效放熱量KJ/kg(見下式)

I____爐膛出口循環灰焓 KJ/kg

I——爐膛入口循環灰焓 KJ/kg

Mxh——循環灰量 kg/s

Bj——燃料消耗量kg/s

I——爐膛出口煙氣焓KJ/kg

爐膛有效放熱量計算公式：

Q=Q+aI+aI+aI

式中：

Q——爐膛有效放熱量KJ/kg

Q——燃料收到基低位發熱量KJ/kg

q3、q4、q6——鍋爐可燃氣體、固體未完全燃燒熱損失和灰渣物理熱損失%

a——爐膛進口過量空氣系數

a——回料器進口過量空氣系數

a——外置床進口過量空氣系數

I——爐膛進口熱空氣焓KJ/kg

I——冷空氣焓KJ/kg  

爐膛傳熱方程式為：

Q=

式中：

Q——爐膛受熱面內工質的吸熱量KJ/kg

Km——膜式水冷壁傳熱系數W/（m².℃）

Fm——膜式水冷壁計算受熱面積m²

Ks——水冷屏傳熱系數W/（m².℃）

Fs——水冷屏計算受熱面積m²

Kq——汽冷屏傳熱系數W/（m².℃）

Fq——汽冷屏計算受熱面積m²

Q——爐膛溫度℃

T——蒸發受熱面工質的飽和溫度℃

T——汽冷屏進出口平均工質溫度℃

從上述方程式可知，鍋爐受熱面吸收的熱量與傳熱系數成正比關系，而傳熱系數的大小又與爐膛內的灰濃度成比例關系。這一結論很好地支持了煤灰復燃技術的可行性及必要性。因此，國內外的循環流化床鍋爐技術權威大都贊成實施煤灰復燃技術，例如2007年中國熱電專業委員會在無錫市召開的循環流化床鍋爐節能交流會議上，華中科大煤燃燒國家重點實驗室教授劉德昌（博導，國際流化床燃燒會議執委，主要研究流化床燃燒、傳熱、氣動力等）專門介紹了《提高循環流化床鍋爐熱效率的措施》（已載入該會議的論文集）。其提到的主要措施為：（1）適當提高燃燒溫度；（2）降低煤灰含碳量，提高燃燒效率，主張實行煤灰復燃。德國專家實驗證明：除塵下來的煤灰循環倍率為0.3時，飛灰含碳量從23%下降到13%，此循環倍率提高到0.6時，飛灰含碳量降到4%，我們淄博市已應用煤灰復燃技術的電廠也證明了這一點的真實性；（3）降低床底渣含碳量；（4）降低排煙溫度，減少排煙熱損失；（5）優化燃燒調正和控制。（參考文獻：劉德昌編《循環流化床鍋爐運行及事故處理》中國電力出版社。2006.4）.

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