提高煤灰循環倍率

為何能節約燃煤增加經濟效益

淄博熱電股份有限公司原總工程師  鄒尚林

二十世紀八十年代我國引進循環流化床鍋爐技術，循環流化床鍋爐在電力、石化等企業中所占的比例越來越大，它的能耗狀況會直接影響企業的經濟效益，這種鍋爐的最大優點是對環保適應性強，如低氮氧化物排放、爐內脫硫、可燃燒低熱值煤等，所以在我國發展很快。到目前為止，僅淄博市安裝使用的循環流化床鍋爐接近一萬蒸噸。但是這種爐型最大的缺點就是熱效率偏低，比煤粉爐低2%以上。其原因：一是鍋爐運行溫度低（比煤粉爐低200～300℃），傳熱系數低；二是飛灰含碳量高，一般在10～20%（比煤粉爐高5～10%以上），即存在一低一高的缺陷。

通過多年的運行經驗和實踐總結，我們摸索出一套適合我國循環流化床鍋爐的節能技術——提高鍋爐循環倍率的節能系統，該系統裝置已在多家企業多臺鍋爐上安裝應用，實測節煤率少則3.75%，多則8%以上，這項技術已被山東省經信委、淄博市節能辦推薦為重點節能推廣項目。

一、循環流化床鍋爐的運行顯著特點

1、循環流化床鍋爐爐內必須有循環灰參與運行，此循環灰一般由兩部分組成，一是爐膛內的灰在爐膛中心升至一定高度后又沿四周水冷壁下降到料層中，這叫內循環。另一部分是被旋風分離器分離下來而由返料器返回爐膛內的灰，這叫外循環。這些循環灰的作用有兩個，一是在循環過程中，將未燃盡的煤炭進行二次燃燒，充分利用其熱量。二是提高爐膛內的灰濃度，這個灰濃度對鍋爐是至關重要的，有了適度的灰濃度鍋爐才能正常運行，若灰濃度偏小，鍋爐就帶不上應有負荷，就無法在經濟狀態下運行。爐膛內的灰濃度大小與爐膛上部的壓差基本成正比（上部壓差即料層上部至爐膛出口的壓力差），上部差壓（代表灰濃度）與鍋爐負荷的關系見下圖（此圖數據由清華大學熱能工程系提供）

   壓差（kg）

0      10    20     30    40     50     60    70     80    90    100   110   負荷（%）

在鍋爐設計中要考慮爐內傳熱問題，循環流化床鍋爐傳熱系數包括兩部分（對受熱面而言），即對流傳熱和輻射傳熱。二者是可以疊加的。設計人員發現爐膛內的物料濃度是傳熱系數最大影響因素，傳熱系數隨著物料（灰）濃度的增大而增大。如下圖所示：（此圖數據由清華大學熱能工程系提供）

傳熱系數（w/㎡.k）

     0        10       20       30       40       50       60      70

       平均物料（灰）濃度kg/m³                                                                                   

從以上論述可知，在爐膛內的灰濃度大，傳熱系數就高。即受熱面吸收的熱量多，所以蒸汽產量就會提高，鍋爐負荷就會增加。

2、使用煤種與飛灰含碳量有直接關系，實驗證明：飛灰含碳量與煤的可燃基揮發份除以其發熱量有單調的變化關系，一般是其比值越小飛灰含碳量越高，其比值越大飛灰含碳量就越低。所以從減少飛灰含碳量的角度來說，選擇揮發份高的煤種較好。但這種煤對傳熱系數不利，和相對同熱量的其他煤種相比，灰量會偏少，對帶負荷不利。解決這一矛盾的辦法就是利用鍋爐飛灰再循環節能系統增大爐膛物料濃度。

另外，從電廠的經濟運行出發，應選擇較高發熱量和較高揮發份的煤種，因為它的灰份少，排灰渣少，所以熱量損失少（排出的灰渣要帶走部分熱量降低鍋爐效率）。實踐證明：高熱值煤比低熱值煤可提高鍋爐效率5-8%以上。再就是對受熱面的磨損少，延長鍋爐運行周期。這一煤種的缺點就是灰濃度偏低，可以用鍋爐飛灰再循環節能系統進行補充，可大大提高鍋爐效率。

煤的熱值與鍋爐效率的關系如下圖示：

鍋爐熱效率（%）

                                   低位熱值（Mj/kg）

二、鍋爐飛灰再循環節能系統的節能機理

人們普遍認為鍋爐飛灰再循環節能系統之所以節煤，是將飛灰中的含碳量重新燃燒利用，這只是事物的一方面，因為實驗證明50-100um的細灰在爐膛內燃燒極不充分，又由于分離器分離效率的原因，這部分灰大部分到除塵器中才被分離出來，這些灰含碳量偏高，仍有利用價值，況且它們粒徑極小，表面積比大顆粒大得多，有利于傳熱，對受熱面的磨損可以忽略不計。

鍋爐飛灰再循環節能系統另一個作用，就是相對提高了鍋爐分離器的效率，從而提高爐膛內的灰濃度，進而提高了傳熱系數，增加鍋爐負荷，達到節煤的目的。這一點已被實踐所證明。例如匯豐石化自備電廠130t/h循環流化床鍋爐，所用燃料為煤和石油焦，未使用此節能系統前的飛灰含碳量為22%左右，使用此節能系統后節煤率為7.8%，飛灰含碳量降為8.4%左右。單純從飛灰含碳量的下降來計算節煤率僅為2%左右，為什么實際鍋爐節煤率為7.8%呢？其原因就是彌補了石油焦灰量少的問題，此系統增加了爐膛的灰濃度，提高了傳熱系數，達到節能的效果。

三、系統特性

1.        首次提出 “提高鍋爐循環倍率自動控制到最佳經濟灰濃度”的理念，把鍋爐除塵器下的煤灰有選擇性的輸送至爐膛內部，利用煤粉濃度控制器，控制爐膛煤粉的合理經濟濃度，進而提高了傳熱系數，增加鍋爐熱效率，達到節煤的效果。

2.      該系統以二級灰斗下灰為主，一級灰斗下灰為輔，以達到最佳回灰效果。選擇二級灰斗的原因一是顆粒度在100um以下有利傳熱，試驗證明，灰粒直徑越小而傳熱系數越大；二是含碳偏高，利用價值高。

3.      本節能系統經過多次試驗，最終進灰口選為爐體的下二次風口，優點是增加飛灰在爐膛的燃燒時間。

4.      本系統投資少，見效快，回報率高。其節能效果十分明顯，鍋爐提高循環倍率后，其節煤率能達到3-5%，除了節煤效果外，本系統還有減少環境污染的作用，一是鍋爐用煤量少，污染物減少了；二是提高了爐內脫硫劑的脫硫效果，節約脫硫成本。

四、電廠應用：

在循環流化床鍋爐上已投入使用的節能系統節能效果如下：

1.淄博晨光熱電公司：

淄博晨光熱電有限公司在三臺75t/h鍋爐安裝了“鍋爐飛灰再循環節能系統”，已穩定運行近六年之久。至2012年檢測，三臺爐產汽耗標煤量分別為：節能系統投入前噸蒸汽耗煤量118.2千克，節能系統投入運行后噸蒸汽耗標煤量113.3千克，噸蒸汽節約標煤4.9千克。該公司2012年共生產蒸汽62.2萬噸，耗標煤7.05萬噸，未投入此節能系統前耗標煤7.35萬噸，2012年全年節約標煤3000噸。

2. 山東東岳氟硅材料有限公司：

山東東岳氟硅材料有限公司熱電車間已于2007年，在一臺240t/h鍋爐和三臺130t/h鍋爐上安裝了“鍋爐飛灰再循環節能系統”，經過檢測，四臺鍋爐平均每噸蒸汽耗標煤量分別為：節能系統投入前112.5千克，節能系統投入后106.4千克，每噸蒸汽節約標煤6.1千克。該公司全年每臺爐平均運行6000小時，鍋爐平均負荷300t/h（兩臺爐），2012年全年節約標煤21000噸。

3.淄博周北熱電有限公司：

周北熱電有限公司四臺130t/h鍋爐均已安裝“鍋爐飛灰再循環節能系統”，每年每臺鍋爐平均利用6650小時，平均負荷128t/h，全年產蒸汽341萬噸，全年消耗標煤37.4萬噸，在未用節能系統前消耗38.74萬噸標準煤，所以2012年全廠全年節約標煤1.34萬噸。

4.山東匯豐石化集團有限公司熱電廠：

山東匯豐石化集團有限公司已在一臺130t/h鍋爐和兩臺75t/h鍋爐上安裝了“鍋爐飛灰再循環節能系統”，經過檢測，三臺鍋爐平均每噸蒸汽耗標煤量分別為：節能系統投入前117.8千克，節能系統投入后110.4千克，每噸蒸汽節約標煤7.4千克。該公司全年每臺爐平均運行6340小時，鍋爐平均負荷165t/h（兩臺爐），全年生產蒸汽104.6萬噸，2012年共用標煤11.5萬噸，生產同樣蒸汽在不使用該節能系統時每年需耗標煤12.32萬噸，年節約標煤7700噸。

2012年四家企業14臺鍋爐安裝使用“鍋爐飛灰再循環節能系統”，全年節約標煤合計4.5萬噸，節約資金3600余萬元。節能的同時也減少了污染物的排放量，按淄博市四家企業節約燃煤4.5萬噸計算，可減少SO₂排放量325噸，減少氮氧化物排放量158噸。

節能系統效益分析

一、安裝節能系統的必要性

節約能源是國家的政策方針，也是企業提高經濟效益的必由之路。當前運行的循環流化床鍋爐，盡管技術成熟，運行情況穩定，但煤灰可燃物偏高，大多在10-25%以上，節能潛力巨大。節能系統可以將電除塵器下來的煤灰重新送回爐膛進行二次燃燒，提高鍋爐的循環倍率，達到節約燃煤的目的。目前該技術己被多家電廠采用，均收到良好效果，節煤效果一般在3%以上。

二、經濟效益分析

循環流化床鍋爐的傳熱方式之一是靠循環灰傳熱，投入節能系統后增加了循環倍率，使鍋爐內的傳熱大大增強，提高了熱效益，達到節煤效果。

三、各爐型節能效益分析表：