火电厂，锅循环流化床锅炉的飞灰特性分析？

【专家解说】：">飞灰再循环系统是循环流化床锅炉中的辅助系统之一，目前在循环流化床锅炉上的应用还较少。国内只有石家庄热电厂、保定热电厂、内江高坝电厂等少数几个电厂的100MW等级循环流化床锅炉应用了此技术，石家庄热电厂4×410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统由西南电力勘测设计研究院设计，主要设备选用上海某合资企业的产品，目前2台锅炉(含飞灰再循环系统)已顺利移交电厂生产部门。 
　　1　系统简介  　　石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统(见图1)主要由压缩空气系统、灰仓系统、仓泵系统、输送管路系统、控制系统5部分组成。压缩空气从电除尘器一电场就近的对应压缩空气母管接入。灰仓系统包括1座D2.6m容积为12m3的尖底型中间灰仓，仓底设4个气化箱，库顶设1个MD-6B型脉冲反吹式布袋除尘器和1个VPC273—1B型压力真空释放阀。仓泵系统主要是SBT—1.5型上引式仓泵(配有排气蝶阀、进料蝶阀、预关蝶阀等设备)。输送管路系统由TSE—200型罗茨风机、空气电加热器、无级调速可锁气给料机、PV—10型文丘利喷射泵、手动插板门、手动蝶阀、电动蝶阀及2级输送管路组成。控制系统采用PLC(可编程控制器)作为控制源，对各继电器、电磁阀和指示灯等进行控制，整个系统装于1个自动控制箱和2个手动控制箱，所有按钮、开关、指示灯、仪表均装于各控制箱的面板上，通过就地指示灯对控制对象进行控制，同时还有较完整的保护与故障处理体系，当系统中有一元件发生故障时，发生在该系统的报警灯亮，蜂鸣器会发出声响，系统另设有与电厂分散控制系统(DCS)接口，可在电厂DCS上监测现场输送系统的状态信息，并实现实时操作。   　　飞灰再循环系统采用2级气力输送方式，第1级是将飞灰从电除尘器一电场灰斗侧面(在灰斗出料口侧部开孔，安装排料管)经手动、电动碟阀排入上引式密相流态化仓泵，仓泵系统自动按顺序打开排气蝶阀、进料蝶阀、预关闭蝶阀后开始加料。仓泵加满料后料位计会自动发出料已装满的信号，系统又自动按顺序关闭预关闭蝶阀、进料蝶阀、排气蝶阀，加料完毕进入待输送状态。系统满足输送条件时，一次气底进气电磁阀工作，压缩空气进入仓泵对仓泵内物料进行加压和初步流化(一次气上进气由手动球阀控制，可根据实际输送情况决定手动球阀的开启大小或不开启)；仓泵内部压力上升达到启泵压力时(约0.3MPa)，打开二次气进气电磁阀，同步打开脉冲袋式除尘器的控制电源和脉冲电磁阀，除尘器进入工作状态，接着打开出料球阀，系统进入输送状态，仓泵内飞灰在压缩空气的流化、推动下气固两相物料经管道进入灰仓，由设在仓顶的MD—6B型脉冲反吹袋式料仓除尘器进行气固分离，干净空气排至大气，分离后的飞灰存储在中间灰仓内，此段输送距离约60m，提升高度约20m，灰气比为15kg/kg，输送压力一般在0.25-0.30MPa，此2个压力值由总进气管上的2个诺冠调压阀进行调整。仓泵内的压力开始下降至约0.03MPa时，说明仓泵内的物料已基本送完；一次进气电磁阀关闭停止进气，二次气对输送管道内剩余的粉料进行吹扫，延迟5-10s后，泵内压力接近输送管的空管阻力时，关闭二次进气电磁阀，输送过程结束；第2级是飞灰通过中间灰仓下的无级调速旋转给料阀进入文丘利喷射泵，再由罗茨风机产生的压头为0.5kPa的高压风从锅炉两侧墙送回炉膛再次燃烧，输送距离约30m，灰气比为5kg／kg。第1级输送系统有A、B2台仓泵，分别接电除尘器一电场的A、B灰斗，每台仓泵的输送流程是一样的，在整个输送过程中，A、B2台仓泵不能同时进行输送物料，而是交替进行输送，即A仓泵在输送时，B仓泵如满足输送条件，也只能进入等待状态，待A仓泵输送完毕后B仓泵才能进行输送，依次不断循环。输送过程中的压力由压力变送器进行实时监控。在中间料仓上配有真空压力释放阀，当料仓内气压超过或低于真空压力释放阀设定的压力范围时，真空压力释放阀会自动打开进行压力泄放，以保证中间料仓的安全。 
　　2技术分析 
　　2.1　技术评价  　　石家庄热电厂2台410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统的调试较顺利，这主要有2方面原因：(1)飞灰再循环系统采用的气力输送技术近几年在我国火电厂除灰系统得到了大量应用，其技术较成熟，气力输送的主要影响因素是输送距离、物料粒径和系统出力，对长距离、宽筛分颗粒输送的难度较大，石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统最长输送距离仅约60m(气力除灰系统的管道通常为几百米)，而飞灰本身就是在炉膛内经气力分选出的细小颗粒，在锅炉尾部烟道空气预热器下部转向处又进行了一次惯性分离，使电除尘器一电场收集的飞灰颗粒较均匀、稳定，同时飞灰再循环系统出力相对较小，且灰气比较低，降低了堵管的几率，所以循环流化床锅炉的飞灰再循环系统只是气力输送技术最简单的应用。(2)调试中飞灰再循环系统的设备除更换了个别电磁阀线圈、程控扩展模块、空气过滤器的过滤筒和部分连接导线外，其余均运转良好，可*的设备质量也是飞灰再循环技术成功应用的保证。应指出的是：飞灰再循环系统的使用必然会影响到循环流化床锅炉炉膛内物料筛分特性和燃烧特性，因此飞灰再循环系统投运后应适当增加锅炉底渣的排放量。 
　　2.2　存在的问题 
　　石家庄热电厂410t／hCFB锅炉飞灰再循环系统存在如下问题：(1)控制系统只设置了就地(9m平台)操作控制箱，未接入主控室DCS，使运行人员无法监控飞灰再循环系统的运行情况和在主控室启停飞灰再循环系统。(2)罗茨风机的控制未纳入飞灰再循环系统PLC的控制程序，增加了启停飞灰再循环系统的操作步序，同时未考虑罗茨风机事故跳闸的保护，罗茨风机跳闸后旋转给料阀仍在运行，使输灰管堵塞严密，所以罗茨风机跳闸后应联锁旋转给料阀跳闸并使仓泵系统停止输送处于等待状态。(3)飞灰再循环系统在DCS上无监控信号，因此循环流化床锅炉的联锁没有包含对飞灰再循环系统的联锁，由于飞灰再循环系统送入炉膛的是冷气固两相流体，所以循环流化床锅炉主燃料跳闸(MFT)后应联锁罗茨风机和叶轮给粉机跳闸。以上问题均是由于飞灰再循环系统应用较少缺乏经验所致，在投产后的逐步完善过程中完全可解决。  　　3经济性分析 
　　3.1　降低飞灰含碳量，提高燃烧效率 
　　循环流化床锅炉增设飞灰再循环系统是为降低飞灰中过高的含碳量，国内投运的飞灰再循环系统很少，仅西安热工研究院对内江高坝电厂410t／hCFB锅炉做过整体测试：内江高坝电厂飞灰再循环系统改造后，飞灰再循环灰量由1.38kg／s增到2.00kg／s，飞灰含碳量由15-17降至13，锅炉燃烧效率由95.8提高到96.9，所以内江高坝电厂投运飞灰再循环系统能降低飞灰含碳量6.5—13，按年运行5500h和飞灰含碳量降低10计算，锅炉投运飞灰再循环系统可节约标准煤4582t／年(燃用设计煤种)。从内江高坝电厂实践经验看，飞灰再循环倍率决定飞灰再循环系统的应用效果，内江高坝电厂循环流化床锅炉飞灰再循环倍率改造后为0.145，石家庄热电厂循环流化床锅炉燃用煤种与内江电厂类似，飞灰再循环倍率为O.161，所以石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统在降低飞灰含碳量、提高燃烧效率方面均有良好的效果。 
　　3.2　可节约大量石灰石  　　循环流化床锅炉在正常投运石灰石的工况下，飞灰再循环不仅是飞灰的回送再燃烧，还可实现未反应的CaO的回送再利用，表1为有关资料给出的某CFB锅炉底渣和飞灰中与钙元素有关的成分，由此可计算出在飞灰和底渣中的CaO含量之比为2.08：1，即CaO的68含在飞灰中。石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统设计出力为6-12t／h，锅炉燃用设计煤种总飞灰量为9.326t／h，电除尘器一电场能收集81的飞灰，飞灰再循环系统可将电除尘器一电场全部飞灰送回炉膛，其设计的飞灰量：底渣量=2：1，所以在炉膛未反应的CaO有54左右被再次利用，石家庄热电厂410t／hCFB锅炉石灰石消耗量为4.78t／h(Ca／S=2.3)，按未反应的Ca050回送率计算，在保持炉内钙硫摩尔比不变的情况下，入炉石灰石含钙量与入炉煤含硫量的摩尔数之比可降为Ca／S=1.6，即每台CFB锅炉可节约石灰石1.45t／h，每台炉年运行小时数为5500h，使每台炉年节约石灰石7975t，合格石灰石粉售价约为100元／t，故飞灰再循环系统投运后每台炉节约石灰石创造的经济效益约为79.75万元／年。  　　表1
　　某CFB锅炉灰渣特性
　　   
　　3.3　飞灰再循环系统的初投资及运行成本  
　　石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉飞灰再循环系统造价为27.5万元／套(不含空气压缩机系统和储气罐)，运行主要耗能设备包括罗茨风机(45kW)、空气电加热器(20kW)、旋转给料阀(1.5kW)及压缩空气耗能。第1级输送系统灰气比为15kg／kg，石家庄热电厂410t／h循环流化床锅炉最大飞灰再循环量为10.46t／h(系统设计最大出力为12t／h)，故在压缩空气压力为0.7MPa时飞灰再循环系统最大耗气量为0.7t／h，即1.29m3／min，按空压机比功率6.0kW·min／m3计算，第1级输送系统消耗功率为7.74kW，所以石家庄热电厂飞灰再循环系统运行中消耗总电功率仅为74.24kW。 
　　3.4　经济性评价  　　飞灰再循环系统在降低飞灰含碳量和节约石灰石方面都有显著的经济效益，而且初投资和运行成本很低。但目前飞灰再循环系统在我国循环流化床锅炉上应用很少，其原因是：(1)我国投产的220t／h以上大型循环流化床锅炉还较少，中小型循环流化床锅炉多用以燃烧劣质煤，而飞灰再循环系统在降低飞灰含碳量方面更适合于燃用高发热量难燃煤种的循环流化床锅炉。(2)我国对排放SO2的环保政策尚未完全到位，国内循环流化床锅炉几乎没有运行时正常掺烧石灰石的，使其节约石灰石的效益无法显现。飞灰再循环系统节约石灰石的作用相对于降低飞灰含碳量的作用更普遍适用于各种容量的循环流化床锅炉。  
　　4　结束语  
　　飞灰再循环系统应用于循环流化床锅炉技术上是可行的，并具有良好的经济效益。随着新的《排污费征收使用管理条例》于2003年7月1日正式实施，火电厂SO2排放由超标收费改为总量收费，会对循环流化床锅炉飞灰再循环技术的推广应用起到积极的推动作用。