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75t/h迴圈流化床鍋爐飛灰回燃技術改造
劉昀1 劉敬東2 崔永平2 劉德昌3
摘要本文介紹和總結了石家莊永泰熱電廠75t/h迴圈流化床鍋爐飛灰回燃技術改造措施和改造所取得的技術效果和經濟效益。兩台鍋爐改造之後，爐內平均燃燒溫度、回料溫度提高，飛灰含碳量明顯降低，鍋爐熱效率平均提高了5~10個百分點。回燃系統改造費用為6.
54萬元。改選後年節煤費用約為180萬元。不到半個月可全部收回改造費用。
一、前言
石家莊東方集團永泰熱電廠3號、4號鍋爐系無錫鍋爐廠生產的ug-75/3.82-m29中溫中壓迴圈流化床鍋爐。鍋爐燃用山西榆次，孟縣貧煤。
鍋爐自2023年10月投運以來，一直達不到設計熱效率，飛灰含碳量高達40%，嚴重影響了電廠的經濟效益。為了降低飛灰含碳量，提高鍋爐熱效率，永泰熱電廠為3號、4號鍋爐增加了飛灰回燃系統，把電除塵器一電場的灰通過灰輸送系統送回燃燒室迴圈燃燒。改造之後鍋爐執行實踐證明：
電除塵灰迴圈燃燒，加大了灰迴圈量，降低了燃燒室上下粒子濃度差和溫度差。提高了燃燒室出口溫度和回料溫度，改善了飛灰燃燼效果，顯著降低了飛灰含碳量，提高了鍋爐熱效率。鍋爐飛灰回燃技術改造取得了顯著的技術成果和經濟效益。
二、迴圈流化床鍋爐飛灰含碳量高的原因分析及技術改造方向
迴圈流化床鍋爐飛灰含碳量高的原因與許多因素有關。如煤的性質、和粒度分布，煤的熱破碎特性，燃燒溫度，分離器的收集效率，給煤和給氧的均勻性，燃燒室高度，飛灰的迴圈倍率等。一般來說：
煤的揮發分高，飛灰含碳量低。相反的煤的揮發分低，飛灰含碳量高。煤的尺寸為顆粒的飛灰含碳量最高。
煤的燃燒反應速度，燃燼時間與溫度的關係如下式所示：
式中：tb為燃燒溫度，dp為煤粒子直徑。
從上式看出，燃燒溫度公升高，燃燼時間縮短。燃燒溫度的提高對降低飛灰含碳量是十分有利的。分離器的收集效率越高，飛灰的含碳量越低。
給煤和給氧的均勻性好，飛灰的含碳量低。燃燒室高度與鍋爐容量有關。220t/h以上的迴圈流化床鍋爐，燃燒室高度一般能保證細煤粒在燃燒室內的停留時間等於或大於5秒，這對一次通過燃燒室不能被分離器收回下來的細煤粒燃燼是有利的。
但75t/h蒸發量以下的迴圈流化床鍋爐，因燃燒室高度小於30m，往往不能滿足一次通過燃燒室的細煤粒燃燼時間的要求，飛灰含碳量高。飛灰的迴圈倍率高，飛灰含碳量低。一般要求飛灰迴圈倍率為3~8。
對揮發分高，易燃燼的煤，飛灰迴圈倍率取小值。對難燃燼的揮發分低的煤，飛灰迴圈倍率取高值。
永泰熱電廠3號、4號迴圈流化床鍋爐燃用貧煤，屬難燃燼煤種。加上燃燒室出口溫度比燃燒室下部溫度低250℃，受燃燒室平均溫度不高的限制，燃燒反應速率不高，導致飛灰含碳量高。另外，3號、4號迴圈流化床鍋爐採用的是方形水冷分離器，對飛灰的收集效率不高，導致了飛灰含碳量高。
75t/h迴圈流化床鍋爐燃燒室高度一般都小於30m，一次通過燃燒室的細煤粒的停留時間短，小於它的燃燼時間，結果造成飛灰含碳量高。
考慮對鍋爐結構不大改，即燃燒室高度不變，分離器形式不改，從而能做的是將電除塵器一電場飛灰送入燃燒室內迴圈燃燒。這能達到加大飛灰迴圈量，提高燃燒室出口溫度，回料溫度和使一次通過燃燒室，而不能被方形水冷分離器收集下來的細煤粒多次迴圈燃燒，從而達到降低飛灰含碳量，提高鍋爐熱效率的目的。
三、飛灰回燃方案選擇
永泰熱電廠3號、4號鍋爐原配置有飛灰底飼回燃系統。但因飛灰物料不能克服床層的阻力，系統一直不能正常執行。
永泰熱電廠利用鍋爐原有的氣力輸灰系統，對飛灰回燃提出了三種可能的改造方案：
1．飛灰利用氣力輸灰系統送到爐前後，通過布風板，從底部送入燃燒室。原有裝置及系統大多能利用。但是飛灰物料是否能克服床層阻力噴入燃燒室底部（即原有的飛灰底飼燃燒方式）沒有把握。
2．第二種方案是將飛灰送到爐前後，通過噴咀從二次風口送入燃燒室燃燒。此方案改動工作量也不大，缺點是管路系統磨損嚴重。
3．第三種方案是將飛灰送到爐前緩衝倉（原石灰石倉）後，再通過螺旋絞龍送入爐前落煤管，與煤一起落入燃燒室燃燒。此方案改造也不複雜。另外，熱灰與煤混合一起經落煤管落入燃燒室，對煤有乾燥，預熱作用。
這對避免煤顯發生堵塞有好的作用。
永泰熱電廠經過對上述三種方案的比較，最後確定了第三方案作為改造實施方案。
四、飛灰回燃技術改造方案簡介
首先將電除塵器第一電場的除塵灰，利用原有的氣力輸灰系統和倉幫浦將其輸送到緩衝倉（原有石灰石倉）。氣、灰經布袋除塵器分離後，再通過緩衝倉下面的螺旋絞龍將其送到落煤管，與煤混合後一起落入燃燒室迴圈燃燒（見圖1）。
圖1 電除塵器第1電場除塵灰回燃系統
五、改造前後執行工況對比
表1列出了鍋爐改造前後的執行工況對比。
表1 鍋爐改造前後執行工況對比
序號工況 3號鍋爐 4號鍋爐
改前改後改前改後
1 負荷(t/h) 8.1 82 81.9 81.5
2 蒸汽壓力(mpa) 3.47 3.48 3.49 3.44
3 主汽溫度℃ 440 441 438.1 446.5
4 爐膛出口煙氣溫度℃ 760 865 754.3 873.9
5 回料溫度 863.5 962.3 871.6 950.2
6 爐膛下部溫度℃ 1000.6 1000.3 1009.4 995.6
7 排煙溫度℃ 140 142.5 138 139.2
從表1看出：
鍋爐改造前後的蒸發量和蒸汽壓力，溫度沒有大的變化。能達到設計蒸發量和設計蒸汽引數。
改造後爐膛出口煙氣溫度大幅度提高。3號鍋爐從760℃提高到865℃，提高了105℃。4號鍋爐從754.
3℃提高到873.9℃，提高了119.6℃。
爐膛出口煙氣溫度的提高，對煤粒燃燼是十分有利的。
改造後回料溫度也有大幅度提高。3號鍋爐從863.5℃提高到962.
3℃，提高了98.8℃。4號鍋爐從871.
6℃提高到950.2℃，提高了78.6℃。
回料溫度的提高對碳粒的燃燼提供了十分有利的條件。
燃燒室下部溫度改造前後變化不大。
排煙溫度變化不大。
執行工況對比說明：電除塵器一電場的飛灰回燃，提高了燃燒室出口煙氣溫度和回料溫度，縮短了碳粒的燃燼時間，對碳粒特別是細小碳粒的燃燼是十分有利的。
六、鍋爐飛灰回燃改造前後飛灰含碳量變化
表2 鍋爐改造前後飛灰含碳量對比
專案 3號鍋爐 4號鍋爐
改造前改造後改造前改造後
飛灰含碳量% 42.5 20.0 43.3 21.8
從表2資料看出：
● 3號鍋爐飛灰回燃改造後，飛灰含碳量降低了22.5個百分點。飛灰含碳量從改造前的42.5%降到20.0%。
● 4號鍋爐飛灰含碳量從改造前的43.3%降到21.8%，降低了21.5個百分點。
結論：飛灰回燃改造對降低飛灰含碳量取得了顯著的效果。
七、鍋爐改造前後正反平衡熱效率測定資料
表3 鍋爐飛灰回燃改造前後熱效率資料對比
專案 3號鍋爐 4號鍋爐
改造前改造後改造前改造後
正平衡熱效率% 76.2 86.0 80.0 85.0
反平衡熱效率% 77.7 87.3 79.2 88.7
從表3看出，兩台鍋爐經飛灰回燃改造之後，鍋爐熱效率均得到較大的提高。
● 3號鍋爐飛灰回燃改造之後，正反平衡平均熱效率從76.95%提高到了86.65%，提高了9.7個百分點。
● 4號鍋爐飛灰回燃改造之後，正反平衡平均熱效率從79.6%提高到了86.85%，提高了7.25個百分點。
八、鍋爐改造的經濟效益
經測試和計算得鍋爐飛灰回燃改造後，兩台鍋爐年節約原煤10615噸。每噸煤按175元計算，年節約資金為185.5萬元。
鍋爐飛灰回燃改造費用見表4。
表4 改造費用明細表
材料**（萬元） 備註
螺旋給料機 3 2臺
鋼材 2 鋼管等
變頻器 0.74 螺旋給料機用
熱工儀表等 0.8 線、纜等
合計 6.54
年節約煤資金為185.8萬元。改造費用為6.54萬元。不到半個月可全部收回改造費用。
九、結論
● 鍋爐飛灰回燃改造取得了顯著的技術成果和經濟效益，達到了預期效果。
● 燃燒室出口煙氣溫度和回料溫度提高了近100℃，對改善碳粒燃燼，降低飛灰含碳量是十分有利的。
● 飛灰含碳量下降了20%個百分點。
● 鍋爐熱效率提高了7到9個百分點。
● 改造費用低，經濟效益顯著，不到半個月執行就可收回改造的投資費用。
引數文獻
[1] 劉德昌, 閻維平主編. 流化床燃燒技術. 北京, 中國電力出版社. 2023年.
[2] 劉德昌主編. 流化床燃燒技術工業應用. 北京,中國電力出版社, 2023年.
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