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锅炉配烧炉渣试验效果及对有关问题的探讨

发布时间：2011/1/15 阅读次数：1287 字体大小: 【小】【中】【大】

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摘要锅炉配烧氧化铝厂煤气站炉渣是中州分公司打造循环经济、建设资源节约型企业工作中的一项创举，通过不断地摸索与试验，目前已实现5台锅炉全部配烧煤气站炉渣、每天盘进热电厂炉渣全部使用完的目标。文章对炉渣配烧试验情况进行了总结，对与之相关的7个方面的问题进行了探讨，指出了应用远景，为进一步做好炉渣配烧、增强综合效益提供了技术参考。

关键词锅炉；炉渣；余热利用；应用远景

1 锅炉配烧煤气站炉渣试验效果

1.1 煤气站炉渣的余热利用

煤气站因工艺技术的限制,所用无烟块煤不能够充分燃烬，每月大约4000—5000吨，以往都是廉价卖向社会。使用炉渣的主要目的是吸收其蕴涵的热量。根据化验，炉渣煤中的可燃物含量平均为37.1%，按锅炉飞灰可燃物平均为20%估算，有17.1%的可燃物可得到余热利用，这相当于1000t炉渣中有170t纯煤（未考虑煤质变化对排烟温度、电耗等指标的影响，另外炉渣含碳量经过测定通常在8%以下，由于其不到炉灰总量的10%，这里略去不计）。炉渣余热利用确实大有可为。

1.2 配烧前后的小指标变化

配烧煤气站炉渣是一个循序渐进的试验过程。开始是15份烟煤配1份炉渣，只在2#锅炉上应用，后来是9份烟煤配1份炉渣，在5台锅炉上全面推广，做到了安全有序、步步推进。下表1为配烧前后主要经济技术指标变化情况。

表1

指标	单位	3台150t/h 锅炉平均		2台220t/h 锅炉平均		备注
指标	单位	烧炉渣前	烧炉渣后	烧炉渣前	烧炉渣后
锅炉负荷	t/h	124	128	212	209
磨煤机每班运行时间	h	5.69	6.41	6.5	6.25	双磨
煤粉细度	%	7.5-9	7.5-9	8-9	8-9
平均飞灰可燃物	%	23.37	20.18	17.17	17.04
平均排烟温度	℃	144	145	142	137
入炉煤平均灰份	%	22.75	24.83	22.41	24.21
入炉煤平均挥发份	%	11.10	10.59	9.55	10.11
吨蒸汽煤耗	kg/t	142.80 (6月份未烧炉渣平均)		140.06 (8月份烧炉渣平均)		皮带称计量值
吨蒸汽电耗	Kw.h/t	15.04 (6月份未烧炉渣平均)		14.63 (8月份烧炉渣平均)		车间内部指标

1.3 实际完成煤耗对比

下表2列出了配烧试验过程中锅炉吨蒸汽煤耗的对比变化。

表2

时间	5月份	6月份	7月份	8月份	9月份
吨汽煤耗	134.37	135.39	133.84	132.4	130.9
与计划相比	-0.63	+0.39	-1.16	-2.6	-4.1
与前月相比		+1.02	-1.55	-1.44	-1.5
备注	未配烧炉渣		2#锅炉配烧	1—4#炉配烧	1—5#炉配烧

（单位：t/kg 数据来源：热电厂生产月报）

从中可以看出，锅炉煤耗随着配烧煤气站炉渣用量的加大，呈逐月下降趋势。

1.4 小结

1.4.1 烟煤配炉渣（9：1）对锅炉燃烧的稳定性影响不是很明显。由于受煤质、炉渣质量及配煤均匀度的影响，负荷低时偶尔出现燃烧不稳现象，需要投油稳燃，而在高负荷情况下顶压力有时会遇到困难。如果推广并长期使用，应要求原烟煤质量保持稳定，如灰分应在21%以下，挥发分在10—12%，且煤气站炉渣质量也应保持相对稳定。

1.4.2 由于炉渣配煤后的灰份相对来有所升高，锅炉受热面的磨损问题将愈发突出，势必影响锅炉的运行周期。同时高负荷运行时，主蒸汽温度和排烟温度都会有上升的趋势。

1.4.3 配烧炉渣的效益点在于炉渣含碳量与飞灰含碳量的差值。因此运行上必须着力考虑如何降低飞灰可燃物。配烧炉渣后灰的熔点将会降低，高负荷下过热器、凝渣管处可能会发生局部结焦。

2 对配烧炉渣有关问题的探讨

2.1 锅炉对配烧炉渣煤的适应能力

配烧炉渣煤后，锅炉煤质已大大偏离了设计煤质，表3为对比说明。

表3

工业成份		设计煤质	配烧后煤质	对比说明
固有水分Mad	%	0.62	1.56	升高0.94
灰分Aad	%	16.34	24.52	升高8.18
挥发分Vad	%	11.1	10.61	降低0.49
固定碳FC	%	69.29	63.11	降低6.18
发热量Qgr.v	Mj/kg	约29	25.64	降低3.36

偏离的地方主要是灰分、固定碳和发热量。但相比而言，锅炉对挥发分的变化更为敏感。实际经验表明，灰分增加5—6%，锅炉运行上仍能保持稳定，只不过指标上有所恶化，但挥发分下降2%，锅炉就有灭火的可能。配烧炉渣后，主要改变了煤质的灰分和发热量，挥发分无明显减少，因而锅炉能够做到稳燃。

锅炉对煤质变化的承受总是有一定限度的。配烧炉渣实质上是对入炉煤质量的一次劣化，因此配烧炉渣时烟煤的质量必须要有保证，特别是挥发分。

2.2 炉渣煤与原煤灰份差异的影响

煤气站炉渣的灰分含量通常在60%左右，与原煤灰分最大的不同是，其灰分已经经过了烧熔及熔融，熔融后形成的硅铝质玻璃体极为坚硬和难磨。在随后的燃烧过程中，这部分灰基本上不参与化学过程，只起到吸热、放热以及磨损的作用。

我厂所用烟煤灰分在20—25%之间，包括无机矿物质和金属有机物，硅、铝、铁、钙等元素除了以氧化物形式存在外，还有的以硅酸盐、硅铝酸盐和硫酸盐等多种形态的化合物存在。在燃烧中，原生矿物质分解为简单化合物，随着SO2、SO3、CO2、氯花物等成分析出，在燃烧区域生成新的矿物质并熔化及熔融。

由此可见，炉渣与原煤的灰分在燃烧过程中呈现出不同的特点。炉渣煤灰分的影响不在于造成结焦，而是在于受热面积灰以及磨损。

2.3 球磨机对炉渣煤的混合能力

按照贫煤设计，我厂粗粉分离器的循环倍率为k_xh=2.5，这意味着按照球磨机的出力10t/h来计算，实际制粉系统内部原煤容量为25t/h。

依据天车每斗煤3吨计算，不考虑皮带和原煤仓的混合能力，实际落入球磨机内的最低配比约为21吨烟煤：3吨炉渣，即7：1。在循环过程中，烟煤与炉渣不断地进行混合，最终成为较为均匀的混煤，使锅炉得以稳定燃烧。

如果天车上煤低于烟煤对炉渣=7：1来抓煤，则可能造成炉渣煤较为集中地在球磨机内，混合不均，从而影响细粉的品质，造成燃烧困难。

2.4 炉渣煤对球磨机运行的影响

炉渣煤带来了灰份的增加，由于灰份的密度较大而停留的时间比较长，沉积在球磨机钢球层中不易被气流带走，磨得比较细，并且影响纯煤的磨制，球磨机要做更多的无用功，造成制粉系统运行时间相对延长，钢球消耗量增加。统计表明，目前150t/h锅炉单台球磨机带负荷能力不足90t/h，比设计相比下降了10t/h。

由于灰份更容易被磨制得很细，给煤粉细度的测量造成假象，并且造成均匀性系数下降。煤粉均匀性系数反映了煤粉粒度分布情况，通常球磨机加离心式粗粉分离器制出的煤粉均匀性系数一般为0.8—1.0之间，但目前150t/h锅炉测定出的煤粉均匀性系数均只有0.5左右。

通过对R₉₀=9%左右的煤粉，按照粗粉和细粉分别进行工业化验，发现粗粉与细粉在固有水分、挥发份上相差不大，但灰份、固定碳及发热量差异明显：粗份灰份平均比细粉低5.04%，粗粉含碳量平均比细粉高5.13%，粗粉发热量平均比细粉高1821 kj/kg。

煤粉越粗，灰份含量越低，可燃组分越高，热值也越大，但这种现象对煤粉的燃烬是不利的。因为颗粒越大就越需要更长的燃烧时间和足够的氧量，因而越难烧透。实际运行中，粗粉是造成飞灰可燃物升高的内在原因。当然，风量、风粉配比、炉内空气动力场、负荷等外部因素也很关键。

2.5 配烧炉渣后过热器积灰结焦问题

配烧炉渣前后，煤质情况略有变化，根据7、8月份的对比，灰份含量从23.43%提高到24.52%，发热量从26.03Mj/kg下降到25.64Mj/kg。灰份的增加使着火吸热量增加，燃烧稳定性变差，煤粉燃烬点推迟，在凝渣管和过热器处有可能发生二次燃烧，特别是风量不足时。由于凝渣管、过热器处积灰，吸热能力下降，局部将因二次燃烧而结渣，甚至有可能导致管壁超温而爆管。

1、3#锅炉凝渣管出现过结渣现象，但尚不能明确归因于配烧炉渣。一是锅炉长期以来存在明显的氧量不足问题，局部强烈的还原性气氛易导致结焦的发生；二是没有对煤气站炉渣的化学成份进行化验，无法分析其是否存在降低灰融点诱发结渣的内在因素。但配烧炉渣后灰分的增加肯定会加重受热面的沾污与积灰，所以锅炉装备吹灰装置至关重要。

2.6 配烧炉渣后对受热面的磨损问题

受热面的磨损与灰量、灰的磨损特性、灰粒速度和烟气温度等因素有关。一般认为，随着煤中灰分含量的增加，磨损速度将呈指数关系迅速增大。配烧炉渣后，受热面的磨损将是一个长期的隐患。

为减轻磨损，一个很重要的手段是控制烟气流速。考虑到锅炉运行中由于速度场和灰粒浓度场不均匀，烟气平均速度要控制在6—9m/s。我厂150t/h锅炉低温过热器（11.3m/s）、高温省煤器（10.5m/s）、高温预热器（14.4m/s）烟气流速均远超这一值。如因积灰形成烟气走廊，磨损问题将更为突出。

受热面的磨损状况需要停炉才能检查出，但磨损通常是成排成片的，壁厚减薄的范围广，一旦检修工作量很大。

2.7 配烧炉渣后对电收尘运行的影响

根据烟尘量通用计算公式，原煤灰分从23.43%提高到24.52%，飞灰可燃物含量保持19.5%时，每台150t/h锅炉烟尘量将从4.07t/h提高到4.27t/h，提高了4.9%。这意味着灰分每增加1%，电收尘收烟尘量将增加3.8%。

同样的计算表明，煤质不变，飞灰可燃物每增加1%，烟尘量将增加0.6%。

相比而言，煤质灰分的影响是主要的，但飞灰可燃物含量剧烈波动时，对电收尘进口烟尘量的影响也不可小视。

事实上，影响电收尘性能效率的主要因素是粉尘比电阻，一般在10⁴—5×10⁵Ω·cm为好。应定期测定现有煤质条件下的粉尘比电阻，以确保电收尘处于最佳运行工况。

3 应用远景

3.1 配烧煤气站炉渣后锅炉运行基本稳定，指标变化不大，吨汽煤耗稳中有降，表明该循环节能项目切实可行。通过在管理上、运行上、技术上的层层把关，该项目有望取得杜绝废渣外排、增加年效益百万元以上的成绩，并与电收尘收干灰项目结合起来，继而成为打造循环经济、建设资源节约型企业的亮点。

3.2 在管理层面上，锅炉配烧炉渣需要解决烟煤质量的充分保证、火车进煤不影响配比等问题。

3.3 在运行层面上，必须考虑如何优化燃烧以降低飞灰可燃物，使得炉渣效益最大化。其中解决150t/h锅炉送风量不足的问题十分关键。

3.4 在技术层面上，主要是混炉渣后的受热面磨损问题。在灰份大幅超过设计标准的目前，尽快恢复150t/锅炉吹灰装置尤显紧迫和必要。■

[主要参考资料]

1. 童有武，锅炉安装调试运行维护实用手册，北京：地震出版社，1999。

2. 李青，公维平，火力发电厂节能和指标管理技术，北京：中国电力出版社，2006。

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