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1、 658飞灰密相底饲技术 在全烧石油焦 CFB 锅炉中的应用 飞灰含碳量高解决办法 郑伟军 徐耀邦 李斌红 谢可君 顾黎东 （镇海炼化公司公用工程部，机动处，生产处，综管处） 摘 要：镇海炼化第二热电站二台全烧石油焦 CFB 锅炉，飞灰碳含量自 1999 年投入运行以来一直居高不下，严重影响了锅炉安全经济运行。2003 年，利用东南大学飞灰底饲技术将 CFB 锅炉电除尘器一电场收集的飞灰回送 J 阀密相区，实现飞灰回燃，使飞灰含碳量明显降低，本文具体分析了飞灰含碳量高的原因及使用飞灰再循环系统后取得的效果。 关键词：石油焦 飞灰再循环 含碳量 循环流化床 1 概述 循环流化床是八十年代发展起来
2、的新一代流化床锅炉，具有炉内燃烧效率高和低污染物排放的特点：床内具有很大的热容量，床内混合好，燃料适应性强；循环流化床的运行温度为 850900，燃料燃烧过程进行炉内脱硫，降低 SO2的排放；循环流化床采用低温分段送风燃烧，使燃烧在低的过量空气系数下运行，从布风板到炉膛出口的燃烧气氛从还原性气氛过度到氧化性气氛，有效降低了 NOx 的生成与排放； 循环流化床内高的循环物料， 强化了炉内传热， 锅炉负荷适应范围广，在 40%MCR 下仍能不加辅助燃料保持稳定燃烧。 镇海炼化公司公用工程部 2 台 220t/hCFB 循环流化床锅炉， 从美国 FOSTER WHEELER 公司 （以下简称 FW
3、公司）引进，1999 年 11 月建成投产。CFB 锅炉以 100%延迟焦化装置副产品高硫石油焦作为燃料，是国内第一次引进全烧石油焦的 CFB 锅炉，在运行过程中具有较好的安全性、经济性、稳定性，但自开工以来，2 台 CFB 锅炉的飞灰含碳含极高，如不加以解决，不仅影响锅炉的安全性和经济性，还因此使飞灰无法综合利用，造成二次环境污染。 飞灰底饲回燃技术是东南大学热能工程研究所研究开发的，在多台无烟煤循环流化床锅炉中得到应用，取得了较好的业绩。飞灰底饲技术即利用电除尘器除下的含碳量较高的的飞灰，利用气力输送设备，把飞灰送入循环流化床锅炉底部密相区，利用密相区物料密度大，温度高，使微粒碳在炉膛内较
4、好的条件下，能得到较好的再次燃烧，同时，未燃烬的碳粒仍能被电除尘器捕捉，再次送入炉膛，这样，大大降低了飞灰含碳量 6592 现状 飞灰碳含量高一直是困扰 CFB 锅炉安全经济运行的一个技术难题，通过三年的运行，我们积累了不少相关经验，但由于一些客观原因的制约，至今二台 CFB 锅炉的飞灰碳含量仍很高。表 1 为三年来的飞灰碳含量。 表 1 锅炉飞灰含碳量 % 日期 1#炉 2#炉 2000 年 42.52 28.2 2001 年 35.56 23.24 2002 年 42.69 26.61 二电站两台 220T/hCFB 锅炉，飞灰碳含量在 40%左右，最大时可能达到 50%以上，严重影响了锅
5、炉的热效率， 降低了二电站的经济效益， 同时因飞灰的可燃性好， 也严重影响着锅炉的安全运行。为解决这些问题我们作了一些努力，包括工艺参数调整、造粒试验、掺烧碳黑试验等。根据目前状况，单一靠调整燃烧工艺，已不可能使目前 40%左右的飞灰含碳量有较大幅度的降低。 3 含碳量高的原因分析 镇海炼化公用工程部 2 台 220t/hCFB 锅炉的燃料均采用 100%炼油延迟焦化高硫石油焦，脱硫剂为石灰石。根据对三年来 CFB 锅炉运行情况的全面分析，认为细颗粒石油焦在 CFB 锅炉炉膛、旋风分离器、J 阀的循环次数不足，引起石油焦燃烧不充分造成飞灰含碳量高，其原因如下： （1）由于石油焦挥发份低，石油焦
6、自燃温度高达 500550，难燃烬，特性与无烟煤相似；一些燃煤 CFB 锅炉在控制热值挥发份比后，飞灰含碳量明显好转，有的还小于 10%，达到飞灰再利用的要求。 （2）炉膛温度低，只有 900，炉膛出口温度只有 800左右，燃烧温度低燃烬条件差。 （3）CFB 锅炉是无焰燃烧，石油焦要经历加热、自燃及完全燃烬过程，完全燃烬时间长。 （4）石油焦水分含量高，为 6%9%，外在水分在炉膛内加热形成的水蒸气易造成石油焦热爆成更细小的颗粒。 （5）石油焦如未经循环，在炉膛中的停留时间一般为 6s（尤其是细颗粒），如果再考虑在旋风分离器及烟道内的停留时间，也不超过 8s。 （6）还有的学者认为：CFB
7、锅炉分段配风的不合理，使局部燃烧区域出现严重的还原区，一定程度地使飞灰含碳量提高。 只要在炉膛出口测量氧量分布情况， 并根据局部的缺氧情况加以解决，可以解决飞灰含碳高的问题。 综合以上认为在较短的时间内，较细的石油焦颗粒未完成完全燃烬而又不能经旋风分离器分离下来，是造成全烧石油焦飞灰碳含量高主要原因，而石油焦的热值挥发份比无法改变，只能通过其它办法解决。 6604 飞灰再循环回燃系统 在飞灰底饲系统前我们还采取了以下措施：（1）通过对运行数据的分析归纳，掌握了热循环回路循环物料量对燃烧效率的关系，通过控制合适的炉膛上部差压，保证炉膛内有足够的细颗粒，即保证炉膛内床料的充满度，这样就增加了石油焦
8、在炉膛内与床料碰撞的概率，提高石油焦在炉膛内的停留时间，从而提高锅炉燃烧效率。（2）调整一、二次风比量，适当增加二次风的比例。二次风增加后，炉膛的二次燃烧得到加强，燃料效率提高。（3）适当增加锅炉氧量，提高石油焦碳与氧接触的概率，从而降低飞灰碳含量。（4）增加播煤风量、增加前后墙二次风配比、增加石灰石量。 （5） 提高床温。 全烧石油焦 CFB 锅炉的床料中 90%以上是氧化钙和硫酸钙， 灰熔点约为 10501150。但提高床温受到炉膛结焦的限制，床温最好不能高于 950，最高不能超过 1000。床温从 900提高到 950，飞灰含碳下降 23 个百分点。（7）利用飞灰作粘结剂对石油焦粉焦进行
9、造粒。通过以上措施，可略微降低飞灰碳含量，但仍无法使飞灰含碳量大幅降低到设计值。 所谓的飞灰再循环系统是把锅炉尾部电除尘器一电场收集的飞灰再送入锅炉的炉膛密相区进行再次燃烧，以减少飞灰中的未燃烧的碳，提高锅炉燃烧效率。为了提高飞灰中碳的燃烧时间，飞灰从锅炉的底部送入，此系统又称为飞灰饲服系统。东南大学热能工程研究所自八十年代中期开始在实验室对流化床锅炉飞灰含碳量居高不下的问题进行了潜心研究， 成功研究开发出飞灰底饲回燃技术。二电站为了降低飞灰碳含量，另外在运行工况上采取了许多方法，参观了嵊州中港热电有限公司飞灰再循环、参阅了化肥厂 CFB 锅炉飞灰再循环系统相关资料。从目前已有的飞灰再循环装置
10、运行情况，此系统运行状况比较良好，飞灰碳含量降低效果比较明显，由此可见降低飞灰含碳量采用飞灰再循环是一可行途径。 据此委托东南大学设计了 220t/hCFB 锅炉静电除尘器电场灰斗出口至 J 阀飞灰回送口之间飞灰循环密相回燃系统。根据二电站两台 CFB 锅炉原来设计，J 阀回料口处原先存在预留口，此处的压力正常运行时在 20KP 以下。每台锅炉各有三个电场，我们可以把一电场除尘器，不经仓泵排至飞灰库，而改道经文丘里管抽吸输送至 J 阀回料口，除去沿程阻力，局部阻力，管道爬升及背压，汽源压力在 0.1MPa 左右即可。大部分飞灰在一电场除去返回至 J 阀，二、三电场除尘输送至飞灰库。这样，飞灰含
11、碳量可以大幅度降低，锅炉效率可以大幅度提高。飞灰的销售，再利用价值也可以提升。锅炉的循环量便于建立，也可使石灰石能起到其本身的真正作用脱硫，而不是主要用来建立循环物料量。 具体方案为：在静电除尘器一电场两个灰斗下部侧面各另开一出灰口，并在下灰管上加两级星型给料机控制回送灰量并防止气源来气向除尘器反串；经一喷射器将飞灰用连续的气力输送送至 J阀预留管的接口处；两路飞灰会合后经由 J 阀送入炉内。一电场原飞灰系统的仓泵，在一定时间间隔内动作一次，将一定量的飞灰排入灰库。为保证两路飞灰系统的独立可操作性，每路飞灰系统由各自所配的罗茨风机提供输送风源，目前采用底渣库及飞灰库的流化风机作为输送风源。为减
12、轻管道磨损，延长其使用寿命，弯头等易磨部位宜采用陶瓷钢铁复合管，其他部位可采用 35SiMn。另外，为适应飞灰循环密相回燃系统控制的需要，设计在一电场灰斗底部新增一料位计。两级星型给料机控制，第一级采用额定给料能力为 6T/H 的变频给料机，第二级采用额定给料能力为 10T/H 的定速给料机。具体见图 1。 6615 飞灰再循环系统投用的综合效果 5.1 飞灰再循环的投用 表 2 飞灰含碳量分析表（w%） 项 目 未投用前（w%） 灰量 （t/d） 投用一台（w%） 灰量 （t/d） 投用二台（w%） 灰量 （t/d） 一电场飞灰碳含量 43.06% 120 32.93% 110 18.04%
13、 100 二电场飞灰碳含量 54.67% 24 62.53% 22.5 45.73% 21 三电场飞灰碳含量 45.55% 6 66.80% 5.5 40.20% 5 锅炉的平均飞灰碳含量明显下降根据公司技术中心的分析数据， 两台飞灰再循环投用后， 1#CFB锅炉的平均飞灰碳含量明显下降： 通过 DCS 系统取数，最大转速下，飞灰再循环输送风压力最高瞬间达到 56.79Kpa，计算飞灰再循环量达到 5.94T/H，达到设计值；稳定运行时平均飞灰再循环输送风压力为 53.39Kpa，计算平均飞灰再循环量达到 4.79T/H。 5.2 提高了锅炉效率 飞灰中的碳再次回 J 阀和炉膛燃烧，锅炉效率从
14、 89.67%提高到 92.37%。 表 3 正平衡锅炉效率分析表 投运前 投运后 项 目 单位 2003-3-2 0:00 2003-3-5 0:00 2003-10-14 8:00 2003-10-17 8:00锅炉蒸发量表码 吨 2542745. 2557757.25 3537761 3552448.25 给焦量表码 吨 283789 285156 377742 379040 给水温度 210.4 210.1 209.6 210.6 锅炉蒸发量 吨 15012 14687 给焦量 吨 1366.5 1297.9 汽焦比 吨/吨 10.98 11.31 锅炉效率 % 89.67 92.37
15、 5.3 飞灰再循环的投用，使得循环物料量增加 飞灰再循环投用后，CFB 锅炉的循环物料量从 5466t/h 增加至 6828t/h，明显改善了纯烧石油焦 CFB 锅炉的床料量不足的问题。使得床温等运行参数更容易控制，锅炉的故障率可以较大程度上得以降低，并且循环物料量的增加，相当程度降低了石灰石的供应需求，细破机的负荷也可以得以降低，降低了石灰石的运行费用，所以其潜在效益相当之大。 5.4 飞灰再循环的投用，总得来说会使床温下降 飞灰再循环投用后，平均床温是先快速升高，再缓慢下降。由于床温差在投用初期，飞灰中碳含量较高，J 阀内的燃烧强度增强，J 阀床料的温度增加，使锅炉后部较低的床温得以提升
16、，使662床温差从平均 54.2下降 48.3，但随着飞灰碳含量的下降且飞灰再循环量的增加，J 阀内的燃烧强度降低，J 阀床料的温度增加有限甚至减少，但炉底浓相区循环浓度的增加，热量携带量明显增加，导致床温下降，也使床温差增加至 55.3，比投用前略有增加。所以我们要选择一个合适的回燃量，否则床温将难以控制。（同样锅炉负荷，底部吸热量增加，必然上部吸热量减少，反之灰份的增加，会使上部热量增加，细颗粒携带密相区热量增加，使得密相区温度降低。当然由于石油焦本身燃烬率不高，床温下降又再一次使石油焦本身燃烬率降低，这会造成锅炉效率比理论上略有降低。平均床温从投用前的860.8下降至852.0，投用后最高平均床温877.9，最低841.6。 5.5 效益估算 按表 3 数据，根据 2003 年#1CFB 锅炉总蒸发量为 170 万吨左右。 则全年节省燃料：170/10.98-170/11.31=0.452 万吨石油焦。 按 300 元/吨石油焦，年可节约费用约 135.6 万元。 6 结论 飞
