降低電站鍋爐灰渣含碳量的研究

蘇文明（中國(guó)神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司，新疆維吾爾自治區(qū)　烏魯木齊市　830019）

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降低電站鍋爐灰渣含碳量的研究

蘇文明（中國(guó)神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司，新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市830019）

近幾年來(lái)，在我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)穩(wěn)定發(fā)展的影響下，我國(guó)的電站的數(shù)量也有所提升，但是，電站發(fā)電產(chǎn)生的鍋爐灰渣嚴(yán)重影響了我國(guó)的環(huán)境，因此，如何降低電站鍋爐灰渣含碳量是我國(guó)現(xiàn)階段要解決的主要問(wèn)題之一。

電站；鍋爐灰渣；含碳量；節(jié)能減排

前言

由于我國(guó)電站用來(lái)發(fā)電的主要原料是煤，通過(guò)將煤進(jìn)行燃燒來(lái)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。所以煤燃燒產(chǎn)生的灰渣以及其他有害氣體，給環(huán)境帶來(lái)了很大的負(fù)擔(dān)，因此我國(guó)對(duì)如何降低電站鍋爐灰渣的含碳量做了很多的研究。本文將簡(jiǎn)單介紹我國(guó)電站鍋爐灰渣的含碳量的基本情況，分析我國(guó)電站鍋爐灰渣含碳量偏高的主要原因，探討降低我國(guó)鍋爐灰渣含碳量的主要措施。

1　我國(guó)電站鍋爐灰渣的實(shí)際應(yīng)用

1.1我國(guó)電站鍋爐灰渣在建筑行業(yè)上面應(yīng)用

近幾年來(lái)，我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)穩(wěn)定發(fā)展，建筑工程項(xiàng)目的數(shù)量也在持續(xù)攀升，隨著建筑工程的施工技術(shù)的不斷加強(qiáng)，人們開(kāi)始采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將鍋爐灰渣應(yīng)用到新型的建筑材料當(dāng)中，主要是在墻體材料的應(yīng)用上面，制作更加保溫、隔熱的建筑墻體材料，像是燒結(jié)磚、免燒磚等，都是我國(guó)新型的墻體材料。通過(guò)對(duì)于電站鍋爐灰渣的合理利用來(lái)達(dá)到節(jié)能減排的目的［1］。

1.2我國(guó)電站鍋爐灰渣在農(nóng)業(yè)上面的應(yīng)用

隨著鍋爐灰渣在化工行業(yè)上的廣泛應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的成果。因此，我國(guó)開(kāi)始研究將鍋爐灰渣應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面。比如說(shuō)通過(guò)使用鍋爐灰渣來(lái)調(diào)節(jié)土壤的酸堿度來(lái)改善土壤，從而提高農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，達(dá)到增加農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。還可以通過(guò)在土壤上面撒上鍋爐灰渣來(lái)提高土壤溫度以及促進(jìn)土壤當(dāng)中的有機(jī)無(wú)德分解，促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育。這種做法不僅僅個(gè)農(nóng)業(yè)帶來(lái)了好處，也為農(nóng)戶(hù)們節(jié)省了一筆不小的開(kāi)銷(xiāo)。由此可見(jiàn)，通過(guò)在農(nóng)業(yè)上使用鍋爐灰渣，為我國(guó)農(nóng)業(yè)事業(yè)帶來(lái)了蓬勃的發(fā)展［2］。

2　我國(guó)電站鍋爐灰渣含碳量偏高的主要原因

相信通過(guò)筆者的介紹，大家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我國(guó)電站鍋爐灰渣在我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)行業(yè)都有所涉獵，并且都取得了不錯(cuò)的成果，但凡與利益有關(guān)的東西都是一把雙刃劍，像是鍋爐灰渣就會(huì)給我國(guó)的環(huán)境帶來(lái)很大的影響，一般情況下，我們還可以采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)鍋爐灰渣進(jìn)行改良，加工成新產(chǎn)品之后進(jìn)行二次利用，但是，隨著電力行業(yè)的發(fā)展及電站鍋爐燃用成本較低的堿金屬含量較高的煤種，為防止鍋爐結(jié)焦對(duì)鍋爐燃燒方式進(jìn)行改造，導(dǎo)致我國(guó)電站鍋爐灰渣含碳量也越來(lái)越高。

2.1燃煤特性

目前電站鍋爐燃用煤種大多與設(shè)計(jì)煤種不相符，電站鍋爐用煤來(lái)源都比較復(fù)雜，造成燃煤中揮發(fā)分、水分、灰分及發(fā)熱量等主要指標(biāo)不穩(wěn)定，對(duì)煤粉燃燼產(chǎn)生影響，導(dǎo)致飛灰含碳量的變化。煤粉燃燒過(guò)程是在揮發(fā)分燃燒完后才進(jìn)行焦炭的燃燒。因此，燃料性質(zhì)中揮發(fā)分的含量對(duì)煤粉燃燒的影響尤為重要。對(duì)于高揮發(fā)分燃煤，揮發(fā)分燃燒釋放出大量熱量，形成爐內(nèi)高溫氛圍，有利于焦炭的迅速著火和燃盡，機(jī)械未完全燃燒損失減小，飛灰含碳量較低；低揮發(fā)分燃煤，則容易引起飛灰含碳量的升高。對(duì)于高水分燃煤，由于燃燒時(shí)放出的有效熱量相對(duì)減少，則會(huì)降低爐內(nèi)燃燒溫度，并增加著火熱，不利于焦炭的燃盡，造成飛灰含碳量的升高。燃煤中的灰分不但不能燃燒，反而會(huì)降低燃煤的發(fā)熱量，并妨礙可燃質(zhì)與氧的接觸，使燃料著火和燃盡困難。燃煤中灰分增加時(shí)，將會(huì)使煤粉燃盡變差，機(jī)械未完全燃燒損失隨之增加；同時(shí)由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃質(zhì)成分會(huì)相應(yīng)減少，但是總的機(jī)械未完全燃燒損失還是增加的，因此，對(duì)于高灰分燃煤，飛灰含碳量仍表現(xiàn)為偏高。

2.2煤粉細(xì)度

煤粉粗細(xì)對(duì)其燃燒和燃盡的影響即：煤粉細(xì)度越大，即煤粉顆粒粒徑越大，其燃盡性能降低，煤粉燃盡時(shí)間延長(zhǎng)，不完全燃燒損失增大，飛灰含碳量升高，從而降低鍋爐效率；煤粉過(guò)細(xì)雖然容易著火和燃燒，但煤粉顆粒過(guò)細(xì)將會(huì)增加制粉電耗及磨煤機(jī)磨損。因此，運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮不完全燃燒損失和制粉能耗，使之達(dá)到最小，即尋找煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度或最佳細(xì)度，以保證較高的鍋爐效率和較低的飛灰含碳量。

2.3過(guò)量空氣系數(shù)

煤粉燃燒所需要的空氣主要來(lái)自二次風(fēng)，二次風(fēng)量過(guò)小爐內(nèi)缺氧燃燒，導(dǎo)致灰渣含碳量增加。詳細(xì)的計(jì)算方法對(duì)整個(gè)熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，先得到做工的變化和吸熱量的變化，再得到煤耗的變化。

粗略估算可采用下式：

式中：B-煤耗，C1-主汽壓對(duì)熱耗的修正系數(shù)，ηb-鍋爐效率，ηe-廠(chǎng)用電率。

從上公式可以計(jì)算出當(dāng)二次風(fēng)量小時(shí)，飛灰含碳量就會(huì)增大。

2.4熱風(fēng)溫度

熱風(fēng)溫度的高低直接關(guān)系到煤粉氣流的初溫和爐內(nèi)的燃燒工況。對(duì)于同一臺(tái)燃煤鍋爐，當(dāng)其它條件相同時(shí)，通過(guò)提高熱風(fēng)溫度可以提高煤粉氣流的初溫，使燃燒室壁面溫度增加，從而減少把煤粉氣流加熱到著火溫度所需的著火熱，有利于降低飛灰含碳量。相反，如果熱風(fēng)溫度較低，則會(huì)降低爐膛溫度，影響煤粉的著火和燃盡，使得飛灰含碳量增大。

2.5鍋爐熱負(fù)荷

鍋爐低負(fù)荷時(shí)，燃料消耗量相應(yīng)減少，水冷壁的吸熱量雖然減少一些，但減少幅度較小，相對(duì)單位質(zhì)量燃料而言，水冷壁的吸熱量反而有所增加，使得爐膛平均溫度降低，影響煤粉的著火，煤粉不容易燃盡又造成飛灰含碳量上升；反之，同樣的煤粉在高熱負(fù)荷時(shí)，則容易燃盡，有利于降低飛灰含碳量。但鍋爐熱負(fù)荷過(guò)高，容易引起爐膛結(jié)焦，故仍然需要控制在一定水平。

2.6一次風(fēng)速

對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)速宜選下限，一次風(fēng)速過(guò)高帶來(lái)的危害如下：

（1）直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火點(diǎn)偏遠(yuǎn)，著火推遲，燃燒過(guò)程縮短。既不利于穩(wěn)燃，又影響了煤粉燃燼。

（2）一次風(fēng)中較大的煤粉顆粒獲得動(dòng)能過(guò)大，飛出煤粉氣流，落到周?chē)娜毖鯀^(qū)，影響燃燼。

（3）火焰不能均勻的充滿(mǎn)爐膛，會(huì)發(fā)生偏移，爐膛中心煙氣流速過(guò)快，縮短了煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間。造成爐內(nèi)溫度分布不均勻和煙氣流速不均勻。不利于穩(wěn)定著火和燃燒。

（4）加劇了管道和噴嘴的磨損。

3　降低我國(guó)鍋爐灰渣含碳量的主要措施

3.1改變鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)煤的完全燃燒

深化我國(guó)在煤燃燒技術(shù)上的改革與創(chuàng)新，要對(duì)鍋爐進(jìn)行重新的施工與修整，設(shè)計(jì)出能夠促進(jìn)煤的完全燃燒的電站鍋爐，設(shè)計(jì)的鍋爐的爐排寬度要與煤層基本一致，這樣才能保證煤的完全燃燒，將煤質(zhì)中的每一種化學(xué)元素都燃燒殆盡，杜絕未燃盡、燒偏的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2合理布置給煤口與排渣口的位置

不同種類(lèi)的鍋爐的給煤口的位置是不盡相同的，如果給煤口與排渣口之間的距離太近機(jī)會(huì)導(dǎo)致煤還沒(méi)有完全燃燒之間就被排出去了，從而造成了電站鍋爐灰渣的含碳量較高，因此，要合理布置給煤口與排渣口的位置，確保鍋爐灰渣在被排出去之前還能再經(jīng)歷一次燃燒的過(guò)程，使鍋爐灰渣之中沒(méi)有被充分燃燒的煤再一次被燃燒，延長(zhǎng)煤留在鍋爐內(nèi)的時(shí)間［5］。

3.3控制合適的煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度降低，單個(gè)顆粒燃燼所需時(shí)間減少，同時(shí)增加了煤粉和空氣的接觸面，加快了燃燒速度。所以通過(guò)合理的調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式，盡可能維持理想的煤粉細(xì)度。

3.4保證煤質(zhì)的穩(wěn)定性

嚴(yán)格把關(guān)燃煤來(lái)源渠道，借助配煤和成分分析等手段盡量使實(shí)際煤種的特性與設(shè)計(jì)煤種相符，保證電站燃煤的穩(wěn)定性，并根據(jù)煤種特性，選擇合適的煤粉細(xì)度。

3.5保證合理的過(guò)量空氣系數(shù)

供應(yīng)充足而又適量的空氣是保證燃料完全燃燒的必要條件，最佳過(guò)量空氣系數(shù)取決于爐型、燃料特性以及爐內(nèi)工況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素，一般通過(guò)燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)燃用無(wú)煙煤、貧煤或劣質(zhì)煤時(shí)，在額定負(fù)荷下，最佳過(guò)量空氣系數(shù)為1.20～1.25。

3.6適當(dāng)高的爐溫

選擇適當(dāng)高的爐溫，可使煤粉著火加快，燃燒過(guò)程進(jìn)行得也快，燃燒容易趨于完全燃燒，有利于降低飛灰含碳量，提高鍋爐效率。

3.7具有足夠的燃燒時(shí)間

在一定爐溫下，一定細(xì)度的煤粉要有一定時(shí)間才能燃盡。合適的爐內(nèi)停留時(shí)間，是指煤粉從燃燒器出口到爐膛出口的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，煤粉應(yīng)完成著火、燃燒以至燃燼過(guò)程，這樣才能使得煤粉燃燒完全。煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，主要取決于爐膛容積和單位時(shí)間內(nèi)爐膛煙氣量。

3.8良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)

煤粉燃燒反應(yīng)過(guò)程主要在煤粉表面進(jìn)行，燃燒反應(yīng)速度主要取決于煤粉的燃燒反應(yīng)速度和空氣擴(kuò)散到煤粉表面的擴(kuò)散速度。因此，要做到完全燃燒，在保證足夠高的爐溫和合適空氣量的前提下，還必須使煤粉和空氣能充分?jǐn)_動(dòng)、混合，及時(shí)將空氣輸送到煤粉燃燒表面上去，這要求燃燒器結(jié)構(gòu)特性及其一、二次風(fēng)必須良好配合以及具備良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)。

3.9加強(qiáng)在新技術(shù)上的應(yīng)用

我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，就不停在研發(fā)各個(gè)行業(yè)的新技術(shù)，在電站鍋爐上面也不例外。煤的不充分燃燒有很大一部分原因是由于傳統(tǒng)電站鍋爐造成的，如果內(nèi)在鍋爐內(nèi)部就將鍋爐灰渣中的化學(xué)元素處理掉的話(huà)，將會(huì)為以后的操作省去很多不必要的麻煩。像是直接在內(nèi)部對(duì)鍋爐灰渣中碳元素以及其他的化學(xué)元素和化學(xué)產(chǎn)物進(jìn)行提取，像是礬元素、結(jié)晶氯化鋁等等。通過(guò)對(duì)于這些化學(xué)元素以及化學(xué)物質(zhì)的提取，不僅給我國(guó)化學(xué)工業(yè)上面提供了不少的好處，還大力推動(dòng)了我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，甚至在污水處理技術(shù)上面也有所提高。

4　結(jié)論

通過(guò)以上分析我們可以知道，我國(guó)電站鍋爐灰渣含碳量的高低對(duì)于環(huán)境的影響是非常嚴(yán)重的，在煤質(zhì)、鍋爐結(jié)構(gòu)等各個(gè)因素的影響下，雖然我們不能完全的控制有害氣體的排放以及鍋爐灰渣的含碳量，但是我們可以通過(guò)科學(xué)的技術(shù)手段，來(lái)對(duì)煤燃燒時(shí)候的過(guò)程進(jìn)行改善，達(dá)到降低電站鍋爐灰渣的含碳量的目的。從而改善我們生存的環(huán)境。

［1］白濤.燃煤鍋爐低NOx燃燒系統(tǒng)的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究［D］.華北電力大學(xué)，2014.

［2］任建莉.燃煤過(guò)程汞析出及模擬煙氣中汞吸附脫除試驗(yàn)和機(jī)理研究［D］.浙江大學(xué)，2003.

［3］唐君華，周孑民.降低240t/h劣質(zhì)無(wú)煙煤CFB鍋爐灰渣含碳量措施的研究［J］.節(jié)能，2011，05：27～30+3.

［4］胡宏偉.煤種（質(zhì)）變化對(duì)電站鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響的試驗(yàn)研究［D］.浙江大學(xué)，2004.

［5］陸偉群.工業(yè)CFB鍋爐摻燒高硫石油焦油頁(yè)巖混合燃料的研究［D］.華東理工大學(xué)，2012.

2016-5-1

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