流化床锅炉的炉底渣排放对锅炉经济性的影响

16流化床锅炉的炉底渣排放对锅炉经济性的影响毛鸿禧1、流化床锅炉的炉底渣“炉底渣”包括传统意文上“炉底渣”与“溢流渣”。炉底渣是从流化床底部排放出来的渣，它包括在布风板上开的排渣口通过风室下面的放渣管排出的渣；也包括在布风扳上部四周炉垟开的排渣口排出的渣。溢流渣则是溢流式鼓泡床锅炉(BFBC)的床层表面处开的溢流口排出的渣。由于它们的颗粒度较沉降灰和飞灰粗，故又统称“大渣”。在本文讨论中若无专门说明，我们将“炉底渣”和“溢流渣”统称为“炉底渣”或“大渣”。溢流式鼓泡床锅炉排出溢流渣后，还有部分更大颗粒的渣沉积在炉底形成炉底渣。通常，溢流渣渣量远大于炉底渣量，其温度与床上温度接近，排出后需要冷却。由于鼓泡床锅炉的布风板面积较大，通过布风板的一次风量也很大，沉积在炉底的炉底渣被一次风冷却，排出时常在400C以下，远低于“溢流渣”温度，故称之为“冷渣”，其渣量不足灰渣总量的1/10。对于燃烧优质煤的中、小型流化床锅炉，“冷渣”量很少，一般用定期排放的方式可以维持床层运行。然而对于燃烧劣质燃料的大、中型锅炉，“冷渣”量较大，也需要有专用的排渣设备。对于循环流化床锅炉(CFBC)，没有溢流口，故无溢流渣。不能被扬析而留在床内的大颗粒燃料燃烬后沉于炉底，从炉底排出，故炉底渣的渣量大。再者，循环流化床锅炉的布风板面积较小，不足鼓泡床锅炉的1/31/4，相应的通过布风板的一次风量也少，故排出的炉底渣的温度常常高达850900C，已无冷渣可言，炉底渣不再叫做冷渣。就流化床锅炉的排渣特性而言，炉底渣必须由人工控制排放，而溢流渣则是自动排放。因此，排出炉底渣需要有专门的排渣设备——排渣阀。但它们被排出后均需冷却。表1列出了几种流化床锅炉的炉底渣的渣量及渣温的参考数椐。可见，无论是从渣的温度或渣量来看，炉底渣与传统溢流式鼓泡床锅炉的“冷渣”或“溢流渣”的温度与数量均不相同，这也是炉底渣的第一个特点。表1几种流化床锅炉的炉底渣的渣量分额及渣温项目单位溢流式鼓泡床锅炉非溢流式鼓泡床锅炉循环流化床锅炉冷渣溢流渣炉底渣炉底渣渣温C400800950800950800950渣量分额/%104060406025452、流化床锅炉炉底渣的颗粒特性：流化床锅炉的渣的颗粒特性与煤种、煤的破碎与筛分方式、以及煤在床内燃烧所呈现出的自碎性能不无关系。其中，煤的破碎与筛分方式是由煤的破碎性能所决定。而煤在床内燃烧的自碎性能，是与煤在燃烧过程中的物相与矿相结构的变化、煤的遇热爆裂特性以及煤粒在床内流化过程中相互碰撞、磨擦等因素有关。从国内流化床锅炉运行实践表明，溢流渣的颗粒粒径范围集中在1-10mm之间，占90%以上；大于10mm和小于1mm的颗粒较少（表1及表2）1）2）。显然，小于1mm的粒子被扬析，大于10mm的粒子沉积在床层底部。17表3是非溢流式鼓泡床锅炉炉底渣的筛分分析。2-10mm的颗粒组分虽然也占了很大的分额，但不足70%；而大于10mm的颗粒确有12%以上3）。可见，炉底渣的平均颗粒直径要比溢流渣的平均颗粒直径大。一般说来，从入炉煤和炉底渣的筛分特性的比较，可以反映炉底渣排放的合理程度，以及从一个侧面反映出锅炉运行状况的好坏。表1某厂SZF16t/h沸腾炉渣的筛分特性分析粒径(mm)1010-88-55-22重量(%）2.512.334.838.59.2表2130t/h及10t/h沸腾炉溢流渣的筛分分析（%）项目名称筛孔尺寸，mm5.05.0-3.23.2-2.52.5-1.01.0130（t/h）18.4012.0021.6122.3012.7033.3035.8528.8032.3023.6014.9517.1016.4016.5013.8033.5034.9526.6024.2541.8015.259.905.254.5013.1510(t/h)41.6033.4010.4019.55表3140t/h流化床锅炉炉底渣的筛分特性分析粒径mm)2222-1010-55-22重量%）0.6211.437.232.318.53、炉底渣的排放与冷却对锅炉热效率的影响:周知，流化床锅炉热效率可由下式表示：654321100qqqqqq（1）式中，1q——锅炉的有效利用热量，%;2q——锅炉的排烟热损失，%；3q——锅炉的化学未完全燃烧热损失，%；4q——锅炉的机械未完全燃烧热损失，%；5q——锅炉的锅炉散热损失，%；6q——锅炉的灰渣物理热损失，%。与炉底渣有关的热损失有4q和6q两项，下面就此分别进行分析。1)炉底渣的机械未完全燃烧热损失LDq4流化床锅炉的机械未完全燃烧热损失可以表示如下：)()(4444444FHCJYLLDXHDZqqqqqqq（2）式中，DZq4——大渣机械未完全燃烧热损失，YLLDDZqqq444，XHq4——细灰机械未完全燃烧热损失，FHCJXHqqq444，LDq4、YLq4、CJq4及FHq4——分别代表炉底渣、溢流渣、沉降灰和飞灰的机械未完全燃烧热损失。如前所述，本文只讨论炉底渣即大渣的机械未完全燃烧热损失DZq4，其值为：(%)1005.78Z44）（dzdzdzyDWyDLDaCCQAqq（3）18式中，yA——燃烧中的灰分，（％）。YDWQ——燃烧的应用基低位发热量，（大卡/公斤）。dzC——大渣可燃物的含量，（％）。dza——大渣灰分占总灰分的百分含量，（%）。%100)100(yDZdzdzABGCa（4）式中，B——燃料消耗量，（公斤/小时）。DZG——大渣量，（公斤/小时）。令：44qqXdzdz（5）dzX为大渣机械未完全燃烧热损失占总的机械未完全燃烧热损失的分额，可绘制出)(yDWdzQfX曲线(参见图1)。可见，yDWQ＜2000大卡/公斤时，dzX增加得很快，且yDWQ=1000～1500大卡/公斤时，dzX＞62～32％。这就是说，当燃用煤矸石等劣质燃料时，大渣的机械未完全燃烧热损失占总的机械未完全燃烧热损失的1/3以上。因此，解决好大渣的燃烬问题，对提高流化床锅炉的效率、节约能源意义重大。在流化床锅炉运行中，应严格控制入炉煤的颗粒度，监视床层运行料层厚度，及时排放炉底渣，保持良好的流化质量。当yDWQ＞2500大卡/公斤时，dzX＜10％，大渣的机械未完全燃烧热损失也是不容忽视的问题。一般说来，流化床锅炉的机械未完全燃烧热损失在4～12%之间，由此可见，无论是燃烧优质煤或是燃烧劣质煤，及时排放炉底渣，善流化质量，是提高流化床锅炉燃烧效率的重要手段之一。2）炉底渣的灰渣物理热损失DZq6流化床锅炉的炉底渣排出时温度很高，从而造成了锅炉的灰渣物理热损失。若灰渣的温度为tz，比热为cz，那么)(%)(01.06dzdzdzyDWyDZtcaQAq（6）式中,dza一—炉底渣渣占总灰量的百分份额（％）。Cdz——炉底渣比热（大卡/公斤·℃），查表（4）。表4灰渣的比热Cdz/大卡/公斤·℃温度t/℃01002003004005006007008009001000110012001400比热Cdz0.1900.2000.2070.2130.2200.2250.2390.2390.2430.2400.2450.2500.270实践表明，当燃用1500～4000大卡/公斤的劣质煤时，DZq6可达1～6％；当燃用4500～6000大卡/公斤的优质煤时，DZq6在0.4～0.8％之间。利用冷渣机回收这部分热量，也很有意义。图1X=f(Q)曲线01231020304050X，(%)6070DZ4yDW5Q,X10(大卡/公斤)7yDW637