锅炉飞灰再循环技术

锅炉飞灰再循环技术

循环流化床锅炉由于具有燃料适应性广、清洁燃烧等优点，在我国发展迅速，并占有我国能源市场较大的市场份额。燃煤在循环流化床锅炉内燃烧、脱硫剂在炉内脱硫之后，所产生的高温烟气携带大量颗粒（包含：煤灰和脱硫产物、未燃尽的碳颗粒、未反应的脱硫剂）离开锅炉后进入旋风分离器进行气固分离，大颗粒被扑捉下来经立管和返料器返回炉膛，烟气携带细颗粒（即飞灰）进入尾部换热器放热后进入除尘器，绝大部分飞灰（超过99%）被除尘器捕捉并送往灰库，除尘后的清洁烟气经烟囱排入到大气当中。

由于煤颗粒在炉膛内的停留时间有限、循环流化床锅炉燃烧温度较低（一般低于950℃）等原因，锅炉的飞灰含碳量一般在3%～20%之间，甚至高达30%，循环流化床锅炉的飞灰含碳量高是导致锅炉效率降低的主要原因之一。绝大部分循环流化床锅炉石灰石粉作为脱硫剂进行炉内脱硫，由于石灰石粉在炉内停留时间短等原因，为了达到理想的脱硫效率，一般需要过多添加脱硫剂，钙硫摩尔比一般在2.5以上，石灰石的利用率一般低于40%，如果石灰石粉的粒度偏小，颗粒度过小的石灰石粉经煅烧后还未在炉膛内充分参与脱硫反应就被烟气携带出炉膛、进入除尘器内并被收集、输送到灰库中，石灰石的利用率更低，脱硫用石灰石耗量大。为了实现脱硫目的往炉膛内过多添加脱硫剂存在如下缺点：

①脱硫剂成本增加；

②石灰石在炉内分解吸热，降低锅炉效率；

③石灰石输送系统输送量增加，故障率提高；

④飞灰量增加，除尘器和输灰系统的负荷增加、故障率增加，造成烟气的粉尘排放浓度超标；

⑤飞灰中含有大量未参与脱硫反应的煅烧石灰石粉，不利于飞灰作为水泥的原料，难于综合利用。

飞灰再循环技术可以有效解决循环流化床锅炉飞灰含碳量高、脱硫剂利用率偏低等问题，并得到工程应用：将除尘器扑集下来的飞灰通过输送装置送回到炉膛，飞灰中未燃尽的碳粒在炉膛内再次进行燃烧，未参与脱硫反应的煅烧石灰石颗粒再次参与脱硫反应。通过采用飞灰再循环技术，锅炉飞灰的含碳量明显降低、石灰石的利用率显著提高。飞灰再循环装置安装在容量为45t/h和240t/h、燃用无烟煤的CFB锅炉后，飞灰含碳量从降低了5%和17%，锅炉热效率得到显著提高，烟气中的二氧化硫的排放浓度从300mg/m3以上降低到100mg/m3以下，石灰石的利用率得到明显提高。

本文针对某300MW机组配套CFB锅炉配置飞灰再循环系统进行经济分析，以期对同类型锅炉的配套设计和节能减排改造工程提供借鉴。

1锅炉设计规范

1.1燃料特性

采用劣质无烟煤作为300MWCFB锅炉的燃料，燃料特性见表1。

燃煤的含硫量高达3.54%，挥发分含量14.99%，属于高硫、难燃煤种，适宜采用飞灰再循环技术降低炉内脱硫的石灰石耗量、提高石灰石利用率，降低飞灰含碳量、提高锅炉效率。

1.2锅炉参数

300MWCFB锅炉1025t/h为一次中间再热、平衡通风、亚临界自然循环汽包炉，通过炉内添加石灰石脱硫。锅炉的汽水参数见表2。

1.3锅炉脱硫及热效率

（含氧量6%，干烟气），炉内脱硫的脱硫效率98.5%，锅炉的SO2原始排放浓度为10300mg/Nm3，

烟气的SO2排放浓度为155mg/Nm3。未安装飞灰再循环系统，钙硫摩尔比为3.2，飞灰含碳量为12%，底渣含碳量为2%，飞灰低渣比为4:6，排烟氧量为3.5%，排烟温度为130℃，锅炉效率为89.65%。锅炉的脱硫和热效率参数见表3。

1.4锅炉燃煤和石灰石消耗

锅炉的燃煤和石灰石消耗见表4｡每年运行550h，每年的燃煤耗量从86.7万吨，年耗煤量为86.7万吨,年耗石灰石34.1万吨｡

2飞灰再循环系统

对于燃用高硫、难燃无烟煤的CFB锅炉，由于锅炉的飞灰含碳量高、钙硫摩尔比大，导致锅炉飞灰含碳量高、锅炉的脱硫热损失大，锅炉效率仅为90.24%，每年的燃煤消耗和石灰石消耗分别高达86.7万吨和34.1万吨，锅炉的燃料成本和石灰石成本高。

2.1飞灰再循环系统流程

为了提高锅炉效率和石灰石的利用率，为锅炉设置一套飞灰再循环装置，飞灰再循环装置的系统流程见图1。除尘器收集下来的飞灰，一部分直接排放灰库，另一部分经循环灰管返回炉膛。在循环灰管上设置开关阀，当炉膛不需要循环灰时，该开关阀关闭，将飞灰直接输送至灰库。

2.2飞灰再循环投运数据

飞灰再循环装置投运后的数据见表5，与表3对比可见，锅炉相关参数发生明显改变：飞灰含碳量从12%下降到5%，飞灰份额从40%下降到35%，排烟氧量从3.5%下降到3%，排烟温度从130℃上升到135℃，炉内脱硫的钙硫摩尔比从3.2下降到2.3，锅炉效率从90.24%上升到93.36%。

飞灰再循环投运后的燃煤和石灰石消耗数据见表6。与表4对比可以看出，飞灰再循环系统投运后，锅炉的燃煤消耗和石灰石消耗大幅度降低。飞灰再循环系统投运后，每年的燃煤耗量从86.7万吨降低到83.7万吨，石灰石耗量从34.1万吨降低到23.7万吨，每年的燃煤耗量和石灰石耗量分别减少了3万吨和10.4万吨。燃煤按照200元/吨计算，每年节省燃煤费用600万元。石灰石按照100元/吨计算，每年节省石灰石费用1040万元。