锅炉房炉渣及飞灰回燃技术探讨

张述坤 李素梅（中原石油勘探局供热管理处）

1 概述

中原油田基地北区现有29 MW 热水锅炉6台、链条炉4台、流化床锅炉2台。4台链条锅炉设计效率77%，因燃煤设计煤种的差异及燃烧调整水平的高低，实际运行效率低于70%，经过反平衡测试，其中炉渣与飞灰固体不完全燃烧热损失为20%，排烟损失占到6%，其余损失4%。2 台流化床锅炉经过改造后设计效率87%，实际测试效率86.35，其中煤渣与煤灰等固体不完全燃烧热损失为5%，排烟损失占6%，其它不完全燃烧热损失占3%，同时，流化床锅炉较链条炉存在如下方面的优势：一是煤种适应性强；二是操作劳动强度小；三是设备卫生较好。研究如何将链条炉损失较大的煤渣与煤灰输送到流化床锅炉，提高锅炉房的整体效率，如将链条炉20%的损失回收10%，锅炉房每个采暖期将节约用煤6000 t，经济效率显著。

2 链条炉固体不完全燃烧损失的回收

链条炉固体不完全燃烧主要有四部分，它们依次是：炉渣中固定碳、随烟气携带的粉煤灰的碳、链条炉运转炉排漏煤及输送环节的漏煤。

1）链条炉采用的是磷片式炉排，燃烧方式为上给煤系统，给煤系统持续将煤分布在滚动的炉排上，炉排是由固定在转动系统的一排排的炉排片组成，下部供风，煤层在炉排上从前拱下部到后拱末端下部过程中燃烧形成煤渣落在刮板除渣机上；因炉排由一排排的炉排片构成，因通风的需要，炉排上开有通风缝，宽度为5 mm，加上炉排之间也有宽度为5 mm 的缝隙，煤层在链条炉排上从前往后燃烧过程中直径小于5 mm 的煤进入炉排缝，煤粒会漏到锥形落灰斗，漏煤经落灰斗下落到水冲式漏煤管，被水带至刮板除渣机渣槽，漏煤与炉渣一起输送到渣场，最后与煤渣混合在一起的漏煤被当作煤渣废弃物处理到砖厂或其它建材使用。经过现场检测，被当作废弃物的煤渣含碳量为20%左右，发热量为5016 kJ/kg，如何最大程度地将有未燃烧的煤从炉渣中筛选出来并以何种方式送给锅炉成为技术难题，通常有两种方案：

第一种方案：渣场使用筛选设备进行筛渣，从2007年11月到2010年3月3个采暖期间，基地锅炉房主要采用装载机与自卸翻斗结合，在自卸翻斗的上部加上筛孔为20×30 的筛板网，煤渣过筛后，直径小于20 mm的漏煤及未燃烬的煤灰落入车斗后直接卸到煤渣回收场，直径大于20 mm的煤渣滤出车斗外运到渣场外再当作废弃物处理。经检测，回收的煤渣含碳量为40%左右，发热量为13 376 kJ/kg，挥发分为4%左右，虽然达不到链条炉的燃烧条件但满足了流化床锅炉掺燃条件。筛出的废渣含碳量为10%左右，发热量为2090 kJ/kg，现有的锅炉设备基本没有返烧价值。该筛选方案的优点是利用了现有设备，同时筛渣后基本在3月15日停炉后开展此项工作，对供暖工作不造成影响。缺点：一是占用两台设备，筛渣有一定的成本；二是占用了场地；三是造成扬尘污染。

第二种方案：是在出渣过程中筛选，由于煤渣形状大小不规则（0.1～400 mm 之间），同时从冷却水中刮出，湿黏度大，小颗粒的煤粒、煤灰、细渣具有较强的粘附性易堵塞设备，常规筛分设备难以满足要求。基地锅炉房经过长期摸索，研制了一台具有自清粘灰自落料的GTS-1080-2500-0.75 型滚筒筛，安装在落渣口在线筛分。经过2007年供暖的试用，应用情况良好，运转故障率为0，筛出的煤渣成分与第一种方案基本一致。

2）4 台29 MW 链条炉中2 台为麻石水膜除尘器、2 台为下部水冲灰静电除尘器，4 台锅炉的飞灰经除尘设备捕捉后经水输送到沉灰池沉淀后捞灰机捞至灰场，再作废弃物处理。正常情况下，煤灰粒径小于1 mm、含碳量为35%左右，发热量为12 122 kJ/kg，挥发分几乎为零，每个供暖期可收集飞灰（粉煤灰）5000 m3，折合标煤2000 t，价值176 万元。若将这部分粉煤灰返回到炉膛二次燃烧，回收这部分热量，具有很大的节能效果。

3 链条炉炉渣回烧应用情况

自2007年起，经筛选后的煤渣（以下简称筛渣）在29 MW流化床热水锅炉上返烧。在高速流化床锅炉上返烧方法简便易行，主要做法如下：流化床锅炉为单煤仓双落煤口（分布在煤仓的左右两侧）双给煤口单炉床，煤仓上煤时，一侧上煤一侧上筛渣，在给煤时两个给煤系统是一个给煤一个给筛渣，根据运行工况要求调整两个给煤机的给煤速度及比例来调整筛渣量，此种煤渣返烧方式经2007年11月—2008年3月运行良好，流化床锅炉除出渣量增加外，炉渣的含碳量及煤灰量没有明显变化。

在2007年，油田基地锅炉房将其中的一台高速流化床锅炉进行节能改造，将高速床改造为高低混合流速双炉床流化床锅炉，改造后，锅炉煤灰含碳量明显降到12%，经过一个采暖期的煤渣返烧试用，半煤半渣方案完全可行，煤渣与煤灰含碳量没有明显变化。

3年的煤渣返烧应用，已返燃炉渣30 000 m3，煤灰15 000 m3，节约标煤累计18 000 t，按今年市场的煤价880元/t计算，价值1584万元。

4 链条炉煤灰回烧技术探讨分析

链条炉煤灰具有发热量高、低挥发分、可燃性差、灰粒小等特点，返烧具有很大难度，目前，在链条炉上回燃煤灰没有看到成功的先例。在2006年11月份，油田基地锅炉房曾经做过煤灰回燃链条炉的试验，虽然以失败告终，但具有借签意义。主要工艺方案如下：经静电除尘器捕捉到的煤灰经气体输送设备输送到链条炉二次风口，在二次风口将煤灰送入炉膛燃烧。试验中主要存在两个方面问题：一是因煤灰灰熔点低，部分煤灰落到炉床上后在煤上形成一层灰壳通气性差，影响其下边的煤层燃烧，出现烧不透现象，煤渣含碳量大副度增加，降低了锅炉效率得不偿失；二是送煤灰系统设计存在缺陷，输送管易堵。

目前，在流化床锅炉上应用比较多，主要应用工艺如下：

1）煤灰底部回燃技术。采用气力输送方式将分离煤灰穿过风室和布风板送到密相层底部，与炽热床料间发生剧烈传热，迅速升温燃烧，延长了煤灰颗粒在高温状态下的炉内停留时间；颗粒与床料间的摩擦和磨损剥去其外层灰壳，使内部含碳黑芯暴露；床层底部氧浓度高，这些都为回燃煤灰的燃尽创造了十分理想的条件。回燃一次即可明显提高煤灰的燃尽度，克服了回燃存在的煤灰循环“走过场”的问题，从而大幅度降低循环流化床锅炉的煤灰含碳量，提高了锅炉的热效率，节能效果显著，这是煤灰回燃的新思路与做法。此方案缺点是：需专业人员设计施工，投资大，工作量大。

2）二次风口喷入回燃技术。将煤灰送到炉前，在二次风口经喷嘴喷入燃烧室燃烧，优点是方便实施工作量不大，运行故障率低，缺点是管路系统磨损严重。

3）掺烧回燃技术。利用现有的上煤系统，在输煤皮带上部安装一台给煤机，在上煤或上渣的过程中将煤灰撒播在上煤皮带的煤层（或渣层）上，在落入煤仓及送煤到炉床前自然混合。优点是设备简单易行；缺点是：如果灰湿度太大，可能造成堵煤或煤仓下煤不畅。

经过论证，目前适用于油田基地锅炉房的技术方案为掺烧回燃技术，经过2012年11月—2013年3月的采暖期试用，实现节煤6000 t 的目标，节约资金528万元。

基地锅炉房是中原油田的能耗大户，节能潜力大，特别是原煤消耗方面，我们努力的目标是将煤的发热量“吃干榨尽”。将链条炉吐出的高热量煤灰和煤渣在流化床锅炉上回烧，是节能的一种最佳途径。