蘇文明（中國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，在我國社會主義市場經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)定發(fā)展的影響下，我國的電站的數(shù)量也有所提升，但是，電站發(fā)電產(chǎn)生的鍋爐灰渣嚴(yán)重影響了我國的環(huán)境，因此，如何降低電站鍋爐灰渣含碳量是我國現(xiàn)階段要解決的主要問題之一。

電站；鍋爐灰渣；含碳量；節(jié)能減排

前言

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

1　我國電站鍋爐灰渣的實際應(yīng)用

1.1我國電站鍋爐灰渣在建筑行業(yè)上面應(yīng)用

近幾年來，我國社會主義市場經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)定發(fā)展，建筑工程項目的數(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，人們開始采用先進的科學(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，都是我國新型的墻體材料。通過對于電站鍋爐灰渣的合理利用來達(dá)到節(jié)能減排的目的［1］。

1.2我國電站鍋爐灰渣在農(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，并取得了不錯的成果。因此，我國開始研究將鍋爐灰渣應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面。比如說通過使用鍋爐灰渣來調(diào)節(jié)土壤的酸堿度來改善土壤，從而提高農(nóng)作物的生長情況，達(dá)到增加農(nóng)作物產(chǎn)量的目的。還可以通過在土壤上面撒上鍋爐灰渣來提高土壤溫度以及促進土壤當(dāng)中的有機無德分解，促進農(nóng)作物的生長發(fā)育。這種做法不僅僅個農(nóng)業(yè)帶來了好處，也為農(nóng)戶們節(jié)省了一筆不小的開銷。由此可見，通過在農(nóng)業(yè)上使用鍋爐灰渣，為我國農(nóng)業(yè)事業(yè)帶來了蓬勃的發(fā)展［2］。

2　我國電站鍋爐灰渣含碳量偏高的主要原因

相信通過筆者的介紹，大家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，我國電站鍋爐灰渣在我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€行業(yè)都有所涉獵，并且都取得了不錯的成果，但凡與利益有關(guān)的東西都是一把雙刃劍，像是鍋爐灰渣就會給我國的環(huán)境帶來很大的影響，一般情況下，我們還可以采用先進的技術(shù)對鍋爐灰渣進行改良，加工成新產(chǎn)品之后進行二次利用，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)焦對鍋爐燃燒方式進行改造，導(dǎo)致我國電站鍋爐灰渣含碳量也越來越高。

2.1燃煤特性

目前電站鍋爐燃用煤種大多與設(shè)計煤種不相符，電站鍋爐用煤來源都比較復(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。煤粉燃燒過程是在揮發(fā)分燃燒完后才進行焦炭的燃燒。因此，燃料性質(zhì)中揮發(fā)分的含量對煤粉燃燒的影響尤為重要。對于高揮發(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。對于高水分燃煤，由于燃燒時放出的有效熱量相對減少，則會降低爐內(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，將會使煤粉燃盡變差，機械未完全燃燒損失隨之增加；同時由于燃煤灰分增加使得煤中的可燃質(zhì)成分會相應(yīng)減少，但是總的機械未完全燃燒損失還是增加的，因此，對于高灰分燃煤，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，煤粉燃盡時間延長，不完全燃燒損失增大，飛灰含碳量升高，從而降低鍋爐效率；煤粉過細(xì)雖然容易著火和燃燒，但煤粉顆粒過細(xì)將會增加制粉電耗及磨煤機磨損。因此，運行中應(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過量空氣系數(shù)

煤粉燃燒所需要的空氣主要來自二次風(fēng)，二次風(fēng)量過小爐內(nèi)缺氧燃燒，導(dǎo)致灰渣含碳量增加。詳細(xì)的計算方法對整個熱力系統(tǒng)進行計算，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-主汽壓對熱耗的修正系數(shù)，ηb-鍋爐效率，ηe-廠用電率。

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

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。對于同一臺燃煤鍋爐，當(dāng)其它條件相同時，通過提高熱風(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，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，則容易燃盡，有利于降低飛灰含碳量。但鍋爐熱負(fù)荷過高，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

對于直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)速宜選下限，一次風(fēng)速過高帶來的危害如下：

（1）直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火點偏遠(yuǎn)，著火推遲，燃燒過程縮短。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能過大，飛出煤粉氣流，落到周圍的缺氧區(qū)，影響燃燼。

（3）火焰不能均勻的充滿爐膛，會發(fā)生偏移，爐膛中心煙氣流速過快，縮短了煤粉在爐內(nèi)停留時間。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)，加強煤的完全燃燒

深化我國在煤燃燒技術(shù)上的改革與創(chuàng)新，要對鍋爐進行重新的施工與修整，設(shè)計出能夠促進煤的完全燃燒的電站鍋爐，設(shè)計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會導(dǎo)致煤還沒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)歷一次燃燒的過程，使鍋爐灰渣之中沒有被充分燃燒的煤再一次被燃燒，延長煤留在鍋爐內(nèi)的時間［5］。

3.3控制合適的煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度降低，單個顆粒燃燼所需時間減少，同時增加了煤粉和空氣的接觸面，加快了燃燒速度。所以通過合理的調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)的運行方式，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)燃煤來源渠道，借助配煤和成分分析等手段盡量使實際煤種的特性與設(shè)計煤種相符，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，最佳過量空氣系數(shù)取決于爐型、燃料特性以及爐內(nèi)工況和運行經(jīng)驗等因素，一般通過燃燒調(diào)整實驗確定。當(dāng)燃用無煙煤、貧煤或劣質(zhì)煤時，在額定負(fù)荷下，最佳過量空氣系數(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，燃燒過程進行得也快，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具有足夠的燃燒時間

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

3.8良好的空氣動力場

煤粉燃燒反應(yīng)過程主要在煤粉表面進行，燃燒反應(yīng)速度主要取決于煤粉的燃燒反應(yīng)速度和空氣擴散到煤粉表面的擴散速度。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、混合，及時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)空氣動力場。

3.9加強在新技術(shù)上的應(yīng)用

我國進入21世紀(jì)以來，就不停在研發(fā)各個行業(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，將會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)物進行提取，像是礬元素、結(jié)晶氯化鋁等等。通過對于這些化學(xué)元素以及化學(xué)物質(zhì)的提取，不僅給我國化學(xué)工業(yè)上面提供了不少的好處，還大力推動了我國科學(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

通過以上分析我們可以知道，我國電站鍋爐灰渣含碳量的高低對于環(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，但是我們可以通過科學(xué)的技術(shù)手段，來對煤燃燒時候的過程進行改善，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)值模擬與試驗研究［D］.華北電力大學(xué)，2014.

［2］任建莉.燃煤過程汞析出及模擬煙氣中汞吸附脫除試驗和機理研究［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)）變化對電站鍋爐運行經(jīng)濟性影響的試驗研究［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巖混合燃料的研究［D］.華東理工大學(xué)，2012.

2016-5-1

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