130T/H CFB锅炉灰渣改性试验研究

张保森，盛 伟，郑海坤

(1.河南理工大学机械与动力学院，河南焦作 454000;2昊华宇航化工有限责任公司，河南焦作 454000)

0 引言

灰渣改性技术是指对电厂燃煤锅炉本体不做改动的前提下，于燃煤中添加掺烧剂，在保证系统安全运行和正常供热发电的同时，实现煤的净化燃烧，并使煤燃烧产生的灰渣及煤中大部分硫在锅炉中直接转化为高附加值产品［1］。以焦作市某电厂130t/h循环流化床(CFB)锅炉为试验研究对象，进行了灰渣改性技术试验研究。研究结果表明:系统运行可靠，工艺简单，投资成本和运行费用低，具有节能降耗、高效脱硫、降低NOx和CO2排放量、灰渣改性后能作为水泥的水硬性胶凝材料等特点［2］。

1 工艺原理

灰渣改性技术以现有燃煤锅炉为载体，既把燃煤锅炉作为污染治理的对象，又把它作为生产产品的工业窑炉，掺烧剂通过与煤进行均化混合后形成亲合颗粒，进入炉内实现固相反应。在一定的工艺燃烧、供氧条件下完成固结脱硫，且大部分煤灰中的矿物质形成特种水泥熟料，同时利用炉中的矿化放热反应，强化燃烧，降低残碳和CO排放量，减少锅炉磨损。以现成的电厂燃煤循环流化床锅炉做载体，生产特种水泥熟料，可在 800 ～900℃形成［3－4］，实现了特种水泥矿物的低温煅烧，NOx不易产生，这不仅减少了现有水泥窑的烟气排放，与现有水泥窑生产的以硅酸三钙(C3S)为主的阿利特水泥熟料相比［5］，还可减少CaCO3分解吸热，减少CO2的排放，进而一次性全面的消除煤烟型污染(SO2、NOx、CO、CO2、碳粒子和PM10)和灰渣污染。

2 掺烧剂添加及配制原则

掺烧剂的添加及配制原则:引发预期的放热反应，解决热平衡中的关键问题，掺烧反应为放热反应过程，可以提高燃烧效率，降低产品的残碳含量;掺烧反应生成硅酸盐等矿物，同时能固结脱硫;考虑有利于运行操作，减少炉内结焦，减少腐蚀和磨损，提高锅炉效率和运转率;在满足上述要求的前提下，参照硅酸盐水泥熟料的率值，以多元掺烧剂调整灰渣4种主要氧化物的含量比例，并调节煅烧过程中矿物形成的矿化及活化等功能;根据生产产品的不同以及燃煤质量的变化调整燃煤掺烧剂的配方和掺量，并掺烧一定的活化剂、催化剂等物质，以加速燃烧和化学反应，使其形成特种水泥矿物。

根据上述掺烧剂的配制原则，合理选择以工业废渣为主要原料的燃煤掺烧剂，利用其化学组成及其化学潜能，实现废弃物的资源化利用。

3 工艺过程

试验是在锅炉原备用输煤皮带上加装一个简单漏斗，以供人工掺加掺烧剂用，试验用掺烧剂主要采用焦作地区现有的工业废渣(赤泥、电石泥、劣质石灰)按一定比例配方磨制而成。流化床锅炉灰渣改性试验工艺流程见图1。试验工艺流程:掺烧剂→按配方要求掺配在输煤皮带上→进入煤仓→通过拉链机输送混合→入炉燃烧→电除尘器收集粉煤灰→化水车间取样→将灰样送到实验室进行化学和物理项目的分析→将试验生产的灰、渣送到有关水泥厂进行生产复合水泥的生产试验。

图1 工艺流程示意

4 结果分析

为了更好地应用灰渣改性技术，平时的生产工况条件(即煤∶矸=1∶4)是试验的重点工况。燃煤矿化固硫剂的配制也是按此工况考虑的。但是，在试验过程中，由于矸石的供应紧张，生产工况条件选择了煤矸比分别为 1∶0、1∶1、1∶2、1∶4 的四种方案。整个试验过程运行工况比较稳定，其中有个别时间床温有升高现象，但经过一、二次风配风适当调节，趋于稳定。

4.1 降低锅炉煤耗

试验统计表明，综合平均锅炉煤耗平均降低5%以上。分析原因为掺烧有效地降低了粉煤灰含碳量(如图2所示);同时，由于掺烧后提高了以辐射传热为主的炉内热交换效率，在给煤量不变等相同条件下，锅炉蒸发量会明显增加;另外，掺烧剂与煤灰组分形成矿物的化合反应放热，也给锅炉补充了部分热量。因此，在掺烧后，锅炉系统的综合热效率得到提高，取得一定的节煤效果。

图2 煤焦燃尽速率曲线

4.2 高效固结脱硫脱氮

掺烧剂加入流化床锅炉后，在炉内煤料的充分混合及循环过程中，掺烧剂中的脱硫剂颗粒与煤燃烧过程中产生的SO2发生反应，抑制其随烟气排出，脱硫产物形成稳定的矿物赋存于改性产品中，从而达到比采用石灰石更为理想的脱硫效果。

4.3 粉煤灰渣改性生成水硬性胶凝材料

选取了粉煤灰渣三种试样，分别对其进行安定性和三天抗折强度分析，结果均符合国家标准。

5 结语

循环液化床锅炉内实施灰渣改性技术，既可治理燃煤电力行业存在的“煤烟型”污染，又能节约并合理利用能源，实现废弃物的资源化利用。固结脱硫在产品中形成特种水泥矿物，提高了燃煤的燃尽度，减少了锅炉腐蚀，同时也提高了灰熔点，避免了锅炉内的结焦现象。

［1］王明建，刘焕清.电厂粉煤灰用于生产水泥熟料［J］.煤炭加工与综合利用，2008，28(3):45 －46.

［2］李登新，吕俊复，郭庆杰，等.循环流化床灰渣利用研究进展［J］.热能动力工程，2003，103(18):5 －8.

［3］于树辉.循环流化床锅炉炉内添加石灰石脱硫的研究［J］.电力科技与环保，2010，26(1):45 －48.

［4］盛 伟，刘志忠，韩 巍.不同煤矸配比脱硫试验分析［J］.电力环境保护，2006，22(5):23 －24.

［5］赵宏伟，李金洪，梅 林，等.粉煤灰制备硫铝酸钙－阿利特水泥熟料的研究［J］.岩石矿物学，2006，25(6):518－522.