孫海++張瑞晶

[摘 要]循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含碳量問題近年來受到關注，鍋爐飛灰含碳量的高低是影響鍋爐熱效率的主要因素之一。若其它熱損失達到設計指標時，那么降低飛灰含碳量便成為鍋爐節(jié)能降耗的首要工作。在分析受到流化床燃燒機理后，判斷飛灰中失去反應性的焦炭粒子是飛灰偏高的主要原因，但在運行中可以通過調(diào)整運行參數(shù)有效降低飛灰含碳量，提高鍋爐效率。針對循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰含炭量的相關問題，本文作了一些討論。

[關鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 飛灰含炭量 降低

中圖分類號：TK229.66 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0214-01

一、關于循環(huán)流化床燃燒技術

循環(huán)流化床燃燒技術是國內(nèi)外公認的一種潔凈煤燃燒技術，近二十年來才應用于電站鍋爐領域并逐漸成熟起來。近幾年來，循環(huán)流化床燃煤電站鍋爐在我國迅速崛起。它的主要特點是具有良好的脫硫和脫硝特性，能很好地控制有害氣體的排放，減少酸雨形成，滿足日益嚴格的環(huán)保要求。

二、鍋爐飛灰中殘?zhí)嫉男纬蓹C理

循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展速度使循環(huán)流化床鍋爐運行出現(xiàn)了一些問題。諸如爐膛、分離器以及回送裝置及其之間的膨脹和密封問題。特別是鍋爐經(jīng)過一段時間運行后，由于選型不當和材質(zhì)不合格，加上鍋爐的頻繁起停，導致一些部位出現(xiàn)顆粒向爐外泄漏現(xiàn)象。還有由于設計和施工工藝不當導致的磨損問題。爐膛、分離器以及返料裝置內(nèi)由于大量顆粒的循環(huán)流動，容易出現(xiàn)材料的磨損、破壞問題。爐膛溫度偏高以及石灰石選擇不合理導致的脫硫效率降低問題。灰渣綜合利用率低的問題。其中尤其是飛灰含碳量高問題的存在影響了循環(huán)流化床鍋爐的連續(xù)、安全、經(jīng)濟運行，還帶來了維修工作量大、運行費用高等問題。

根據(jù)研究，從密相區(qū)揚析出的細小焦炭顆粒時飛灰中未燃碳的主要來源。煤粒在進入高溫流化床后，受到熾熱床料的快速加熱，首先是水分蒸發(fā)，然后當煤粒溫度達到熱解溫度時，煤粒中揮發(fā)分析出，隨著熱解的進行，顆粒內(nèi)部將產(chǎn)生明顯的壓力梯度，一旦壓力超過一定值，顆粒表層將崩裂而形成破碎。煤粒破碎后形成了大量的細小粒子，這些細小粒子在揮發(fā)分析出后成為活性較低、不易燃盡的焦炭粒子。

飛灰中的焦炭粒子可根據(jù)其反應特性分為兩類；一類反應性行對較高，甚至還有未析出的揮發(fā)分，這類顆粒在爐膛內(nèi)停留時間不長，主要分布在較大的飛灰顆粒中。另一類恰好相反，揮發(fā)分基本已經(jīng)析出，并且在燃燒室、分離器反復循環(huán)燃燒，焦炭的反應性隨著停留時間的增長而逐漸降低，這類顆粒主要集中在較細的飛灰顆粒中。在熱解最初階段反應性下降非常快，接下來下降速度減緩，最后達到由熱處理溫度決定的一個漸進值，溫度越高，此漸進值越低（見圖1）。循環(huán)流化床燃燒溫度下，焦炭在10～30min內(nèi)，反應性下降至最低，爐膛中的細小顆粒一般不能停留這么久，所以飛灰中低反應性焦炭極有可能是來自于原煤形成的大顆粒焦炭。大顆粒焦炭在引爆裂、磨損達到可揚析的細小顆粒之前會在爐膛內(nèi)停留較長時間。

三、影響循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量的主要因素

（一）燃料特性的影響。循環(huán)流化床鍋爐煤種適應性廣，但對于已經(jīng)設計成型的循環(huán)流化床鍋爐，只能燃燒特定的煤種（即設計煤種）時才能達到較高的燃燒效率。由于煤的結(jié)構(gòu)特性、揮發(fā)份含量、發(fā)熱量、水分、灰份的影響，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率有很大差別。我國主要按煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量對煤進行分類，按照揮發(fā)分含量由低到高的順序?qū)⒚悍殖蔁o煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等。揮發(fā)分含量的大小實際上反映了煤形成過程中碳化程度的高低，與煤的年齡密切相關。不同煤種本身的物理組成和化學特性決定了它們在燃燒后的飛灰具有不同的形態(tài)和特性。

（二）入爐煤的粒徑和水分的影響。顆粒過大，一方面床層流化不好，另一方面，碳?？偙砻娣e減少，煤粒的擴散阻力大，導致反應面積小，延長了顆粒燃盡的時間，顆粒中心的碳粒無法燃盡而出現(xiàn)黑芯，降低了燃燒效率，同時造成循環(huán)灰量不足，稀相區(qū)燃燒不充分，出力下降。另外，大塊沉積，流化不暢，局部結(jié)焦的可能性增大，排渣困難。顆粒過小，床層膨脹高，易燃燒，但是易造成煙氣夾帶，不能被分離器捕捉分離而逃逸出去的細顆粒多，對燃盡不利，飛灰含碳量高。通過實驗發(fā)現(xiàn)：顆粒太小，由于煤粉在爐內(nèi)停留時間過短，燃不盡，飛灰含碳量就大。相對而言，燃用優(yōu)質(zhì)煤，煤顆?？纱中?；燃用劣質(zhì)煤，煤顆粒要細些。所以對于不同的煤質(zhì)要調(diào)整二級破碎機的破碎能力來調(diào)整煤的粒度。煤中水分過大不僅降低床溫，同時易造成輸煤系統(tǒng)的堵塞，故對于水分高的煤進行摻燒。

（三）過量空氣系數(shù)的影響。一次風作用是保證鍋爐密相區(qū)料層的流化與燃燒，二次風則是補充密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。調(diào)整好一二次風的配比，有效地降低飛灰、灰渣含碳量，是保證鍋爐經(jīng)濟燃燒的主要手段。運行中適當提高過量空氣系數(shù)，增加燃燒區(qū)的氧濃度，有助于提高燃燒效率。但爐膛出口過量空氣系數(shù)超過一定數(shù)值，將造成床溫下降，爐膛溫度下降，總?cè)紵蕦⑾陆担L機電耗增大。所以在符合變化不大時，一次風量盡量穩(wěn)定在一個較合適的數(shù)值上，少作調(diào)整，主要靠調(diào)整二次風比例來控制密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。一二次風的配比，與鍋爐負荷、煤種等有關，通過進行燃燒調(diào)整試驗可建立鍋爐不同負荷與一二次風量配比的經(jīng)驗曲線或表格，供運行調(diào)整時參考。

（四）燃燒溫度的影響。和煤粉鍋爐爐膛溫度高達1400～1500℃相比，循環(huán)流化床運行溫度通常控制在850～900℃之間，屬低溫燃燒，在此條件下煤粒的本正燃燒速率低得多，加上流化床內(nèi)顆粒粒徑比煤粉爐內(nèi)煤粉粗得多，所需的燃盡時間長得多。提高燃燒溫度，飛灰含碳量低；相反，燃燒溫度低，飛灰含碳量高。

（五）分離器分離效率的影響。分離器分離效率高，切割粒徑小，飛灰含碳量低；相反，分離器分離效率低，切割粒徑大，飛灰含碳量高。經(jīng)過20年的發(fā)展，目前我國循環(huán)流化床鍋爐使用的高效分離器有三種：上排氣高溫旋風分離器、下排氣中溫旋風分離器和水冷方形分離器。

四、循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰含炭量的策略及分析

降低飛灰含碳量的措施有多種，應根據(jù)實際情況選擇最經(jīng)濟最實用的措施。

（一） 調(diào)整鍋爐運行參數(shù)，特別是提高床溫和增加二、三次風量能達到降低灰含碳量的目的。

（二） 提高鍋爐床溫有利于完全燃燒，降低灰的含碳量.床溫控制在950C時效果較好。

（三） 提高二次和三次風量，增加了二次和三次風壓頭，強化了爐內(nèi)的擾動，增加了氣流的穿透力，使得爐內(nèi)物料混合更加充分，也使爐膛上部燃燒更加完全，有利于灰含碳量的降低.二次和三次風量達39km3/h時較為理想。

（四） 同時提高床溫和二次和三次風量，其燃燒效果更加明顯，灰渣含碳量降低的幅度也較大。

（五） 綜合考慮鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性，鍋爐床溫不能控制太高，如果高于970C，則容易造成高溫結(jié)焦影響鍋爐的正常安全運行，床溫控制在920C～970C為宜.二次和三次風量如果太大.不僅導致了氧含量的超標，增加鍋爐排煙損失，降低鍋爐熱效率.而且加大了煙氣流速，加重了對鍋爐受熱面的磨損.根據(jù)測試結(jié)果，二次和三次風量與一次風量比控制為o.8～1：l，在不考慮氧含量的情況下，二次和三次風可按上限操作.按照這種操作條件，鍋爐飛灰含碳量可以控制在小于7%的范圍.這樣既可以滿足煤灰綜合開發(fā)利用的要求，又能適當提高鍋爐效率。

參考文獻

[1]路明孫力.循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰含碳量的研究與探索[J].能源與節(jié)能.2013.09期

[2]趙立軍.240t/h循環(huán)流化床鍋爐中心筒改造[J].設備管理與維修.2010.08期

[3]秦慈進梁吉偉.循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量影響因素研究[J].節(jié)能.2010.10期

[作者簡介] 孫海（1985—），男，內(nèi)蒙古人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學，助理工程師，現(xiàn)從事火力發(fā)電廠運行管理工作。