（云南大唐國際紅河發(fā)電有限責任公司，云南 開遠 661699）

前言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)發(fā)展比較快，它屬于高效低污染清潔燃燒技術(shù)，主要被用以電站鍋爐、廢棄物處理和工業(yè)鍋爐等諸多領(lǐng)域。其應(yīng)用規(guī)模也日漸擴大。當前，我國部分火電廠已經(jīng)開始對循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)進行應(yīng)用，為火電廠工作開展提供了技術(shù)支持。研究循環(huán)流化床鍋爐運行參數(shù)對飛灰和灰渣特性的影響，需先對循環(huán)流化床鍋爐概況進行明確了解，再從多個層面闡釋具體影響因素，以達到良好的研究效果，為火電廠后續(xù)各項專業(yè)性工作的開展提供輔助。

一、循環(huán)流化床鍋爐概況

以某火電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐為例，它主要由以下三個部分構(gòu)成：

1.爐膛、汽包和冷渣器。爐膛內(nèi)部包含雙面水冷壁，結(jié)構(gòu)為全膜式。另包括水冷屏、屏式中溫過熱器、屏式高溫過熱器和屏式高溫再熱器。爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室，水冷風(fēng)室底部布置有一次熱風(fēng)道，進風(fēng)型式為底部進風(fēng)。本爐采用床上點火方式，一共設(shè)置了八支床上點火大功率油槍，左右側(cè)墻各布置2臺，前墻布置4臺。主要功能是在鍋爐啟動過程中進行點火和低負荷穩(wěn)燃。鍋爐采用固態(tài)排渣，爐膛底部布置有4臺滾筒冷渣器，冷渣器冷卻后的爐渣由兩條排渣線排至渣倉。

2.水冷式旋風(fēng)分離器和回料閥。3臺水冷式旋風(fēng)分離器位置在爐膛和尾部煙道之間。3臺非機械型回料裝置分別布置在分離器下部。旋風(fēng)分離器的作用是收集隨煙氣流出的飛灰顆粒，在回料裝置中對其進行放置，并在尾部對流煙道中對顆粒燃燒形成的煙氣進行引入。經(jīng)收集到的固體顆粒會返回爐膛，再次燃燒。固體顆粒循環(huán)燃燒中離不開回料裝置和氣固分離裝置的作用[1]。

3.尾部煙道及受熱面。尾部豎井采用雙煙道結(jié)構(gòu)，前煙道布置有低溫再熱器，后煙道由上至下順序布置有低溫過熱器和高溫省煤器，向下雙煙道合并，依次布置有低溫省煤器和一臺四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的煙氣經(jīng)過尾部受熱面和空預(yù)器后，進入電除塵裝置進行煙氣飛灰分離，飛灰收集在電除塵底部，經(jīng)氣力排灰至灰?guī)?，煙氣?jīng)過引風(fēng)機、煙囪排至大氣。

二、循環(huán)流化床鍋爐運行參數(shù)對飛灰特性的影響

飛灰的孔隙特征比較復(fù)雜，包含表面積、比體積和孔隙率等各項指標，與運行參數(shù)具有直接相關(guān)性。研究人員可采用分形理論對它的變化規(guī)律進行闡釋。處于循環(huán)流化床鍋爐燃燒背景下的煤會經(jīng)歷一個分形維數(shù)變化過程。它的變化趨勢是從煤到灰這一過程中，分形維數(shù)經(jīng)歷著先增長再降低的變化。它的主要影響因素是煤的揮發(fā)過程、燃燒過程和燃盡過程等。故而，對飛灰的分形特性和運行參數(shù)變化規(guī)律進行探討，能夠?qū)唧w燃燒情況進行判定，使后期運行調(diào)試工作更加科學(xué)、合理。

1.氧量參數(shù)

確定負荷、一次風(fēng)量和水冷風(fēng)室壓力等指標，單獨變量為氧量，那么氧量增加，飛灰含碳量減少，分形維數(shù)降低。氧量界面內(nèi)，飛灰含碳量和氧量呈線性關(guān)系，假定氧量增加，飛灰含碳量會呈線性降低。分形維數(shù)和氧量呈現(xiàn)非線性關(guān)系，隨氧量增加而降低。因而，氧量直接影響了峰值區(qū)飛灰含碳量和分形特性。燃燒背景下，可對二次風(fēng)進行改進，以調(diào)整氧量[2]。

二次風(fēng)的作用包含兩個方面：（1）提供充足的氧量，為燃料的后期燃燒提供助力；（2）借助空氣和物料摻混，對爐內(nèi)稀相區(qū)燃燒情況進行控制。飛灰分形維數(shù)表明，飛灰處于復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)狀態(tài)，且其結(jié)構(gòu)特性受未燃盡殘?zhí)冀Y(jié)構(gòu)和無機質(zhì)晶體機構(gòu)復(fù)雜性影響。增加氧量，使二次風(fēng)更具穿透性。二次風(fēng)使氧量與煤炭顆粒碰撞加劇，增加煤炭顆粒表面和內(nèi)部燃燒的充分性及均勻性，使飛灰含碳量和分形維數(shù)降低，孔隙更加均勻。

2.一次風(fēng)量

分形維數(shù)隨一次風(fēng)量的增大而降低，飛灰含碳量和床溫則分別呈現(xiàn)增加和升高趨勢。燃燒過程中，受一次風(fēng)量影響，物料流化狀態(tài)、密相區(qū)和稀相區(qū)燃燒份額、煤炭顆粒在爐內(nèi)的停留時間發(fā)生改變。增加一次風(fēng)量會使顆粒在爐內(nèi)的停留時間縮短。如果加強主流物料剛性，物料中心區(qū)域?qū)⒉粫欢物L(fēng)穿透，以增加飛灰含碳量。反之，增加一次風(fēng)量，會加快焦炭顆粒燃燒初期的孔隙擴張速度。既定尺度界面內(nèi)，煤炭顆粒呈現(xiàn)均勻的孔隙結(jié)構(gòu)狀態(tài)。增加一次風(fēng)量會對煤炭顆粒流化性能產(chǎn)生影響，降低飛灰分形維數(shù)，對顆粒團混情況進行控制。表明，分形維數(shù)與氧量、一次風(fēng)量和含碳量具有耦合關(guān)系[3]。

3.水冷風(fēng)室壓力

假定工況背景是負荷200MW、一次風(fēng)量220KNm3/h、含氧量3.5%，對水冷風(fēng)室壓力進行更改，明確水冷風(fēng)室壓力背景下分形維數(shù)和含碳量的具體變化情況。結(jié)果表明，分形維數(shù)和水冷風(fēng)室壓力二者的變化趨勢是拋物線型，如果增加水冷風(fēng)室壓力，分形維數(shù)會先降低，繼而升高，拋物線開口向上，極值所處位置在10KPa附近?？珊侠磉x擇一次風(fēng)量和氧量，以有效控制水冷風(fēng)室壓力對循環(huán)流化床鍋爐燃燒的影響。如果一次風(fēng)量和氧量比較低，可選擇高水冷風(fēng)室壓力，故而，特定背景下，含碳量與水冷風(fēng)室壓力成反比。假定水冷風(fēng)室壓力從8KPa增加到10KPa，會增加煤炭顆粒燃燒程度，孔隙處于良好發(fā)育狀態(tài)，分形維數(shù)降低。水冷風(fēng)室壓力繼續(xù)增加直至12KPa，低一次風(fēng)量和高風(fēng)壓會增加飛灰內(nèi)循環(huán)。如果飛灰處于爐內(nèi)較長時間，燃燒也會更加充分。但是，一旦機質(zhì)碳燃盡，品格結(jié)構(gòu)坍塌，受無機質(zhì)填充和塑形形變影響，孔隙結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，而分形維數(shù)也呈現(xiàn)增大趨勢[4]。

4.床溫

在單個運行參數(shù)背景下，分析其對分形特性的影響，會呈現(xiàn)一定的趨勢，但是無規(guī)律可循。分別類舉氧量和一次風(fēng)量對飛灰分形維數(shù)的影響，前者接近拋物線關(guān)系，后者呈反比例關(guān)系。故而，需以中間變量為依據(jù)，對受多變量綜合影響的飛灰分形特性進行考量。實踐證實，床溫即為該中間變量，以此為依據(jù)，采用線性回歸方法對分形和運行參數(shù)的變化規(guī)律進行歸納和總結(jié)。

三、循環(huán)流化床鍋爐運行參數(shù)對灰渣特性的影響

對300MW負荷以下，不同運行工況背景的灰渣樣品進行擇取。借助壓汞實驗，對灰渣分形特征進行明確。研究結(jié)果表明，灰渣的分形維數(shù)與3趨近，而飛灰分形維數(shù)則與2趨近，闡明了鍋爐內(nèi)煤循環(huán)燃燒背景下，燃燒產(chǎn)物的微觀特性會發(fā)生突變。研究飛灰分形特性表明，峰值區(qū)含碳量與飛灰分形維數(shù)呈反比，即飛灰分形維數(shù)隨著其在爐內(nèi)停留時間的增加而增大。假定灰渣背景為大顆?；?，分形維數(shù)會隨灰渣在爐內(nèi)停留時間延長而增加。

負荷200MW、一次風(fēng)量200KNm3/h背景下，更改氧量和水冷風(fēng)室壓力對灰渣分形特性的影響。氧量增加背景下，灰渣分形維數(shù)變化背景是先減小后增大。變化特性與水冷風(fēng)室壓力剛好相反。3.5%-4.0%氧量區(qū)間內(nèi)，增加氧量，爐膛稀相區(qū)氧氣濃度和擴散能力也會隨之提高，使細顆粒燃燒加劇，細小顆粒飛灰返料量降低。故而，爐膛底部不經(jīng)過外循環(huán)即進行排渣，爐內(nèi)溫度不會有太大變化，微觀結(jié)構(gòu)比較均勻，降低了分形維數(shù)。如果氧量增加到4.5%，總風(fēng)量、過量空氣系數(shù)和爐膛運行煙速等指標也會增加，使分離器顆粒逐漸增多，對外循環(huán)顆粒產(chǎn)生影響，加劇微觀結(jié)構(gòu)變化程度，分形維數(shù)也逐漸變大[5]。

特定一次風(fēng)量和氧量環(huán)境下，物料流態(tài)化和物料沿爐膛高度分別會受水冷風(fēng)室壓力影響。假定水冷風(fēng)室壓力從8KPa增加到10KPa，一次風(fēng)攜帶能力降低，增加內(nèi)循環(huán)，并因稀相區(qū)和密相區(qū)燃燒環(huán)境差異因素，使灰渣微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增大分形維數(shù)。繼而對水冷風(fēng)室壓力進行增加，使其達到12KPa，該情況下風(fēng)室壓力比較高，使物料在稀相區(qū)的燃燒呈降低趨勢，密相區(qū)背景下，焦炭顆粒的燃燒份額增加，環(huán)境并無太大變化，灰渣微觀結(jié)構(gòu)差異也不太明顯，降低分形維數(shù)。

溫度處于不斷升高狀態(tài)，分形維數(shù)和灰渣含碳量的變化趨勢相同。但是，氧量和風(fēng)室壓力的差異性，使分形維數(shù)和含碳量的變化趨勢相反。由此得出，灰渣含碳量和分形維數(shù)受溫度影響，并且與氧量和風(fēng)室壓力耦合作用具有相關(guān)性[6]。

綜合具體研究背景，對溫度、氧量、風(fēng)室壓力等指標對灰渣含碳量和分形維數(shù)的影響規(guī)律進行考量。耦合作用對灰渣含碳量的影響程度取決于氧量和床壓，而灰渣含碳量受床溫影響。

四、結(jié)語

綜上所述，采用分形維數(shù)描述循環(huán)流化床鍋爐運行參數(shù)對飛灰和灰渣特性的影響，能夠達到良好的研究效果。本文著重研究煤、飛灰和灰渣的微觀特性，繼而對循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)煤的燃燒情況進行反應(yīng)，為火電廠各項工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)，推進火電廠內(nèi)部各項工作的順利開展。

[1]樊保國,劉興國,等.循環(huán)流化床鍋爐飛灰的分形特性[J].煤炭學(xué)報,2014,(06):1154-1158.

[2]李斌,李建鋒,等,堯國富,王元,朱超,黃海濤.我國大型循環(huán)流化床鍋爐機組運行現(xiàn)狀[J].鍋爐技術(shù),2012,(01):22-28.

[3]鄧雨生.混燒石油焦油頁巖循環(huán)流化床灰渣特性的試驗研究[J].熱能動力工程,2011,(06):716-720+775.

[4]吳劍恒.CFB鍋爐燃用福建無煙煤二次風(fēng)特性試驗 [J].華北電力技術(shù),2010,(03):15-22.

[5]李建鋒,郝繼紅,等.中國循環(huán)流化床鍋爐機組運行現(xiàn)狀分析[J].鍋爐技術(shù),2010,(02):33-37+75.

[6]黃中,潘貴濤,張品高,肖平,孫獻斌.300MW大型循環(huán)流化床鍋爐運行分析與發(fā)展建議[J].鍋爐技術(shù),2014,(06):35-41.