史修立

（華能招標有限公司，北京 102209）

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計床溫一般在850～900 ℃，此范圍的煤粒燃燒屬于低溫燃燒；相較于煤粉鍋爐而言，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)煤顆粒的燃燒速率較低，粒徑明顯更粗，其燃盡所需的時間顯著增長［3］。因此，循環(huán)流化床鍋爐的飛灰可燃物含量易偏高［4-5］。

針對循環(huán)流化床鍋爐飛灰可燃物含量易高的問題，在理論分析的基礎(chǔ)上，對某電廠145 MW 循環(huán)流化床鍋爐開展降飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗分析，以期找到降低飛灰可燃物含量的有效辦法。

1 設(shè)備簡介

機組鍋爐型號HG-465／13.7-L.PM，為自然循環(huán)超高壓中間再熱流化床汽包爐，單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、懸吊結(jié)構(gòu)、全鋼構(gòu)架，臥管式空氣預(yù)熱器，爐后給煤，爐前排渣，固態(tài)機械除渣。鍋爐露天布置，運轉(zhuǎn)層以下全封閉，運轉(zhuǎn)層標高為9 m。

鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱旋風分離器、雙路回料閥和尾部對流煙道組成。燃燒室（爐膛）蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，水循環(huán)采用單汽包、自然循環(huán)、單段蒸發(fā)系統(tǒng)。采用水冷布風板，大直徑鐘罩式風帽。燃燒室內(nèi)布置雙面水冷壁來增加蒸發(fā)受熱面。燃燒室內(nèi)布置屏式Ⅱ級過熱器和高溫再熱器。

鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐設(shè)計技術(shù)參數(shù)

2 鍋爐飛灰可燃物含量現(xiàn)狀

鍋爐日常運行一周時間內(nèi)飛灰可燃物含量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 鍋爐正常運行時飛灰可燃物含量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)

從圖1 可以看出，鍋爐飛灰可燃物含量明顯比同類型機組偏高。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鍋爐的飛灰可燃物含量一般在16%～20%的水平。

在這個過程中，控制好芯層的應(yīng)力尤為重要，波導(dǎo)芯層采用干法刻蝕系統(tǒng)中的RIE；當獲得刻蝕角度和側(cè)壁光滑的矩形波導(dǎo)后，沉積大于15 μm的硼磷硅玻璃(Boron Phosphorus Silicate Glass,BPSG)作為上包層，也就是在硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)沉積條件中摻雜乙硼烷(B2H6)和磷烷(PH3)，使上包層熔點降低、流動性變好，但同時B2H6使折射率下降，需通過PH3來調(diào)高折射率.

3 理論分析

3.1 煤質(zhì)影響

3.1.1 入爐煤的熱值

文獻［6］表明，入爐煤的熱值較高時，飛灰可燃物含量相對較高；相反，入爐煤的熱值較低時，飛灰可燃物含量相對較低。但是，入爐煤的熱值過低時，煤中灰分含量升高，飛灰可燃物含量也會升高。

3.1.2 入爐煤的粒度

從燃燒角度來講，入爐煤的粒度越細，著火越迅速，燃燒越充分，越易燃盡，故而飛灰可燃物含量越低。但是，入爐煤的粒度過小，雖易著火及燃燒，但也易被煙氣夾帶，進而煤粒難以被旋風分離器捕捉分離，導(dǎo)致逃逸至尾部煙道的細顆粒較多；同時，煤在爐內(nèi)的停留時間較短，因此飛灰可燃物含量較高。并且，入爐煤的粒度過小，此時的爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)的燃燒份額難以控制，床溫容易出現(xiàn)波動，進而影響爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性［7-9］。

此外，入爐煤的粒度較為均勻時，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量也會相對減少［10］。

3.1.3 入爐煤的燃盡特性

經(jīng)典燃燒學(xué)理論認為，煤顆粒內(nèi)部析出揮發(fā)份后便具有孔隙性。煤質(zhì)揮發(fā)份含量越高，燃燒時的煤顆?？紫堵试酱螅毫Ｅc空氣的接觸面積也就越大，因而更易燃盡，燃燒損失也就越小。相反，在相同因素下，煤質(zhì)揮發(fā)份含量越低，越難燃盡，燃燒損失也越大。也就是說，對于揮發(fā)份較高的燃煤，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量較低；相反，對于揮發(fā)份較低的燃煤，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量較高［10-12］。

3.2 配風影響

燃燒空氣的總量將嚴重影響循環(huán)流化床鍋爐的飛灰可燃物含量。在鍋爐運行中，適當提高過量空氣系數(shù)，有利于煤顆粒的燃盡和爐內(nèi)燃燒效率的提高；但是，過量空氣系數(shù)過高，會導(dǎo)致鍋爐運行床溫和爐膛溫度水平的降低，同時細煤粒在爐內(nèi)的停留時間也會縮短，導(dǎo)致排煙損失增大，燃燒效率降低，同時風機電耗也會相對增大。

另外，循環(huán)流化床鍋爐一二次風的配比對爐內(nèi)燃燒也有顯著影響。一次風的作用是保證鍋爐密相區(qū)的床料流化與燃燒需氧；二次風的作用是補充密相區(qū)出口及稀相區(qū)燃燒所需氧量，同時加強爐內(nèi)物料擾動，以強化稀相區(qū)細煤粒的燃燒。隨著爐膛高度的增加，爐內(nèi)氧濃度不斷降低，導(dǎo)致稀相區(qū)的焦炭燃盡較為困難。因此，在保證正常流化的前提下，適當提高二次風的比率將有助于降低鍋爐飛灰可燃物含量［8］。

3.3 床溫影響

文獻［13-14］研究表明，對于揮發(fā)份較高的煤種，鍋爐運行床溫對飛灰可燃物含量的影響較小。但是，對于混合煤種，煤質(zhì)成分差異較大，導(dǎo)致床溫對爐內(nèi)燃燒的影響較大。提高鍋爐運行床溫，一方面可以提高煤顆粒的反應(yīng)速度，縮短煤顆粒的燃盡時間；另一方面可以增強煤顆粒破碎的劇烈程度，從而增加煤顆粒與空氣接觸的比表面積，進而提高煤顆粒的燃燒速率和燃盡程度［15］。因此，在一定的溫度范圍內(nèi)，鍋爐運行床溫越高，爐內(nèi)燃燒效率越高，飛灰可燃物含量越低。

4 燃燒調(diào)整試驗

基于上述理論分析，開展鍋爐降低飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗，主要調(diào)整內(nèi)容包括一次風、二次風及床溫調(diào)整。

4.1 一次風

循環(huán)流化床鍋爐一次風的主要作用是保證鍋爐密相區(qū)的床料流化與燃燒需氧。若一次風量過大，將造成床溫和爐膛溫度下降，導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒效率降低，飛灰可燃物含量升高。

在相同負荷情況下，控制相同的氧量與二次風開度，通過調(diào)整一次風量，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，如表2 所示。

對比試驗工況1 與試驗工況2 可以發(fā)現(xiàn)，維持負荷不變，控制相同的氧量與二次風開度的條件下，減小一次風風量，鍋爐運行床溫明顯升高，飛灰可燃物含量略有降低。因此，對于145 MW 循環(huán)流化床鍋爐而言，建議今后運行在保證一次風充分流化床料的前提下，盡量降低一次風的風量。

4.2 二次風

循環(huán)流化床鍋爐二次風的作用是補充密相區(qū)出口及稀相區(qū)燃燒所需氧量，同時加強爐內(nèi)物料擾動，以強化稀相區(qū)細煤粒的燃燒。因此，在保證正常流化的前提下，適當提高二次風的比率將有助于降低鍋爐飛灰可燃物含量。

在相同負荷情況下，控制相同的氧量與一次風量，通過調(diào)整上二次風開度，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，如表3 所示。

表2 調(diào)整一次風對比數(shù)據(jù)

表3 調(diào)整二次風對比數(shù)據(jù)

對比試驗工況3 與試驗工況4 可以發(fā)現(xiàn)，維持負荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風風量與下二次風開度，增大上二次風開度，鍋爐運行床溫變化不大，但飛灰可燃物含量明顯降低。因此，建議今后運行在保持適當?shù)倪^量空氣系數(shù)前提下，增大上二次風風門開度，減小下二次風風門開度，以強化爐內(nèi)分級燃燒，增強鍋爐密相區(qū)上部及稀相區(qū)的燃燒，進而降低飛灰可燃物含量。

4.3 床溫

對循環(huán)流化床鍋爐而言，在一定的溫度范圍內(nèi)，其運行床溫越高，爐內(nèi)燃燒效率越高，飛灰可燃物含量越低。通過調(diào)整鍋爐運行床溫，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，結(jié)果如表4 所示。

對比試驗工況5 與試驗工況6 可以發(fā)現(xiàn)，維持負荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風風量與上、下二次風開度，循環(huán)流化床鍋爐的運行床溫提高后，其飛灰可燃物含量明顯降低。因此，建議今后運行在保證安全不結(jié)焦且環(huán)保指標不超標的前提下，盡量提高鍋爐運行床溫，提高爐內(nèi)燃燒效率，進而降低飛灰可燃物含量。

表4 調(diào)整床溫對比數(shù)據(jù)

4.4 入爐煤熱值及粒度分析

除此之外，對該電廠循環(huán)流化床鍋爐的入爐煤熱值與粒度進行取樣化驗，分析結(jié)果如表5 所示。

表5 入爐煤熱值及粒度數(shù)據(jù)

由表5 數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，目前該電廠循環(huán)流化床鍋爐燃煤發(fā)熱值較國內(nèi)同類型機組明顯偏高，且粒度偏細，特別是燃煤粒度1 mm 以下占比明顯偏大。如前文理論分析部分所述，燃煤熱值越高，飛灰可燃物含量相對較高；入爐煤顆粒過小，也會導(dǎo)致飛灰可燃物含量升高。因此建議今后摻燒部分熱值較低的煤種，并將入爐煤粒度控制在1 mm 以下占比25%左右。

5 結(jié)語

對于循環(huán)流化床鍋爐，當燃煤不能完全燃燒時，容易造成飛灰可燃物含量的升高。從煤質(zhì)影響、配風影響、床溫影響等方面，分析了飛灰可燃物含量的變化機理。在此基礎(chǔ)上，針對145 MW 循環(huán)流化床鍋爐開展降低飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗，提出了降低飛灰可燃物含量的有效措施，主要包括：降低一次風風量、增大上二次風風門開度、提高運行床溫、控制入爐煤熱值及粒度等。研究成果可為同類循環(huán)流化床鍋爐運行提供參考。