40 t/h CFB鍋爐出力不足的原因及對策

呂保明

煤炭是我國重要的能源，據(jù)國家能源局公布的“十二五”能源規(guī)劃內(nèi)容中所述，預計到“十二五”階段末即2015年，煤炭在一次能源消費中的比重為63%，可見，煤炭在一次能源消費中仍占主導地位。而這些煤炭中又有84%是直接用于燃燒的，其燃燒效率的高低，燃燒所產(chǎn)生大氣污染物的治理程度等，直接影響到建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會的目標。

循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有燃燒效率高、污染物排放量少、煤種適應性強、負荷調(diào)節(jié)范圍廣、灰渣易于實現(xiàn)綜合利用、易于進行舊鍋爐改造等諸多優(yōu)點。因此，在我國得到了快速的發(fā)展。但與西方發(fā)達國家以燃煤脫硫、脫硝為主要目的不同，我國使用循環(huán)流化床鍋爐的主要目的是能燃用劣質(zhì)燃料，因此，有著為數(shù)眾多的小容量機組，鍋爐也多為75 t/h以下的中小型鍋爐，在實際投運中存在諸多問題。下面結(jié)合某電廠40 t/h循環(huán)流化床鍋爐的運行情況，分析循環(huán)流化床鍋爐運行中常見的出力不足，無法達到設計值的問題，并找出相應的解決辦法。

1 案例分析

1.1 40 t/h循環(huán)流化床鍋爐運行現(xiàn)狀

某廠是以煤矸石為燃料的發(fā)電兼供熱的小型熱電站，在消化煤矸石的同時，產(chǎn)生了大量SO2及粉塵，對環(huán)境造成了很大污染，為適應國家新的環(huán)保要求，該廠進行了供熱環(huán)保改造，將原來落后鍋爐淘汰，改為現(xiàn)在使用的循環(huán)流化床鍋爐，型號為：JG－40/3.82－M。投產(chǎn)后，鍋爐的運行狀況一直不理想，達不到設計要求，主要表現(xiàn)在出力不足，爐膛出口溫度偏低。由于鍋爐運行狀況不理想，使得該廠煤耗較大、用電居高不下，并對該廠肩負的冬季供暖任務的完成帶來很大困難。

1.2 鍋爐運行技術(shù)參數(shù)

2010年11月～2011年2月鍋爐蒸發(fā)量見表1，鍋爐運行技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 2010年11月～2011年2月鍋爐蒸發(fā)量表

表2 鍋爐運行技術(shù)參數(shù)表

通過分析鍋爐運行技術(shù)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，鍋爐實際蒸發(fā)量均值為34.5 t/h，僅能達到設計值的86%，而爐膛出口溫度為750℃，僅能達到設計值的87%，可見，爐膛出口溫度的偏低使得蒸發(fā)量不足，進而使得鍋爐出力達不到額定值，最終影響到了整個電廠的安全經(jīng)濟運行。

1.3 影響鍋爐運行狀況的主要因素

對循環(huán)流化床鍋爐而言，可能引起爐膛出口溫度降低的原因有：風機出力低、爐膛漏風大、主副床物料循環(huán)不好、懸浮段溫差大、煤質(zhì)差、燃料顆粒粗細配比不合適等，經(jīng)過該廠技術(shù)人員的逐步分析與排查，結(jié)合該廠實際生產(chǎn)情況，最終確定了如下幾項主要因素。

1)主副床物料循環(huán)不好。循環(huán)流化床燃煤技術(shù)對煤在爐內(nèi)的燃燒時間有一定要求(通常至少要求4 s)，由于40 t/h及以下鍋爐受成本等因素的制約，爐膛高度有限，因此，常用增加副床的辦法來彌補煙程的不足，副床流化速度較低，物料在其中充分燃燒后，副床渣中可燃物含量低于1%，從而使得鍋爐整體效率得以提高。在主副床溫的選擇上，綜合考慮結(jié)渣的危險性、脫硫效果、氮氧化物的控制等相關(guān)因素，最終設計確定主床溫度850～950℃，副床比主床低50℃，副床上中下相差50℃。但在實際運行中發(fā)現(xiàn)，副床溫度明顯低于規(guī)程要求的溫度，而主床溫度高，見表3。主床物料交換不到副床的物料，從而影響到爐膛出口溫度。

表3 主副床溫度表

2)粗細顆粒配比不合適。循環(huán)流化床鍋爐因為沒有制粉系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)破碎后的燃煤直接進入爐膛燃燒，同時它不要求所有送入的燃料在一次通過爐膛就實現(xiàn)完全燃燒，因此，對燃煤顆粒粒度的分布要求比較嚴格。臨界流化速度、運行速度和飛出速度與顆粒粒徑的關(guān)系見圖1。

由圖1可知，當顆粒直徑d=2.6 mm時，其運行速度已經(jīng)超過了d=0.8 mm粒徑的飛出速度，這樣，當2.6 mm直徑的粒徑燃燒時，0.8 mm直徑的粒徑很容易被飛灰?guī)С鰻t膛，使得鍋爐煤耗增加，經(jīng)濟性差。

圖1 臨界流化、運行和飛出速度與顆粒粒徑關(guān)系圖

可見，這些顆粒粒度的具體構(gòu)成對燃燒和傳熱起著很重要的作用。通常，按尺寸大小可將顆粒可分為三種形式：第一部分是粗顆粒，主要在床內(nèi)停留與燃燒，最終以底渣的形式排出爐外，第二部分是細顆粒，它們會逃離爐膛和旋風分離器作為飛灰排出;第三部分是中等顆粒，它們在床內(nèi)循環(huán)燃燒直至磨細作為飛灰排除。

若粗顆粒太多，則會降低傳熱并且使流化不均;若中等顆粒太多(由于在目前循環(huán)流化床鍋爐設計運行中，一般都不排放循環(huán)灰)，又會使循環(huán)灰在爐內(nèi)會越積越多，使床壓升高，爐膛上部顆粒濃度升高，使實際運行鍋爐偏離設計值。因此，適當選取顆粒粒度對循環(huán)流化床鍋爐流化、傳熱與燃燒非常重要。

該廠機組投運后，經(jīng)過對燃料粒度統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，雖然經(jīng)過了破碎篩分系統(tǒng)，但燃料中粗顆粒偏多，粗細顆粒配比達不到設計要求，使得鍋爐流化不均勻，降低了傳熱與燃燒，最終使爐膛出口溫度低于設計值。顆粒粒徑見表4。

表4 顆粒粒徑統(tǒng)計表

3)懸浮段溫差大。由煙氣夾帶出床層的細顆炭粒和少量揮發(fā)分在懸浮段內(nèi)繼續(xù)燃燒釋放的熱量和受熱面吸收的熱量的熱平衡決定了懸浮段的煙溫分布。由于該電廠為矸石電廠，燃料為煤矸石，化學反應活性較差，燃燒不充分，放熱量不足，因此，溫度衰減很塊，造成整個懸浮段溫差降很大，實際檢測到懸浮段溫差約170℃，遠高于設計要求的73℃。溫差值見表5。

2 解決問題的辦法

2.1 改造煙風系統(tǒng)

1)調(diào)整一次風與二次風的配比。循環(huán)流化床鍋爐由于自身燃燒特點，使得其煙風系統(tǒng)與其它鍋爐有很大區(qū)別，風機數(shù)量多，壓頭差異大，管路結(jié)構(gòu)復雜。其中，一次風的主要作用是作為床料的流化風以及為燃料初期燃燒提供氧量，需要克服布風板阻力、料層阻力，因此，一次風機壓頭高，流量大;二次風的主要作用是為燃料燃燒提供后續(xù)氧量，進入爐膛加強爐內(nèi)空氣擾動，實現(xiàn)燃料的分級燃燒，并盡量實現(xiàn)燃料的充分燃燒。

表5 溫差值表

在原來的煙風系統(tǒng)條件下，一次風比過高，這必然導致高的密相區(qū)燃燒份額，此時就要求有較多的溫度低的循環(huán)物料返回密相床，而實際運行中，物料循環(huán)很不充分，直接導致鍋爐出力上不去。返料量和一次風量的關(guān)系見圖2。

圖2 返料量和一次風量的關(guān)系圖

該廠結(jié)合煙風系統(tǒng)的獨特性，經(jīng)過研究與總結(jié)，在運行時，調(diào)整了一次風與二次風的配比，將一次風降低到流化狀態(tài)運行，同時適當增加二次風量，保證副床物料流化，達到主副床物料良好循環(huán)的效果。

2)拆除主副床間的擋墻。在冷態(tài)實驗時，發(fā)現(xiàn)副床物料流回到主床的物料比例較少，主副床循環(huán)差，主床溫度高，給煤困難。因此，將原來煙風系統(tǒng)中主副床間的擋墻全部拆除，使得主副床間循環(huán)量增加，副床溫度得以提高。

通過對煙風系統(tǒng)的調(diào)整與結(jié)構(gòu)改造，主床溫度在900℃ ～950℃之間運行，副床溫度在850℃ ～900℃之間運行，沸下點溫度也能達到780℃ ～830℃。

2.2 改造破碎篩分系統(tǒng)

該廠使用的破碎機為環(huán)錘式破碎機，燃料以煤矸石為主，燃料由進料口進入破碎室后，在高速旋轉(zhuǎn)、交錯排放的錘頭沖擊下，受到剪切、研磨、擠壓、滾碾等綜合力的作用，從而破碎到相應的粒度。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，由于破碎機二次篩分篩板間隙為10 mm，導致最終破碎后的顆粒較大，無法滿足JG－40/3.82－M循環(huán)流化床鍋爐對入爐煤粒度的設計要求(8 mm以下顆粒占95%)，將原來二次篩條狀篩板間隙由原來的10 mm調(diào)整為8 mm，大顆粒經(jīng)過返料皮帶，經(jīng)過再次破碎后，再回到皮帶，從而提高了8 mm以下細顆粒的比例，通過調(diào)整后，8 mm以下顆粒所占比例由之前的75%上升到了85%，大大改善了鍋爐的傳熱與燃燒性能。

2.3 增加衛(wèi)燃帶高度，降低懸浮段溫差

在爐膛四周使衛(wèi)燃帶高度由原來的▽16.3 m增加到▽19.3 m，增加3 m后，水冷壁吸熱減少，爐膛溫度提高，同時懸浮段飛灰顆粒因爐膛溫度高而能夠充分燃燒，這樣，新的熱平衡形成了，爐膛出口溫度也相應提高了。

通過調(diào)整后，爐膛出口溫度提高到820℃ ～860℃，懸浮段溫差減小，達到設計要求。

3 結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐作為一種新型燃燒方式，雖然具有諸多優(yōu)點，但其獨特的燃燒方式也對煙風系統(tǒng)、破碎篩分系統(tǒng)以及其它相關(guān)輔機設備具有特別的要求，只有各系統(tǒng)設計調(diào)整達到相應要求，才能使循環(huán)流化床鍋爐運行穩(wěn)定、高效。

通過調(diào)整后，爐膛出口溫度達到了要求，相應地，鍋爐蒸發(fā)量也提高了5.5 t/h，達到了設計值40 t/h。同時，鍋爐的蒸發(fā)量達到設計值后，也使得該廠能夠圓滿完成冬季的發(fā)電供熱任務。

［1］ 岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行［M］.北京：中國電力出版社，1998：13－19.

［2］ 林志杰.流化床鍋爐燃燒［M］.武漢：華中理工大學出版社，1992：69－72.

［3］ 呂俊復.循環(huán)流化床鍋爐運行與檢修［M］.北京：中國水利水電出版社，2005：161－169.

［4］ 程世慶.循環(huán)流化床鍋爐設備與運行［M］.北京：中國電力出版社，2008：83－97.