循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰含炭量的討論

孫海++張瑞晶

[摘 要]循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含碳量問(wèn)題近年來(lái)受到關(guān)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(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，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(jī)理后，判斷飛灰中失去反應(yīng)性的焦炭粒子是飛灰偏高的主要原因，但在運(yùn)行中可以通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)有效降低飛灰含碳量，提高鍋爐效率。針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰含炭量的相關(guān)問(wèn)題，本文作了一些討論。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 飛灰含炭量 降低

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）02-0214-01

一、關(guān)于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的一種潔凈煤燃燒技術(shù)，近二十年來(lái)才應(yīng)用于電站鍋爐領(lǐng)域并逐漸成熟起來(lái)。近幾年來(lái)，循環(huán)流化床燃煤電站鍋爐在我國(guó)迅速崛起。它的主要特點(diǎn)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(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

二、鍋爐飛灰中殘?zhí)嫉男纬蓹C(jī)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(yùn)行出現(xiàn)了一些問(wèn)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(wèn)題。特別是鍋爐經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，由于選型不當(dāng)和材質(zhì)不合格，加上鍋爐的頻繁起停，導(dǎo)致一些部位出現(xiàn)顆粒向爐外泄漏現(xiàn)象。還有由于設(shè)計(jì)和施工工藝不當(dāng)導(dǎo)致的磨損問(wèn)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(dòng)，容易出現(xiàn)材料的磨損、破壞問(wèn)題。爐膛溫度偏高以及石灰石選擇不合理導(dǎo)致的脫硫效率降低問(wèn)題?；以C合利用率低的問(wèn)題。其中尤其是飛灰含碳量高問(wèn)題的存在影響了循環(huán)流化床鍋爐的連續(xù)、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還帶來(lái)了維修工作量大、運(yùn)行費(fèi)用高等問(wèn)題。

根據(jù)研究，從密相區(qū)揚(yáng)析出的細(xì)小焦炭顆粒時(shí)飛灰中未燃碳的主要來(lái)源。煤粒在進(jìn)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(dāng)煤粒溫度達(dá)到熱解溫度時(shí)，煤粒中揮發(fā)分析出，隨著熱解的進(jìn)行，顆粒內(nèi)部將產(chǎn)生明顯的壓力梯度，一旦壓力超過(guò)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(xì)小粒子，這些細(xì)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(yīng)特性分為兩類(lèi)；一類(lèi)反應(yīng)性行對(duì)較高，甚至還有未析出的揮發(fā)分，這類(lèi)顆粒在爐膛內(nèi)停留時(shí)間不長(zhǎng)，主要分布在較大的飛灰顆粒中。另一類(lèi)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(fù)循環(huán)燃燒，焦炭的反應(yīng)性隨著停留時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，這類(lèi)顆粒主要集中在較細(xì)的飛灰顆粒中。在熱解最初階段反應(yīng)性下降非?？?，接下來(lái)下降速度減緩，最后達(dá)到由熱處理溫度決定的一個(gè)漸進(jìn)值，溫度越高，此漸進(jìn)值越低（見(jiàn)圖1）。循環(huán)流化床燃燒溫度下，焦炭在10～30min內(nèi)，反應(yīng)性下降至最低，爐膛中的細(xì)小顆粒一般不能停留這么久，所以飛灰中低反應(yīng)性焦炭極有可能是來(lái)自于原煤形成的大顆粒焦炭。大顆粒焦炭在引爆裂、磨損達(dá)到可揚(yáng)析的細(xì)小顆粒之前會(huì)在爐膛內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí)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(yīng)性廣，但對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)成型的循環(huán)流化床鍋爐，只能燃燒特定的煤種（即設(shè)計(jì)煤種）時(shí)才能達(dá)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(guó)主要按煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量對(duì)煤進(jìn)行分類(lèi)，按照揮發(fā)分含量由低到高的順序?qū)⒚悍殖蔁o(wú)煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等。揮發(fā)分含量的大小實(shí)際上反映了煤形成過(guò)程中碳化程度的高低，與煤的年齡密切相關(guān)。不同煤種本身的物理組成和化學(xué)特性決定了它們?cè)谌紵蟮娘w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(guò)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(kuò)散阻力大，導(dǎo)致反應(yīng)面積小，延長(zhǎng)了顆粒燃盡的時(shí)間，顆粒中心的碳粒無(wú)法燃盡而出現(xiàn)黑芯，降低了燃燒效率，同時(shí)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(guò)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(xì)顆粒多，對(duì)燃盡不利，飛灰含碳量高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：顆粒太小，由于煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，燃不盡，飛灰含碳量就大。相對(duì)而言，燃用優(yōu)質(zhì)煤，煤顆?？纱中蝗加昧淤|(zhì)煤，煤顆粒要細(xì)些。所以對(duì)于不同的煤質(zhì)要調(diào)整二級(jí)破碎機(jī)的破碎能力來(lái)調(diào)整煤的粒度。煤中水分過(guò)大不僅降低床溫，同時(shí)易造成輸煤系統(tǒng)的堵塞，故對(duì)于水分高的煤進(jìn)行摻燒。

（三）過(guò)量空氣系數(shù)的影響。一次風(fēng)作用是保證鍋爐密相區(qū)料層的流化與燃燒，二次風(fēng)則是補(bǔ)充密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。調(diào)整好一二次風(fēng)的配比，有效地降低飛灰、灰渣含碳量，是保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的主要手段。運(yùn)行中適當(dāng)提高過(guò)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(guò)量空氣系數(shù)超過(guò)一定數(shù)值，將造成床溫下降，爐膛溫度下降，總?cè)紵蕦⑾陆?，風(fēng)機(jī)電耗增大。所以在符合變化不大時(shí)，一次風(fēng)量盡量穩(wěn)定在一個(gè)較合適的數(shù)值上，少作調(diào)整，主要靠調(diào)整二次風(fēng)比例來(lái)控制密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。一二次風(fēng)的配比，與鍋爐負(fù)荷、煤種等有關(guān)，通過(guò)進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)可建立鍋爐不同負(fù)荷與一二次風(fēng)量配比的經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)或表格，供運(yùn)行調(diào)整時(shí)參考。

（四）燃燒溫度的影響。和煤粉鍋爐爐膛溫度高達(dá)1400～1500℃相比，循環(huán)流化床運(yùn)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(shí)間長(zhǎng)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(guò)20年的發(fā)展，目前我國(guó)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(fēng)分離器、下排氣中溫旋風(fēng)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(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇最經(jīng)濟(jì)最實(shí)用的措施。

（一） 調(diào)整鍋爐運(yùn)行參數(shù)，特別是提高床溫和增加二、三次風(fēng)量能達(dá)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(shí)效果較好。

（三） 提高二次和三次風(fēng)量，增加了二次和三次風(fēng)壓頭，強(qiáng)化了爐內(nèi)的擾動(dòng)，增加了氣流的穿透力，使得爐內(nèi)物料混合更加充分，也使?fàn)t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(fēng)量達(dá)39km3/h時(shí)較為理想。

（四） 同時(shí)提高床溫和二次和三次風(fēng)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(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)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(yùn)行，床溫控制在920C～970C為宜.二次和三次風(fēng)量如果太大.不僅導(dǎo)致了氧含量的超標(biāo)，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(duì)鍋爐受熱面的磨損.根據(jù)測(cè)試結(jié)果，二次和三次風(fēng)量與一次風(fēng)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(fēng)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(mǎn)足煤灰綜合開(kāi)發(fā)利用的要求，又能適當(dāng)提高鍋爐效率。

參考文獻(xiàn)

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