入爐煤粒徑對循環(huán)流化床鍋爐的影響研究

姜廣洲

摘 要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，生產(chǎn)力在穩(wěn)步提升。與此同時(shí)，電廠鍋爐的應(yīng)用在熱能和動(dòng)力工程學(xué)中也扮演著越來越重要的角色。根據(jù)入爐煤粒徑對循環(huán)流化床鍋爐的影響，提出最合適的煤粒徑大小，爭取在這一方面提高能源的利用效率，以期為我國電力事業(yè)的發(fā)展提供幫助，進(jìn)而推進(jìn)我國的可持續(xù)發(fā)展，提高社會的整體效益。

關(guān)鍵詞：入爐煤粒徑；鍋爐；熱能和動(dòng)力工程

通過研究與學(xué)習(xí)不難發(fā)現(xiàn)，熱能和動(dòng)力工程學(xué)的專業(yè)性比較強(qiáng)，所涉及的范圍非常廣泛。相關(guān)工作人員需要對熱動(dòng)能有全面的了解，對入爐煤粒徑的研究也是非常重要的，這在提高能源的利用率上有重大的研究意義。

1 研究背景和意義

1.1 研究背景

隨著當(dāng)今社會現(xiàn)代化水平的提高，電廠鍋爐的運(yùn)行一般采用機(jī)器自動(dòng)化，減少了勞動(dòng)力成本和其他資金投入，電廠安全系數(shù)也大大提高，對電廠鍋爐行業(yè)發(fā)展有極大的推動(dòng)作用。如今，電廠燃?xì)忮仩t的使用以內(nèi)部燃?xì)忮仩t控制和外部鍋爐控制為基礎(chǔ)。由于能源市場競爭的日益激烈，對燃?xì)忮仩t能源綜合利用率的要求和重視程度在不斷提高。為了使電廠鍋爐工作效率適應(yīng)市場需求，需要不斷地進(jìn)行研究，保證能源的高效利用[1]。

1.2 研究意義

循環(huán)流化床（Circulating Fluidized Bed，CFB）鍋爐是在最近幾十年才推出的清潔煤燃燒技術(shù)，主要是因?yàn)楝F(xiàn)代社會對環(huán)保的要求越來越高，引起了電廠行業(yè)的高度重視。近幾年來，國外對鍋爐技術(shù)的研究越來越重視，取得的成果也顯而易見，鍋爐的發(fā)展方向主要是能源利用。電廠鍋爐的發(fā)展十分迅速，很多國家都高度重視CFB鍋爐這種循環(huán)經(jīng)濟(jì)型鍋爐，反映出現(xiàn)代各國對電能需求量和能源高效利用的高度重視[2]。我國對這種鍋爐的研究開始于20世紀(jì)后期，到現(xiàn)在不過50年，已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的高度，但我國對綠色環(huán)保的要求也在不斷提高，電廠負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍越來越大，所以，對鍋爐的進(jìn)一步改進(jìn)已迫在眉睫[3]。

2 CFB鍋爐簡介

CFB鍋爐有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來，CFB鍋爐在電力行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，其應(yīng)用技術(shù)也得到了一定的發(fā)展。但是CFB鍋爐本身就存在一定的缺陷，一方面是因?yàn)槠浒l(fā)展歷程較短，另一方面是因?yàn)镃FB鍋爐對運(yùn)行環(huán)境的要求比較高且復(fù)雜繁瑣，相關(guān)技術(shù)人員更加注重理論研究，缺少技術(shù)實(shí)踐，有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)CFB鍋爐在運(yùn)行中存在的問題。CFB鍋爐在運(yùn)行中常常出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)失速、翻床、部件磨損嚴(yán)重等問題，對CFB鍋爐的正常運(yùn)行造成直接影響，甚至造成不必要的安全事故。

3 入爐煤粒徑對CFB鍋爐運(yùn)行的影響途徑

3.1 運(yùn)行控制

一般來說，煤粒進(jìn)入爐內(nèi)會有干燥加熱、揮發(fā)析出并著火、煤粒膨脹及一級破碎、焦炭燃燒及燃燼這4個(gè)過程。但是煤粒并不是按照步驟進(jìn)行反應(yīng)的，每次反應(yīng)的情況都不一樣，所以，會出現(xiàn)好幾個(gè)步驟同時(shí)發(fā)生的情況。煤粒尺寸越大，燃燒及燃燼的時(shí)間就越長，底渣中的可燃物就越多，反之，飛灰中會有很多可燃物。在理想狀況下，煤粒半徑越小越好，否則最后容易導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣，進(jìn)而形成鍋爐結(jié)焦，再加上其他問題，就會影響整個(gè)鍋爐的運(yùn)行[4]。

3.2 點(diǎn)火啟動(dòng)

煤粒越小，燃燒及燃盡的速度越快，這對床溫的加熱效率和風(fēng)熱平衡有極大的積極意義。因此，在點(diǎn)火的初期就要選取粒徑較小的煤進(jìn)行燃燒，這樣可以有效減少點(diǎn)火需要的時(shí)間，并且可以適當(dāng)減少投油量，進(jìn)而大大減少電廠的資源投入[5]。CFB鍋爐的點(diǎn)火燃燒過程是指通過加熱流化床鍋爐底料至煤的燃點(diǎn)到正常燃燒的動(dòng)態(tài)過程，在這個(gè)過程中，流化床底料的粒度及其結(jié)構(gòu)、底料的靜止高度、配風(fēng)、給煤等都直接關(guān)系到燃燒的成功與否。嚴(yán)格控制配風(fēng)、底料之后，對煤顆粒的控制直接決定鍋爐是否能進(jìn)行正常的點(diǎn)火或者提高點(diǎn)火效率。點(diǎn)火前，煤的粒徑控制主要是合理分配不同粒徑的煤，不論是大粒徑的還是小粒徑的，在點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)都是需要的。小顆粒的存在是為了加速燃燒，大顆粒的存在是為了穩(wěn)定床溫而持續(xù)地放熱，兩種煤粒保持適當(dāng)?shù)呐浔?，就可以?shí)現(xiàn)高效點(diǎn)火啟動(dòng)。如果煤粒過粗，在燃燒過程中容易造成局部大塊煤粒的沉積和結(jié)焦、流化不暢、循環(huán)灰量供給能力不足、排渣困難等安全問題，從而引發(fā)意外事件；如果煤粒過細(xì)，點(diǎn)火時(shí)飛灰中的可燃物就會迅速增加，這樣燃燒的實(shí)際時(shí)間就會縮減，加上油槍如果霧化不好，就很有可能出現(xiàn)尾部煙道再燃燒，所以，在點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)對煤粒徑的要求非常高。想要提高效率，就要對煤粒粒徑做好合理的配比。

3.3 燃燒效率

在CFB鍋爐正常運(yùn)行的情況下，分布著不同粒徑的煤粒。比較粗的煤粒主要分布在密相區(qū)中，而比較細(xì)的煤粒燃燒后產(chǎn)生的飛灰可燃物會由于氣流的運(yùn)動(dòng)被帶離分離裝置，經(jīng)過尾部的受熱面離開鍋爐，而適中的煤粒會在固體顆粒循環(huán)回路中進(jìn)行循環(huán)燃燒。如果沒有分布好不同尺寸的煤粒，就會對CFB內(nèi)的顆粒循環(huán)造成破壞，進(jìn)而影響鍋爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。煤粒徑越大，燃燒后的外殼灰層越厚，燃燒反應(yīng)速度受氧氣擴(kuò)散控制越嚴(yán)重，導(dǎo)致燃盡時(shí)間拉長；煤粒徑越小，比表面就越大，有助于反應(yīng)速率從擴(kuò)散控制向動(dòng)力學(xué)控制區(qū)域轉(zhuǎn)化，加快反應(yīng)速度。無論煤粒徑大小如何，只要有時(shí)間就可以燃盡，但是由于CFB的運(yùn)行特性，一些煤粒還沒有充分燃燒就被氣流帶走了，顆粒大的可能被旋風(fēng)分離器捕捉到，而顆粒小的則被煙氣帶走。因此，提高鍋爐燃燒效率對入爐煤粒徑的要求至關(guān)重要。

3.4 設(shè)備損失

CFB鍋爐還存在眾多磨損問題。分析得出，鍋爐爐膛受熱面最易磨損的部位主要包括衛(wèi)燃帶區(qū)域、爐膛四角、煙道口兩側(cè)翼形水冷壁、水冷壁連接處焊縫、溫度探測孔四周、屏過翼形的探頭探測水冷壁、熱電偶及風(fēng)壓傳感器測量處。煤的主要質(zhì)量問題在于煤粒的化學(xué)成分，一般選擇矸石這種硬灰成分占比較大的煤。

在鍋爐的正常運(yùn)行中，一次流化風(fēng)量的設(shè)置和選取主要取決于鍋爐入爐床料一次流化的最低風(fēng)量，而入爐燃料平均顆粒的大小則直接影響床料粒徑的流化阻力大小。因此，在一定的床溫下，入爐燃料平均顆粒的直徑流化風(fēng)量越大，床料粒徑的流化阻力所需最小爐一次流化的風(fēng)量越大；在一定的風(fēng)壓下，床料流化阻力相比較而言也越大，這就很容易致使床料的流化阻力狀態(tài)向不良流化方向發(fā)展。為了有效解決這一問題，作為鍋爐運(yùn)行的手段之一，常常會加大一次風(fēng)量的鍋爐運(yùn)行，使較大粒子能帶到燃燒室上部燃燒，提高燃燒室上部溫度，改善煤粒快速燃盡的效果，提高煤粒的蒸發(fā)量，從而提高工廠的工作效率。鍋爐內(nèi)部受熱面的腐蝕和磨損量與鍋爐氣流速度的三次方成正比，大量燃煤和通風(fēng)運(yùn)行的加熱結(jié)果急劇地加速了對鍋爐內(nèi)部受熱面的腐蝕和磨損，造成鍋爐設(shè)備檢修和維護(hù)費(fèi)用的大幅度增高，鍋爐的運(yùn)行時(shí)間和周期大大縮短，同時(shí)，鍋爐廠房的用電率也隨之大幅度升高。

4 結(jié)語

從我國電廠鍋爐的適用總體情況來看，當(dāng)前社會發(fā)展迅速，對社會用電問題的重視程度越來越高。電廠鍋爐在我國工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著日益重要的作用，所以，熱能和動(dòng)力工程的合理應(yīng)用也顯得越來越重要。面對我國乃至全世界的需求，在地球能源緊缺的大環(huán)境下，必須加強(qiáng)對熱能和動(dòng)力工程在電廠中的應(yīng)用，加強(qiáng)創(chuàng)新，在技術(shù)方面不斷摸索，提供更加有效的熱能供應(yīng)，最大限度地服務(wù)社會、造福人類。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 于焱.熱能動(dòng)力工程在電廠鍋爐中的應(yīng)用研究[J].中外企業(yè)家，2019（36）：95.

[2] 郭亮.入爐煤粒徑對鍋爐燃燒的影響[J].水利電力機(jī)械，2007（9）：13-15.

[3] 周臻，劉亮，王艷玲，等.煤粉粒徑對燃燒特性影響的試驗(yàn)研究[J].熱力發(fā)電，2007（3）：35-38，47.

[4] 劉新泉，陳玉偉，程超然，等.入爐煤粒徑對CFB鍋爐運(yùn)行的影響[J].科技信息，2010（17）：978.

[5] 薛永強(qiáng)，來蔚鵬，王志忠.粒度對煤粒燃燒和熱解影響的理論分析[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2005（3）：19-21.

Study on the influence of coal particle size in furnace on circulating fluidized bed boiler

Jiang Guangzhou

（Jiangsu Suyan Jingshen Company Limited Thermal Power Branch， Huaian 223200， China）

Abstract：With the continuous growth of Chinas national economy， productivity is also rising steadily. At the same time， the application of power plant boilers also plays a more and more important role in thermal energy and power engineering. According to the influence of coal particle size in purnace on circulating fluidized bed boiler， the most suitable size of coal particle is proposed to improve the efficiency of energy utilization in this respect， so as to provide help for the development of electric power industry in China， and then promote the sustainable development of our country and increase the overall benefit of society.

Key words：coal particle size in furnace； boiler； thermal and power engineering