145 MW 循環(huán)流化床鍋爐降低飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗(yàn)分析

史修立

（華能招標(biāo)有限公司，北京 102209）

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)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(shí)間顯著增長(zhǎng)［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(duì)循環(huán)流化床鍋爐飛灰可燃物含量易高的問(wèn)題，在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)某電廠145 MW 循環(huán)流化床鍋爐開(kāi)展降飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗(yàn)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(jiǎn)介

機(jī)組鍋爐型號(hào)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(fēng)、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(jī)械除渣。鍋爐露天布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下全封閉，運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為9 m。

鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱旋風(fēng)分離器、雙路回料閥和尾部對(duì)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(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽。燃燒室內(nèi)布置雙面水冷壁來(lái)增加蒸發(fā)受熱面。燃燒室內(nèi)布置屏式Ⅱ級(jí)過(guò)熱器和高溫再熱器。

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 鍋爐飛灰可燃物含量現(xiàn)狀

鍋爐日常運(yùn)行一周時(shí)間內(nèi)飛灰可燃物含量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 鍋爐正常運(yùn)行時(shí)飛灰可燃物含量的統(tǒng)計(jì)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(jī)組偏高。統(tǒng)計(jì)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(gè)過(guò)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(dāng)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(diǎn)降低、流動(dòng)性變好，但同時(shí)B2H6使折射率下降，需通過(guò)PH3來(lái)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(xiàn)［6］表明，入爐煤的熱值較高時(shí)，飛灰可燃物含量相對(duì)較高；相反，入爐煤的熱值較低時(shí)，飛灰可燃物含量相對(duì)較低。但是，入爐煤的熱值過(guò)低時(shí)，煤中灰分含量升高，飛灰可燃物含量也會(huì)升高。

3.1.2 入爐煤的粒度

從燃燒角度來(lái)講，入爐煤的粒度越細(xì)，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(guò)小，雖易著火及燃燒，但也易被煙氣夾帶，進(jìn)而煤粒難以被旋風(fēng)分離器捕捉分離，導(dǎo)致逃逸至尾部煙道的細(xì)顆粒較多；同時(shí)，煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間較短，因此飛灰可燃物含量較高。并且，入爐煤的粒度過(guò)小，此時(shí)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(dòng)，進(jìn)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(shí)，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量也會(huì)相對(duì)減少［10］。

3.1.3 入爐煤的燃盡特性

經(jīng)典燃燒學(xué)理論認(rèn)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(shí)的煤顆粒孔隙率越大，煤粒與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(shuō)，對(duì)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(duì)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(fēng)影響

燃燒空氣的總量將嚴(yán)重影響循環(huán)流化床鍋爐的飛灰可燃物含量。在鍋爐運(yùn)行中，適當(dāng)提高過(guò)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(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行床溫和爐膛溫度水平的降低，同時(shí)細(xì)煤粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間也會(huì)縮短，導(dǎo)致排煙損失增大，燃燒效率降低，同時(shí)風(fēng)機(jī)電耗也會(huì)相對(duì)增大。

另外，循環(huán)流化床鍋爐一二次風(fēng)的配比對(duì)爐內(nèi)燃燒也有顯著影響。一次風(fēng)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(fēng)的作用是補(bǔ)充密相區(qū)出口及稀相區(qū)燃燒所需氧量，同時(shí)加強(qiáng)爐內(nèi)物料擾動(dòng)，以強(qiáng)化稀相區(qū)細(xì)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(dāng)提高二次風(fēng)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(xiàn)［13-14］研究表明，對(duì)于揮發(fā)份較高的煤種，鍋爐運(yùn)行床溫對(duì)飛灰可燃物含量的影響較小。但是，對(duì)于混合煤種，煤質(zhì)成分差異較大，導(dǎo)致床溫對(duì)爐內(nèi)燃燒的影響較大。提高鍋爐運(yùn)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(shí)間；另一方面可以增強(qiáng)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(jìn)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(yùn)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(yàn)

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

4.1 一次風(fēng)

循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)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(fēng)量過(guò)大，將造成床溫和爐膛溫度下降，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)燃燒效率降低，飛灰可燃物含量升高。

在相同負(fù)荷情況下，控制相同的氧量與二次風(fēng)開(kāi)度，通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)量，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，如表2 所示。

對(duì)比試驗(yàn)工況1 與試驗(yàn)工況2 可以發(fā)現(xiàn)，維持負(fù)荷不變，控制相同的氧量與二次風(fēng)開(kāi)度的條件下，減小一次風(fēng)風(fēng)量，鍋爐運(yùn)行床溫明顯升高，飛灰可燃物含量略有降低。因此，對(duì)于145 MW 循環(huán)流化床鍋爐而言，建議今后運(yùn)行在保證一次風(fēng)充分流化床料的前提下，盡量降低一次風(fēng)的風(fēng)量。

4.2 二次風(fēng)

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

在相同負(fù)荷情況下，控制相同的氧量與一次風(fēng)量，通過(guò)調(diào)整上二次風(fēng)開(kāi)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(fēng)對(duì)比數(shù)據(jù)

表3 調(diào)整二次風(fēng)對(duì)比數(shù)據(jù)

對(duì)比試驗(yàn)工況3 與試驗(yàn)工況4 可以發(fā)現(xiàn)，維持負(fù)荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風(fēng)風(fēng)量與下二次風(fēng)開(kāi)度，增大上二次風(fēng)開(kāi)度，鍋爐運(yùn)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(yùn)行在保持適當(dāng)?shù)倪^(guò)量空氣系數(shù)前提下，增大上二次風(fēng)風(fēng)門開(kāi)度，減小下二次風(fēng)風(fēng)門開(kāi)度，以強(qiáng)化爐內(nèi)分級(jí)燃燒，增強(qiáng)鍋爐密相區(qū)上部及稀相區(qū)的燃燒，進(jìn)而降低飛灰可燃物含量。

4.3 床溫

對(duì)循環(huán)流化床鍋爐而言，在一定的溫度范圍內(nèi)，其運(yùn)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(guò)調(diào)整鍋爐運(yùn)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(duì)比試驗(yàn)工況5 與試驗(yàn)工況6 可以發(fā)現(xiàn)，維持負(fù)荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風(fēng)風(fēng)量與上、下二次風(fēng)開(kāi)度，循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)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(yùn)行在保證安全不結(jié)焦且環(huán)保指標(biāo)不超標(biāo)的前提下，盡量提高鍋爐運(yùn)行床溫，提高爐內(nèi)燃燒效率，進(jìn)而降低飛灰可燃物含量。

表4 調(diào)整床溫對(duì)比數(shù)據(jù)

4.4 入爐煤熱值及粒度分析

除此之外，對(duì)該電廠循環(huán)流化床鍋爐的入爐煤熱值與粒度進(jìn)行取樣化驗(yàn)，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(guó)內(nèi)同類型機(jī)組明顯偏高，且粒度偏細(xì)，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(duì)較高；入爐煤顆粒過(guò)小，也會(huì)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(yǔ)

對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐，當(dāng)燃煤不能完全燃燒時(shí)，容易造成飛灰可燃物含量的升高。從煤質(zhì)影響、配風(fēng)影響、床溫影響等方面，分析了飛灰可燃物含量的變化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)145 MW 循環(huán)流化床鍋爐開(kāi)展降低飛灰可燃物含量的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，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(fēng)風(fēng)量、增大上二次風(fēng)風(fēng)門開(kāi)度、提高運(yùn)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(yùn)行提供參考。