循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量的機(jī)理分析

樊竹娟

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030021）

0 引 言

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是國內(nèi)外公認(rèn)的一種潔凈煤燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐具有煤種適應(yīng)性廣、燃燒效率高、環(huán)境性能好、符合調(diào)節(jié)范圍大和灰渣綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。近年來在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、舊鍋爐改造、燃燒各種固體廢棄物等領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。

1 循環(huán)流化床鍋爐目前存在的問題

循環(huán)流化床鍋爐的高速發(fā)展使循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行出現(xiàn)了一些問題：1）爐膛、分離器、回送裝置及其之間的膨脹和密封問題。特別是鍋爐經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，由于選型不當(dāng)和材質(zhì)不合格，加之鍋爐的頻繁起停，導(dǎo)致一些部位出現(xiàn)顆粒向爐外泄漏現(xiàn)象。2）由于設(shè)計和施工不當(dāng)導(dǎo)致的磨損問題。爐膛、分離器、返料裝置內(nèi)，由于大量顆粒的循環(huán)流動，容易出現(xiàn)材料的磨損和破壞問題。一些施工單位對循環(huán)流化床內(nèi)某些局部部位處理不當(dāng)，出現(xiàn)凸臺、接縫等，導(dǎo)致從這些部位開始磨損、然后磨損擴(kuò)大導(dǎo)致爐墻損壞。3）爐膛溫度偏高及石灰石選擇不合理，導(dǎo)致了脫硫效率降低問題。早期設(shè)計運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐片面追求鍋爐出力，對脫硫問題重視不夠，爐膛溫度居高不下；石灰石種類和粒度的選擇沒有經(jīng)過仔細(xì)的試驗(yàn)研究，導(dǎo)致現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率不高；許多鍋爐脫硫系統(tǒng)沒有投入運(yùn)行，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。4）灰渣綜合利用率低的問題。一般認(rèn)為，循環(huán)流化床鍋爐的灰渣利于綜合利用，而且利用價值很高，但由于各種原因，我國循環(huán)流化床鍋爐的灰渣未能得到充分利用，或者只進(jìn)行了一些低值利用，需要進(jìn)一步做工作。5）飛灰含碳量高的問題。這些問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，還帶來了維修工作量大、運(yùn)行費(fèi)用高等問題。就循環(huán)流化床鍋爐來說，飛灰含碳量高是一個較為普遍的問題。

2 飛灰含碳量的影響因素及應(yīng)采取的措施

1）燃料特性的影響。循環(huán)流化床鍋爐煤種適應(yīng)性廣，但對于已經(jīng)設(shè)計成型的循環(huán)流化床鍋爐，只能燃燒特定的煤種（設(shè)計煤種）時才能達(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。我國主要按煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量對煤進(jìn)行分類，按照揮發(fā)分含量由低到高的順序?qū)⒚悍殖蔁o煙煤、貧煤、煙煤、褐煤等。揮發(fā)分含量的大小實(shí)際上反映了煤形成過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?nèi)紵蟮娘w灰具有不同的形態(tài)和特性[1]。

2）入爐煤的粒徑和水分的影響。顆粒過大時，床層流化不好，碳粒總表面積減少，煤粒的擴(kuò)散阻力大，導(dǎo)致反應(yīng)面積小，延長了顆粒燃盡的時間，顆粒中心的碳粒無法燃盡而出現(xiàn)黑芯，降低了燃燒效率，并且造成循環(huán)灰量不足，稀相區(qū)燃燒不充分，出力下降。再者，大塊沉積，流化不暢，局部結(jié)焦的可能性增大，排渣困難。顆粒過小時，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、逃逸出去的細(xì)顆粒多，對燃盡不利，飛灰含碳量高。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：顆粒太小，由于煤粉在爐內(nèi)停留時間過短，燃不盡，飛灰含碳量就大。相對而言，燃用優(yōu)質(zhì)煤，煤顆?？纱中?；燃用劣質(zhì)煤，煤顆粒要細(xì)些[2]，所以，對于不同的煤質(zhì)要調(diào)整二級破碎機(jī)的破碎能力來調(diào)整煤的粒度。煤中水分過大，不僅降低床溫，同時易造成輸煤系統(tǒng)堵塞，故對水分高的煤要進(jìn)行摻燒。

3）過量空氣系數(shù)的影響。一次風(fēng)的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，可有效地降低飛灰、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。但是爐膛出口過量空氣系數(shù)超過一定數(shù)值，將造成床溫下降、爐膛溫度下降，總?cè)紵蕦陆怠L(fēng)機(jī)電耗增大，所以，負(fù)荷變化不大時，一次風(fēng)量盡量穩(wěn)定在一個較合適的數(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)曲線或表格，以供運(yùn)行調(diào)整時參考[3]。

4）燃燒溫度的影響。若與煤粉鍋爐爐膛溫度高達(dá)1 400~1 500℃相比，循環(huán)流化床運(yùn)行溫度通?？刂圃?50~900℃之間，屬低溫燃燒；在此條件下煤粒的本正燃燒速率低得多，加之流化床內(nèi)顆粒粒徑比煤粉爐內(nèi)煤粉粗得多，所需的燃盡時間長得多。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。

5）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20多年的發(fā)展，目前我國循環(huán)流化床鍋爐使用的高效分離器有3種：上排氣高溫旋風(fēng)分離器、下排氣中溫旋風(fēng)分離器、水冷方形分離器。

6）飛灰再循環(huán)倍率的影響。飛灰再循環(huán)的合理選取要根據(jù)鍋爐爐型、鍋爐容量大小、對受熱面和耐火內(nèi)襯的磨損、燃煤種類、脫硫劑的利用率、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍來確定。

7）鍋爐蒸發(fā)量的影響。鍋爐蒸發(fā)量大，相應(yīng)的燃燒室溫度高，一次通過燃燒室燃燒的粒子（分離器收集不下來的粒子）燃燒時間長，燃盡度較高，飛灰含碳量低；相反，飛灰含碳量高。

3 結(jié)束語

循環(huán)流化床鍋爐中，當(dāng)燃煤不能進(jìn)行完全燃燒時，將造成飛灰含碳量的升高。從煤種粒度、煤種特性、燃燒溫度、爐內(nèi)空氣動力場、鍋爐負(fù)荷等方面，分析了對飛灰含碳量變化的影響機(jī)理，指出了飛灰含碳量升高造成的影響，并提出了維持鍋爐穩(wěn)定燃燒、降低飛灰含碳量、提高鍋爐效率的有效措施。降低飛灰含碳量的措施有多種，應(yīng)按實(shí)際情況選擇最經(jīng)濟(jì)最實(shí)用的措施。

[1] 孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法[M].北京:中國電力出版社,2002.

[2] 黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整[M].北京:中國電力出版社,2002.

[3] 郭淑海,邢希東.哈鍋π型鍋爐飛灰含炭量高原因分析及對策[J].上海電力，2010（1）：65-67.