1、循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況

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)。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)，近十年來(lái)在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、舊鍋爐改造和燃燒各種固體廢棄物等領(lǐng)域得到迅速的發(fā)展。作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，如何解決煤炭燃燒設(shè)備降低NOx\SO2大氣污染物排放、改善環(huán)保減輕溫室效應(yīng)、低成本的設(shè)備投資、提高能源利用效率、便于劣質(zhì)煤綜合利用、盡量處理固體垃圾燃料之間所存在的矛盾，成為煤炭燃燒和綜合利用設(shè)備發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵所在。在這樣的客觀現(xiàn)實(shí)情況下，循環(huán)流化床鍋爐的普遍運(yùn)用就成為多數(shù)用戶的首選燃燒設(shè)備，較好地解決了上述矛盾。1981年國(guó)家計(jì)委下達(dá)了“煤的流化床燃燒技術(shù)研究”課題，清華大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所分別率先開(kāi)展了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究，標(biāo)志著我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)正式啟動(dòng)。我國(guó)已引進(jìn)一臺(tái)Alstom公司的1025t/h的常壓循環(huán)流化床鍋爐及相應(yīng)的關(guān)鍵配套設(shè)備，在四川白馬電廠建立300MW循環(huán)流化床示范工程；同時(shí)國(guó)家電力公司熱工研究院夜設(shè)計(jì)了300MW循環(huán)流化床鍋爐方案標(biāo)志著我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐將朝著大型化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，我國(guó)已成為世界上CFB機(jī)組數(shù)量最多、總裝機(jī)容量最大和發(fā)展速度最快的國(guó)家。

2、循環(huán)流化床鍋爐目前存在的問(wèn)題

由于CFBC鍋爐的特殊發(fā)展背景，其技術(shù)方面必然存在較多的困難和問(wèn)題需要進(jìn)一步克服和解決。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，目前國(guó)產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐有以下幾個(gè)方面的明顯缺點(diǎn)。 諸如：

2．1鍋爐受熱面磨損嚴(yán)重

爐內(nèi)固體顆粒強(qiáng)烈的摩擦，使受熱面磨損嚴(yán)重，成為發(fā)展流化床鍋爐大型化的首要困難。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。一些施工單位對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)某些局部部位處理不當(dāng)，出現(xiàn)凸臺(tái)、接縫等，導(dǎo)致從這些部位開(kāi)始磨損，然后磨損擴(kuò)大，導(dǎo)致?tīng)t墻損壞。

2．2容易發(fā)生堵煤和床溫不均勻故障

循環(huán)流化床鍋爐對(duì)燃料的水分、顆粒度以及燃料的流動(dòng)性十分敏感，普遍存在落煤管、煤倉(cāng)給煤斗、碎煤設(shè)施、給煤機(jī)本身的堵塞和泄漏。

2．3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。

2．4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

早期設(shè)計(jì)及運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐片面追求鍋爐出力，對(duì)脫硫問(wèn)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(méi)有經(jīng)過(guò)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(méi)有投入運(yùn)行，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。 

2．5灰渣綜合利用率低的問(wèn)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(jià)值很高，但由于各種原因，我國(guó)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，需要進(jìn)一步做工作。

2．6點(diǎn)火過(guò)程的操作比較繁瑣，考慮因素較多。

2．7風(fēng)機(jī)廠用電率較高。

2．8飛灰含碳量高的問(wèn)題。

這些問(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。本文主要針對(duì)飛灰含碳量高進(jìn)行探討。

3、飛灰含碳量的影響因素及應(yīng)采取的措施

影響循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量的主要因素如下：

3．1燃料特性的影響。

循環(huán)流化床鍋爐煤種適應(yīng)性廣，但對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)成型的循環(huán)流化床鍋爐，只有在燃燒特定的煤種（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，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。東南大學(xué)收集了山西大同煙煤、廣西合山劣質(zhì)煙煤和福建龍巖無(wú)煙煤等幾種典型煤種在電站鍋爐中燃燒生成的飛灰，制成樣品，用掃描電鏡進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)分析。收到基灰發(fā)分含量為10%的廣西合山劣質(zhì)煙煤所生成的飛灰大部分是較密實(shí)的灰塊，表面不光滑，沒(méi)有熔融的玻璃體形態(tài)存在，大部分粒子的孔隙率都較小，僅有少數(shù)球狀空心煤胞出現(xiàn)，但孔隙率也不大，壁面較厚，表面粗糙。該飛灰形態(tài)表明，該煤種燃盡率不高，取樣分析其飛灰含碳量為10%左右。福建龍巖無(wú)煙煤揮發(fā)分含量較低，只有4%左右，屬典型難燃煤種，表現(xiàn)為著火延遲、燃盡困難。雖然發(fā)熱值高，燃燒時(shí)火焰溫度可達(dá)1500℃以上，但燃盡率低，生成的球狀煤胞中絕大多數(shù)為無(wú)孔或少孔，雖然也出現(xiàn)多孔薄壁球狀煤胞，但數(shù)量極少。無(wú)孔或少孔的球狀煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃體形態(tài)存在，對(duì)燃盡是極為不利的。從煤粉鍋爐種采取飛灰樣，分析其含碳量在10%以上。山西大同煙煤飛灰中雖然也發(fā)現(xiàn)有極少部分少孔的密實(shí)球狀煤胞，但絕大部分為多孔的疏松空心煤胞和骨質(zhì)狀疏松結(jié)構(gòu)煤胞，這兩種煤胞的孔隙率很大，這樣就形成了很大的反映表面積，對(duì)煤粉的燃盡十分有利，因而這種煙煤的飛灰含碳量很低。

3．2鍋爐床溫的影響。

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?？刂圃?span style="font-family:'μè?? Western'">850~900℃之間，屬低溫燃燒，在此條件下煤粒的燃燒速率較煤粉爐低得多，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)間也較長(zhǎng)。提高鍋爐床溫，能夠有效降低飛灰含碳量；相反，鍋爐床溫低，飛灰含碳量自然就高。當(dāng)然盡量提高鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷百分比，也能令鍋爐床溫升高，一次通過(guò)燃燒室燃燒的粒子（分離器收集不下來(lái)的粒子）燃盡度自然也較高，飛灰含碳量就低；相反，飛灰含碳量就高。

3．3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，將造成鍋爐床溫下降，爐膛溫度下降，總?cè)紵蕦⑾陆担L(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。同時(shí)總風(fēng)量的大小也能影響旋風(fēng)分離器的效率，分離器入口截面不變，總風(fēng)量越大，切向進(jìn)口煙速越高，分離器效率越高，但同時(shí)流阻越大，風(fēng)機(jī)電耗及二次風(fēng)夾帶也越大，因此一個(gè)合適的總風(fēng)量也是運(yùn)行中需要考慮的問(wèn)題?？傦L(fēng)量的大小，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)曲線或表格，供運(yùn)行調(diào)整時(shí)參考。

3．4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(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?；燃用劣質(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。

3．5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(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。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(duì)受熱面和耐火內(nèi)襯的磨損、燃煤種類、脫硫劑的利用率和負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍來(lái)確定。

3．6除塵灰再循環(huán)燃燒的影響。

對(duì)難燃盡的無(wú)煙煤，采取分離灰循環(huán)燃燒之后，飛灰含碳量仍比較高。為了進(jìn)一步降低飛灰含碳量，一個(gè)比較有效的措施是采用除塵灰再循環(huán)燃燒。德國(guó)一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，當(dāng)分離灰再循環(huán)倍率為10~15時(shí)，飛灰含碳量仍有23%左右。為了降低飛灰含碳量，采用了除塵灰再循環(huán)燃燒。當(dāng)除塵灰再循環(huán)倍率為0.3時(shí)，飛灰含碳量降低到了10%左右；除塵灰再循環(huán)倍率為0.6時(shí)，飛灰含碳量降低到了4%。

4、結(jié)論

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。我公司自兩臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐投運(yùn)以來(lái)，始終堅(jiān)持對(duì)循環(huán)流化床鍋爐認(rèn)真探索研究，與兄弟單位加強(qiáng)交流，技術(shù)公開(kāi)，從不固步自封，多次舉行技術(shù)交流會(huì)議，積極推動(dòng)著循環(huán)流化床鍋爐的健康發(fā)展。但是，對(duì)于循環(huán)流床鍋爐我們尚不能完全掌握，尚不諸多優(yōu)勢(shì)未得到充分體現(xiàn)，與傳統(tǒng)煤粉爐相比還有諸多不足，還有待我們更加深入地去探索和研究。

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福建晉江熱電有限公司 林偉杰