淺談如何降低循環流化床鍋爐灰渣含碳量

【摘要】本文通過循環流化床鍋爐燃料燃燒機理著重分析飛灰、爐渣含碳量高的原因，通過燃燒實驗驗證，提出降低鍋爐灰渣含碳量的方法和措施，有效地降低灰渣的含碳量。

【關鍵詞】流化床鍋爐；灰渣含碳量；安全經濟運行

【中圖分類號】TD407 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672－5158(2012)09－0417－02

1、前言

循環流化床鍋爐因其燃料適應性廣、燃燒效率高、清潔燃燒、適合環保要求等優點而得到廣泛推廣。由于循環流化床鍋爐在國內的研發起步比較晚，設計、運行方面的技術不太成熟，如磨損嚴重、灰渣含碳量高等問題，仍制約著鍋爐的安全、經濟運行。循環流化床鍋爐灰渣含碳量的高低，直接反映出鍋爐的燃燒效率，進而影響到企業的經濟效益。

2、循環流化床鍋爐燃燒原理

循環流化床鍋爐運行中，煤粒的燃燒是一個非常復雜的過程。經過寬篩分、破碎的煤粒被送入爐膛后，與900℃左右的物料強烈混合，當煤粒被加熱升溫到一定溫度時開始析出揮發份。對于細微顆粒，揮發份析出很快，著火快，故燃盡時間很短。一般細顆粒煤從給煤口進入爐床，到從爐膛出口飛出爐膛，一個過程就可燃盡，不需要循環返送爐內再燃燒。但對于那些較大顆粒，如平均直徑3mm的煤粒，需要近15s的時間才能析出全部的揮發份，因此著火慢得多。且由于大粒徑煤粒基本沉集于爐膛下部，加上密相區氧量又不足，因此大粒徑煤粒一次循環是很難燃盡的，故要求其在爐內的停留時間要長的多。

3、循環流化床鍋爐爐渣含碳量高的原因和應對措施

3.1 循環流化床鍋爐爐渣含碳量高的原因分析

循環流化床鍋爐運行中若風煤配比不當、排渣不均，都有可能把未燃盡的碳粒排掉，造成爐渣含碳量升高。式(1－1)是經過實驗確定的碳顆粒燃盡時間的經驗公式：

Tc＝8.77×109exp(－0.01276Tb)dc^1.16(1－1)

式中：

Tc——碳顆粒的燃盡時間

Tb——床溫℃

dc——碳粒子的直徑cm

由公式可見，碳顆粒的燃盡時間與床溫、顆粒直徑有關。床溫升高，燃盡時間縮短；碳顆粒直徑加大，燃盡時間延長。

3.2 降低爐渣含碳量應采取的措施

(1)合理控制入爐煤粒度；

(2)適當提高床溫，當床溫從800℃提高到950℃時，碳顆粒燃盡時間將縮短為原來的1／6～1／7；

(3)延長低熱值煤粒在燃燒室內的停留時間，應在合理燃燒溫度的條件下，適當提高料層厚度；

(4)采用小流量、連續排渣的工作方式；

(5)運行中采用大動量的二次風，增加二次風的穿透深度，改善燃燒室中心區的燃燒效果。另外在給煤側適當增大二次風量，非給煤側則減少二次風量，以適應它們對氧量的不同要求。

4、循環流化床鍋爐飛灰含碳量高的原因和應對措施

4.1 循環流化床鍋爐飛灰含碳量高的原因分析

煤粒在循環流化床鍋爐燃燒過程中，一般直徑為20um以下的焦炭粒子，由于其燃盡時間小于粒子在燃燒室內一次通過的停留時間，故這些粒子的燃盡度是很高的，它們對飛灰含碳量的影響可以忽略不計。對直徑為50～100um的焦炭粒子，分離器的收集效率不高，大部分顆粒被引風機抽走，導致焦炭粒子在燃燒室內的停留時間小于其燃盡時間，這是飛灰含碳量升高的主要原因。而對直徑200um左右的焦炭粒子，分離器可全部收回實現其循環燃燒，故其對飛灰含碳量的影響也可以忽略不計。飛灰含碳量高的其他原因，如燃燒室溫度偏低，燃燒室內氧量分布不均勻、爐膛負壓較大等，都會造成飛灰含碳量增加。

4.2 降低飛灰含碳量應采取的措施

(1)合理控制燃料粒度；

(2)合理選擇燃燒室溫度；

(3)提高分離器的分離效率，增加碳顆粒的停留時間；

(4)選擇合理的飛灰循環倍率，可采用飛灰再循環燃燒，能顯著提高燃燒效率，降低飛灰含碳量。

5、運行實驗及效果分析

5.1 運行實驗

2011年以來通過上述降低灰、渣含碳量的方案，在徐州華美熱電公司兩臺上海鍋爐制造廠生產的260T／H循環硫化床鍋爐進行實驗驗證。表1是該廠兩臺循環硫化床鍋爐運行規范和試驗調整參數的變化量對照表。

該實驗#1爐通過控制灰渣含碳量的措施優化燃燒與也爐原運行方式進行了比較，在此實驗過程中將一二次風配比進行了調整，并且增大了下二次風的送風量。表2是#1、#2爐煤質和燃燒后的灰渣對照表。

5.2 效果分析

降低循環流化床鍋爐灰渣含碳量，不能片面的從某一方面降低灰或渣的含碳量，只有通過合理的燃燒來綜合降低灰渣含碳量。從實驗運行工況的調整分析，主要由以下幾方面進行燃燒調整控制：

(1)合理控制入爐煤的粒徑，盡可能控制入爐煤的粒比度，達到設計級配要求。循環流化床鍋爐對入爐煤粒徑的大小要求范圍比較大，但入爐煤粗細份額大小直接影響到灰渣的含碳量。粗煤粒份額比較大，使得許多大煤粒沉于密相區底部，燃燒不充分，并隨爐渣一起排出爐外。這時為保證物料流化，會加大一次風量，這就使大量細煤粒被煙氣攜帶排出。國內目前循環流化床鍋爐采用的燃煤徑粒一般為0～10mm或0～8mm，通過多次實驗，燃煤粒徑在5～10mm的占80％且最大的不要超過13mm，灰渣的含碳量最理想，飛灰含碳量可在2.5％以下，渣的含碳量可控制在1％以下。

(2)合理控制鍋爐床溫。循環流化床鍋爐床溫應根據燃燒的穩定性，運行的經濟性及安全性等要求綜合確定。循環流化床鍋爐燃燒從旋風分離器分離出來的可燃物基本是焦炭，焦炭的燃燒溫度在800~C以上，這些焦炭顆粒的燃燒大部分在稀相區完成。由于二次風口一般布置在稀相區和密相區交界處，床溫過低，稀相區溫度達不到焦炭燃燒溫度，使燃燒不完全，灰渣含碳量升高。所以應控制床溫在930℃－980℃之間。

(3)控制合理的一、二次風配比。一、二次風合理配比，不但保證鍋爐灰渣含碳量在最佳范圍內，還可保證鍋爐安全、經濟運行。對于不同型式的循環流化床鍋爐，由于設計工況的不同，運行中所使用的煤種不同，一次風和二次風配比與其燃燒份額也不相同。這就要求運行人員在實際運行中，保證燃燒充分、風機電耗率低，盡量提高鍋爐熱效率來精心調整，并摸索出適合本廠循環流化床鍋爐的一次風和二次風合理配比值。

(4)合理控制料層差壓。料層差壓對循環流化床鍋爐灰渣(特別是渣)的含碳量的高低有很大影響。由于循環流化床鍋爐爐內存在著很厚的物料層，而且這些物料又在不斷的進行上下循環翻騰，大大延長了燃料顆粒在流化床內的停留時間，因而為任何難于燃盡的燃料提供了足以保證其燃盡的時間。在做燃燒調整時，只要能保證床料流化，料層安全經濟的情況下，盡量提高料層差壓，使爐渣在爐內停留的時間延長，對降低爐渣的含碳量很是明顯。

6、結束語

有效地降低循環流化床鍋爐灰渣含碳量，從運行調整方面主要是控制入爐煤粒徑、合理的床溫以及選擇合理的一、二次風配比與控制適當的料層厚度。本文通過實驗驗證，所采取的調整措施，對鍋爐的燃燒效率以及熱效率都有較大的提高，具有非常可觀的經濟效益。