循環(huán)流化床鍋爐燃燒特性與煤種關(guān)系的研究

叢輝

【摘 要】由于煤種的多樣性，循環(huán)流化床鍋爐很難長期穩(wěn)定的使用設(shè)計煤種，因此，給循環(huán)流化床鍋爐的穩(wěn)定、高效運行帶來了諸多難題。本文分析了煤炭的燃燒過程、循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點及其對煤質(zhì)的要求，探討不同煤種對鍋爐燃燒的影響，對鍋爐的穩(wěn)定運行和提升電廠的經(jīng)濟效益都有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床；鍋爐；燃燒

隨著人們對電力的需求逐漸增長，循環(huán)流化床鍋爐得到了廣泛應(yīng)用。但是由于循環(huán)流化床鍋爐很難長期穩(wěn)定的使用設(shè)計煤種，煤種的多樣性給循環(huán)流化床鍋爐的高效運行帶來了很多問題。因此，研究循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特性與煤種關(guān)系，對鍋爐的穩(wěn)定運行有重要的現(xiàn)實意義。

1 煤種變化和循環(huán)流化床鍋爐燃燒特性

1.1 硫化床燃燒熱點

1.1.1 燃料的適應(yīng)性廣

循環(huán)流化床鍋爐對燃料的要求不高，在整個燃燒的過程中， 所吸收的熱量對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒可以使床層保持一定的溫度水平，流化床可以燃用難燃的燃料，并且保證鍋爐運行特性穩(wěn)定，對燃料的適應(yīng)性很強。

1.1.2 有利于保護環(huán)境

低排放、高效脫硫循環(huán)流化床鍋爐可以實現(xiàn)低溫燃燒，有效減少在燃燒過程中NOx 的生成。在燃燒過程中可以直接向流化床內(nèi)加入石灰石或白云石，達到控制SO2 的排放，保護環(huán)境的目的。

1.1.3 放熱量大

循環(huán)床內(nèi)有強烈的爐內(nèi)循環(huán)擾動， 強化了爐內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過程，使剛進入床內(nèi)的新鮮燃料基本可在恒溫下進行，因而延長了燃燒反應(yīng)時間。燃料通過分離器有效的減少了固體不完全燃燒損失，從而使循環(huán)床鍋爐便于綜合利用灰渣，用于提取某些化工產(chǎn)品或稀有金屬。

1.2 燃料特性對循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率的影響分析

燃料的灰分增加，鍋爐的燃燒效率會減少，在保持同一傳熱量下會產(chǎn)生更多的床料，這樣就增加了排料的熱損失，降低鍋爐效率；煤的水分以及生成的煙氣量都有影響，會將增加排煙損失，同時也會改變爐膛內(nèi)的氣動力特性；燃料中的含硫量會導(dǎo)致爐膛內(nèi)的排料熱損失增加，導(dǎo)致鍋爐效率下降。煤中硫的份額與煤的熱值相比所占很小，加入石灰石做脫硫劑必須考慮爐膛內(nèi)粒子粒徑的合理分布，以得到合適的傳熱和流化狀態(tài)；煤的熱值決定了循環(huán)燃燒系統(tǒng)和后部對流受熱面之間的熱負(fù)荷分配，劣質(zhì)燃料會造成煙氣攜帶了大約的熱量到后部的對流受熱面，而對優(yōu)質(zhì)燃料只有少部分的熱量被煙氣帶到后部對流受熱面。

2 煤質(zhì)對鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響

2.1 煤的發(fā)熱量低影響正常供熱

當(dāng)煤的發(fā)熱量低到嚴(yán)重時會導(dǎo)致鍋爐熄火事故。煤的灰份在燃燒過程中會吸收熱量，會導(dǎo)致著火困難和著火延遲，同時飛灰可燃物高，碳粒可能被灰層包裹，碳粒表面燃燒速度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p小，造成燃燒不良。

2.2 煤種變化與鍋爐燃燒特性的關(guān)系

煤質(zhì)較差時，鍋爐耗煤量增加，同時渣的含碳量增加了冷渣機和輸渣機使用頻率，縮短了使用壽命，導(dǎo)致設(shè)備故障增多，運輸成本增加。灰分大的煤燃燒后，造成流化床鍋爐受熱面處磨損嚴(yán)重，增加了除灰、輸灰系統(tǒng)的運行負(fù)荷，容易出現(xiàn)運行故障。同時當(dāng)煤質(zhì)含硫量大時，容易引起鍋爐尾部煙道等處的低溫腐蝕， 造成鍋爐爆管，影響鍋爐安全運行。

3 循環(huán)流化床爐內(nèi)燃燒過程中存在的問題

3.1 爐膛中心區(qū)缺氧

基本上所有的CFB鍋爐都存在著爐膛中心區(qū)缺氧的問題，除了對二次風(fēng)射流的阻擋作用外，也存在每個層面顆粒水平移動不夠均勻問題，中心區(qū)缺氧會降低燃料燃盡效果和脫硫劑化學(xué)反應(yīng)的效率，無憂有效實現(xiàn)低溫燃燒時的高效低氮。

3.2 床溫不均勻性

由于流態(tài)化過程的復(fù)雜性直接導(dǎo)致了床溫的偏差，同時也造成了物料燃盡和石灰石脫硫，以及低氮燃燒的困難。床溫的不均勻性會造成局部溫度峰值，由于局部超高床溫會造成爐內(nèi)突然熄火。同時，床溫太高時出現(xiàn)二惡英污染問題和燃盡率顯著降低的問題。

3.3 床溫異常

合理控制合適的床溫變化范圍，是解決低氮燃燒的關(guān)鍵因素之一。顆粒粗大時床溫偏高，會造成布風(fēng)不均勻或者床溫控制的難度。由于顆粒兩級分化嚴(yán)重，使得燃煤顆粒很難實現(xiàn)寬篩分下的理想級配顆粒，普遍對保證床溫非常困難。

3.4 爐膛出口與床溫差值過大

由于種種原因，床溫顯著低于爐膛出口溫度和返料溫度，會影響整個物料循環(huán)和流態(tài)化過程的低溫燃燒效果，也能夠?qū)е旅摿蚪档实南陆怠o整個物料循環(huán)燃燒過程的平均溫度和溫度峰值帶來影響，均衡這些區(qū)域的溫度是任何一種循環(huán)流化床都必須考慮的問題。

4 煤質(zhì)選擇措施

煤質(zhì)發(fā)生變化時，需及時排除鍋爐及輔助設(shè)備出現(xiàn)的故障，做好爐膛溫度的控制，避免出現(xiàn)儲煤風(fēng)化和自燃，加強對進煤質(zhì)量的嚴(yán)格控制和管理，選擇煤質(zhì)較為穩(wěn)定的煤源市場。

4.1 發(fā)熱量

根據(jù)運行情況看，熱值如果超過13000kJ/kg時，經(jīng)常使?fàn)t膛內(nèi)溫度不易控制，造成爐內(nèi)熱量不易把握，易出事故，所以要選擇熱值低于10000kJ/kg的煤質(zhì)。

4.2 灰份

煤質(zhì)的灰分灰份不要超過40，否則會出現(xiàn)放渣次數(shù)增多現(xiàn)象。但是如果灰份過低，也會出現(xiàn)爐內(nèi)物料平衡現(xiàn)象，也不利于負(fù)荷調(diào)整。

4.3 粒度

過份強調(diào)細(xì)顆粒會破壞物料平衡，也不利于爐內(nèi)回灰循環(huán)，造成床溫下部過高，上部溫度過低現(xiàn)象。

4.4 含碳量及揮發(fā)份

這兩個參數(shù)對循環(huán)流化床鍋爐燃燒也有一定影響，煤質(zhì)要控制在含碳量25左右，可燃基揮發(fā)份45左右即可。

4.5 焦炭燃盡情況

在燃煤顆粒進入到爐膛后，當(dāng)揮發(fā)分燃燒完全后，開始焦炭的燃燒過程，在爐膛高度約4m的地方，要使密相區(qū)的氣體和煤粉顆粒混合相當(dāng)充分，利用DCS 控制系統(tǒng)檢測該循環(huán)流化床鍋爐溫度場分布情況。

【參考文獻】

[1]于龍.循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究展望[J].熱能動力工程，2004（4）.

[2]張麗華，支元珍，等.燃用無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐的運行體會[J].電力設(shè)備，2003（3）.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]