300 MW循環流化床鍋爐運行參數對飛灰和灰渣特性的影響

（云南大唐國際紅河發電有限責任公司，云南 開遠 661699）

前言

循環流化床鍋爐技術發展比較快，它屬于高效低污染清潔燃燒技術，主要被用以電站鍋爐、廢棄物處理和工業鍋爐等諸多領域。其應用規模也日漸擴大。當前，我國部分火電廠已經開始對循環流化床鍋爐技術進行應用，為火電廠工作開展提供了技術支持。研究循環流化床鍋爐運行參數對飛灰和灰渣特性的影響，需先對循環流化床鍋爐概況進行明確了解，再從多個層面闡釋具體影響因素，以達到良好的研究效果，為火電廠后續各項專業性工作的開展提供輔助。

一、循環流化床鍋爐概況

以某火電廠300MW循環流化床鍋爐為例，它主要由以下三個部分構成：

1.爐膛、汽包和冷渣器。爐膛內部包含雙面水冷壁，結構為全膜式。另包括水冷屏、屏式中溫過熱器、屏式高溫過熱器和屏式高溫再熱器。爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風室，水冷風室底部布置有一次熱風道，進風型式為底部進風。本爐采用床上點火方式，一共設置了八支床上點火大功率油槍，左右側墻各布置2臺，前墻布置4臺。主要功能是在鍋爐啟動過程中進行點火和低負荷穩燃。鍋爐采用固態排渣，爐膛底部布置有4臺滾筒冷渣器，冷渣器冷卻后的爐渣由兩條排渣線排至渣倉。

2.水冷式旋風分離器和回料閥。3臺水冷式旋風分離器位置在爐膛和尾部煙道之間。3臺非機械型回料裝置分別布置在分離器下部。旋風分離器的作用是收集隨煙氣流出的飛灰顆粒，在回料裝置中對其進行放置，并在尾部對流煙道中對顆粒燃燒形成的煙氣進行引入。經收集到的固體顆粒會返回爐膛，再次燃燒。固體顆粒循環燃燒中離不開回料裝置和氣固分離裝置的作用[1]。

3.尾部煙道及受熱面。尾部豎井采用雙煙道結構，前煙道布置有低溫再熱器，后煙道由上至下順序布置有低溫過熱器和高溫省煤器，向下雙煙道合并，依次布置有低溫省煤器和一臺四分倉回轉式空氣預熱器。經旋風分離器分離出的煙氣經過尾部受熱面和空預器后，進入電除塵裝置進行煙氣飛灰分離，飛灰收集在電除塵底部，經氣力排灰至灰庫，煙氣經過引風機、煙囪排至大氣。

二、循環流化床鍋爐運行參數對飛灰特性的影響

飛灰的孔隙特征比較復雜，包含表面積、比體積和孔隙率等各項指標，與運行參數具有直接相關性。研究人員可采用分形理論對它的變化規律進行闡釋。處于循環流化床鍋爐燃燒背景下的煤會經歷一個分形維數變化過程。它的變化趨勢是從煤到灰這一過程中，分形維數經歷著先增長再降低的變化。它的主要影響因素是煤的揮發過程、燃燒過程和燃盡過程等。故而，對飛灰的分形特性和運行參數變化規律進行探討，能夠對具體燃燒情況進行判定，使后期運行調試工作更加科學、合理。

1.氧量參數

確定負荷、一次風量和水冷風室壓力等指標，單獨變量為氧量，那么氧量增加，飛灰含碳量減少，分形維數降低。氧量界面內，飛灰含碳量和氧量呈線性關系，假定氧量增加，飛灰含碳量會呈線性降低。分形維數和氧量呈現非線性關系，隨氧量增加而降低。因而，氧量直接影響了峰值區飛灰含碳量和分形特性。燃燒背景下，可對二次風進行改進，以調整氧量[2]。

二次風的作用包含兩個方面：（1）提供充足的氧量，為燃料的后期燃燒提供助力；（2）借助空氣和物料摻混，對爐內稀相區燃燒情況進行控制。飛灰分形維數表明，飛灰處于復雜的空間結構狀態，且其結構特性受未燃盡殘碳結構和無機質晶體機構復雜性影響。增加氧量，使二次風更具穿透性。二次風使氧量與煤炭顆粒碰撞加劇，增加煤炭顆粒表面和內部燃燒的充分性及均勻性，使飛灰含碳量和分形維數降低，孔隙更加均勻。

2.一次風量

分形維數隨一次風量的增大而降低，飛灰含碳量和床溫則分別呈現增加和升高趨勢。燃燒過程中，受一次風量影響，物料流化狀態、密相區和稀相區燃燒份額、煤炭顆粒在爐內的停留時間發生改變。增加一次風量會使顆粒在爐內的停留時間縮短。如果加強主流物料剛性，物料中心區域將不會被二次風穿透，以增加飛灰含碳量。反之，增加一次風量，會加快焦炭顆粒燃燒初期的孔隙擴張速度。既定尺度界面內，煤炭顆粒呈現均勻的孔隙結構狀態。增加一次風量會對煤炭顆粒流化性能產生影響，降低飛灰分形維數，對顆粒團混情況進行控制。表明，分形維數與氧量、一次風量和含碳量具有耦合關系[3]。

3.水冷風室壓力

假定工況背景是負荷200MW、一次風量220KNm3/h、含氧量3.5%，對水冷風室壓力進行更改，明確水冷風室壓力背景下分形維數和含碳量的具體變化情況。結果表明，分形維數和水冷風室壓力二者的變化趨勢是拋物線型，如果增加水冷風室壓力，分形維數會先降低，繼而升高，拋物線開口向上，極值所處位置在10KPa附近。可合理選擇一次風量和氧量，以有效控制水冷風室壓力對循環流化床鍋爐燃燒的影響。如果一次風量和氧量比較低，可選擇高水冷風室壓力，故而，特定背景下，含碳量與水冷風室壓力成反比。假定水冷風室壓力從8KPa增加到10KPa，會增加煤炭顆粒燃燒程度，孔隙處于良好發育狀態，分形維數降低。水冷風室壓力繼續增加直至12KPa，低一次風量和高風壓會增加飛灰內循環。如果飛灰處于爐內較長時間，燃燒也會更加充分。但是，一旦機質碳燃盡，品格結構坍塌，受無機質填充和塑形形變影響，孔隙結構呈現不均勻狀態，而分形維數也呈現增大趨勢[4]。

4.床溫

在單個運行參數背景下，分析其對分形特性的影響，會呈現一定的趨勢，但是無規律可循。分別類舉氧量和一次風量對飛灰分形維數的影響，前者接近拋物線關系，后者呈反比例關系。故而，需以中間變量為依據，對受多變量綜合影響的飛灰分形特性進行考量。實踐證實，床溫即為該中間變量，以此為依據，采用線性回歸方法對分形和運行參數的變化規律進行歸納和總結。

三、循環流化床鍋爐運行參數對灰渣特性的影響

對300MW負荷以下，不同運行工況背景的灰渣樣品進行擇取。借助壓汞實驗，對灰渣分形特征進行明確。研究結果表明，灰渣的分形維數與3趨近，而飛灰分形維數則與2趨近，闡明了鍋爐內煤循環燃燒背景下，燃燒產物的微觀特性會發生突變。研究飛灰分形特性表明，峰值區含碳量與飛灰分形維數呈反比，即飛灰分形維數隨著其在爐內停留時間的增加而增大。假定灰渣背景為大顆粒灰，分形維數會隨灰渣在爐內停留時間延長而增加。

負荷200MW、一次風量200KNm3/h背景下，更改氧量和水冷風室壓力對灰渣分形特性的影響。氧量增加背景下，灰渣分形維數變化背景是先減小后增大。變化特性與水冷風室壓力剛好相反。3.5%-4.0%氧量區間內，增加氧量，爐膛稀相區氧氣濃度和擴散能力也會隨之提高，使細顆粒燃燒加劇，細小顆粒飛灰返料量降低。故而，爐膛底部不經過外循環即進行排渣，爐內溫度不會有太大變化，微觀結構比較均勻，降低了分形維數。如果氧量增加到4.5%，總風量、過量空氣系數和爐膛運行煙速等指標也會增加，使分離器顆粒逐漸增多，對外循環顆粒產生影響，加劇微觀結構變化程度，分形維數也逐漸變大[5]。

特定一次風量和氧量環境下，物料流態化和物料沿爐膛高度分別會受水冷風室壓力影響。假定水冷風室壓力從8KPa增加到10KPa，一次風攜帶能力降低，增加內循環，并因稀相區和密相區燃燒環境差異因素，使灰渣微觀結構發生變化，增大分形維數。繼而對水冷風室壓力進行增加，使其達到12KPa，該情況下風室壓力比較高，使物料在稀相區的燃燒呈降低趨勢，密相區背景下，焦炭顆粒的燃燒份額增加，環境并無太大變化，灰渣微觀結構差異也不太明顯，降低分形維數。

溫度處于不斷升高狀態，分形維數和灰渣含碳量的變化趨勢相同。但是，氧量和風室壓力的差異性，使分形維數和含碳量的變化趨勢相反。由此得出，灰渣含碳量和分形維數受溫度影響，并且與氧量和風室壓力耦合作用具有相關性[6]。

綜合具體研究背景，對溫度、氧量、風室壓力等指標對灰渣含碳量和分形維數的影響規律進行考量。耦合作用對灰渣含碳量的影響程度取決于氧量和床壓，而灰渣含碳量受床溫影響。

四、結語

綜上所述，采用分形維數描述循環流化床鍋爐運行參數對飛灰和灰渣特性的影響，能夠達到良好的研究效果。本文著重研究煤、飛灰和灰渣的微觀特性，繼而對循環流化床鍋爐內煤的燃燒情況進行反應，為火電廠各項工作的開展奠定良好的基礎，推進火電廠內部各項工作的順利開展。

[1]樊保國,劉興國,等.循環流化床鍋爐飛灰的分形特性[J].煤炭學報,2014,(06):1154-1158.

[2]李斌,李建鋒,等,堯國富,王元,朱超,黃海濤.我國大型循環流化床鍋爐機組運行現狀[J].鍋爐技術,2012,(01):22-28.

[3]鄧雨生.混燒石油焦油頁巖循環流化床灰渣特性的試驗研究[J].熱能動力工程,2011,(06):716-720+775.

[4]吳劍恒.CFB鍋爐燃用福建無煙煤二次風特性試驗 [J].華北電力技術,2010,(03):15-22.

[5]李建鋒,郝繼紅,等.中國循環流化床鍋爐機組運行現狀分析[J].鍋爐技術,2010,(02):33-37+75.

[6]黃中,潘貴濤,張品高,肖平,孫獻斌.300MW大型循環流化床鍋爐運行分析與發展建議[J].鍋爐技術,2014,(06):35-41.