145 MW 循環流化床鍋爐降低飛灰可燃物含量的燃燒調整試驗分析

史修立

（華能招標有限公司，北京 102209）

0 引言

循環流化床鍋爐的設計床溫一般在850～900 ℃，此范圍的煤粒燃燒屬于低溫燃燒；相較于煤粉鍋爐而言，循環流化床鍋爐爐內煤顆粒的燃燒速率較低，粒徑明顯更粗，其燃盡所需的時間顯著增長［3］。因此，循環流化床鍋爐的飛灰可燃物含量易偏高［4-5］。

針對循環流化床鍋爐飛灰可燃物含量易高的問題，在理論分析的基礎上，對某電廠145 MW 循環流化床鍋爐開展降飛灰可燃物含量的燃燒調整試驗分析，以期找到降低飛灰可燃物含量的有效辦法。

1 設備簡介

機組鍋爐型號HG-465／13.7-L.PM，為自然循環超高壓中間再熱流化床汽包爐，單爐膛、平衡通風、一次中間再熱、懸吊結構、全鋼構架，臥管式空氣預熱器，爐后給煤，爐前排渣，固態機械除渣。鍋爐露天布置，運轉層以下全封閉，運轉層標高為9 m。

鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱旋風分離器、雙路回料閥和尾部對流煙道組成。燃燒室（爐膛）蒸發受熱面采用膜式水冷壁，水循環采用單汽包、自然循環、單段蒸發系統。采用水冷布風板，大直徑鐘罩式風帽。燃燒室內布置雙面水冷壁來增加蒸發受熱面。燃燒室內布置屏式Ⅱ級過熱器和高溫再熱器。

鍋爐主要設計參數見表1。

表1 鍋爐設計技術參數

2 鍋爐飛灰可燃物含量現狀

鍋爐日常運行一周時間內飛灰可燃物含量的統計數據如圖1 所示。

圖1 鍋爐正常運行時飛灰可燃物含量的統計數據

從圖1 可以看出，鍋爐飛灰可燃物含量明顯比同類型機組偏高。統計數據顯示，鍋爐的飛灰可燃物含量一般在16%～20%的水平。

在這個過程中，控制好芯層的應力尤為重要，波導芯層采用干法刻蝕系統中的RIE；當獲得刻蝕角度和側壁光滑的矩形波導后，沉積大于15 μm的硼磷硅玻璃(Boron Phosphorus Silicate Glass,BPSG)作為上包層，也就是在硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)沉積條件中摻雜乙硼烷(B2H6)和磷烷(PH3)，使上包層熔點降低、流動性變好，但同時B2H6使折射率下降，需通過PH3來調高折射率.

3 理論分析

3.1 煤質影響

3.1.1 入爐煤的熱值

文獻［6］表明，入爐煤的熱值較高時，飛灰可燃物含量相對較高；相反，入爐煤的熱值較低時，飛灰可燃物含量相對較低。但是，入爐煤的熱值過低時，煤中灰分含量升高，飛灰可燃物含量也會升高。

3.1.2 入爐煤的粒度

從燃燒角度來講，入爐煤的粒度越細，著火越迅速，燃燒越充分，越易燃盡，故而飛灰可燃物含量越低。但是，入爐煤的粒度過小，雖易著火及燃燒，但也易被煙氣夾帶，進而煤粒難以被旋風分離器捕捉分離，導致逃逸至尾部煙道的細顆粒較多；同時，煤在爐內的停留時間較短，因此飛灰可燃物含量較高。并且，入爐煤的粒度過小，此時的爐膛密相區和稀相區的燃燒份額難以控制，床溫容易出現波動，進而影響爐內燃燒的穩定性［7-9］。

此外，入爐煤的粒度較為均勻時，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量也會相對減少［10］。

3.1.3 入爐煤的燃盡特性

經典燃燒學理論認為，煤顆粒內部析出揮發份后便具有孔隙性。煤質揮發份含量越高，燃燒時的煤顆粒孔隙率越大，煤粒與空氣的接觸面積也就越大，因而更易燃盡，燃燒損失也就越小。相反，在相同因素下，煤質揮發份含量越低，越難燃盡，燃燒損失也越大。也就是說，對于揮發份較高的燃煤，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量較低；相反，對于揮發份較低的燃煤，鍋爐燃燒的飛灰可燃物含量較高［10-12］。

3.2 配風影響

燃燒空氣的總量將嚴重影響循環流化床鍋爐的飛灰可燃物含量。在鍋爐運行中，適當提高過量空氣系數，有利于煤顆粒的燃盡和爐內燃燒效率的提高；但是，過量空氣系數過高，會導致鍋爐運行床溫和爐膛溫度水平的降低，同時細煤粒在爐內的停留時間也會縮短，導致排煙損失增大，燃燒效率降低，同時風機電耗也會相對增大。

另外，循環流化床鍋爐一二次風的配比對爐內燃燒也有顯著影響。一次風的作用是保證鍋爐密相區的床料流化與燃燒需氧；二次風的作用是補充密相區出口及稀相區燃燒所需氧量，同時加強爐內物料擾動，以強化稀相區細煤粒的燃燒。隨著爐膛高度的增加，爐內氧濃度不斷降低，導致稀相區的焦炭燃盡較為困難。因此，在保證正常流化的前提下，適當提高二次風的比率將有助于降低鍋爐飛灰可燃物含量［8］。

3.3 床溫影響

文獻［13-14］研究表明，對于揮發份較高的煤種，鍋爐運行床溫對飛灰可燃物含量的影響較小。但是，對于混合煤種，煤質成分差異較大，導致床溫對爐內燃燒的影響較大。提高鍋爐運行床溫，一方面可以提高煤顆粒的反應速度，縮短煤顆粒的燃盡時間；另一方面可以增強煤顆粒破碎的劇烈程度，從而增加煤顆粒與空氣接觸的比表面積，進而提高煤顆粒的燃燒速率和燃盡程度［15］。因此，在一定的溫度范圍內，鍋爐運行床溫越高，爐內燃燒效率越高，飛灰可燃物含量越低。

4 燃燒調整試驗

基于上述理論分析，開展鍋爐降低飛灰可燃物含量的燃燒調整試驗，主要調整內容包括一次風、二次風及床溫調整。

4.1 一次風

循環流化床鍋爐一次風的主要作用是保證鍋爐密相區的床料流化與燃燒需氧。若一次風量過大，將造成床溫和爐膛溫度下降，導致爐內燃燒效率降低，飛灰可燃物含量升高。

在相同負荷情況下，控制相同的氧量與二次風開度，通過調整一次風量，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，如表2 所示。

對比試驗工況1 與試驗工況2 可以發現，維持負荷不變，控制相同的氧量與二次風開度的條件下，減小一次風風量，鍋爐運行床溫明顯升高，飛灰可燃物含量略有降低。因此，對于145 MW 循環流化床鍋爐而言，建議今后運行在保證一次風充分流化床料的前提下，盡量降低一次風的風量。

4.2 二次風

循環流化床鍋爐二次風的作用是補充密相區出口及稀相區燃燒所需氧量，同時加強爐內物料擾動，以強化稀相區細煤粒的燃燒。因此，在保證正常流化的前提下，適當提高二次風的比率將有助于降低鍋爐飛灰可燃物含量。

在相同負荷情況下，控制相同的氧量與一次風量，通過調整上二次風開度，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，如表3 所示。

表2 調整一次風對比數據

表3 調整二次風對比數據

對比試驗工況3 與試驗工況4 可以發現，維持負荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風風量與下二次風開度，增大上二次風開度，鍋爐運行床溫變化不大，但飛灰可燃物含量明顯降低。因此，建議今后運行在保持適當的過量空氣系數前提下，增大上二次風風門開度，減小下二次風風門開度，以強化爐內分級燃燒，增強鍋爐密相區上部及稀相區的燃燒，進而降低飛灰可燃物含量。

4.3 床溫

對循環流化床鍋爐而言，在一定的溫度范圍內，其運行床溫越高，爐內燃燒效率越高，飛灰可燃物含量越低。通過調整鍋爐運行床溫，觀察鍋爐飛灰可燃物含量的變化，結果如表4 所示。

對比試驗工況5 與試驗工況6 可以發現，維持負荷不變，控制相同的氧量（脫硫塔出口，±0.3%）、一次風風量與上、下二次風開度，循環流化床鍋爐的運行床溫提高后，其飛灰可燃物含量明顯降低。因此，建議今后運行在保證安全不結焦且環保指標不超標的前提下，盡量提高鍋爐運行床溫，提高爐內燃燒效率，進而降低飛灰可燃物含量。

表4 調整床溫對比數據

4.4 入爐煤熱值及粒度分析

除此之外，對該電廠循環流化床鍋爐的入爐煤熱值與粒度進行取樣化驗，分析結果如表5 所示。

表5 入爐煤熱值及粒度數據

由表5 數據可以發現，目前該電廠循環流化床鍋爐燃煤發熱值較國內同類型機組明顯偏高，且粒度偏細，特別是燃煤粒度1 mm 以下占比明顯偏大。如前文理論分析部分所述，燃煤熱值越高，飛灰可燃物含量相對較高；入爐煤顆粒過小，也會導致飛灰可燃物含量升高。因此建議今后摻燒部分熱值較低的煤種，并將入爐煤粒度控制在1 mm 以下占比25%左右。

5 結語

對于循環流化床鍋爐，當燃煤不能完全燃燒時，容易造成飛灰可燃物含量的升高。從煤質影響、配風影響、床溫影響等方面，分析了飛灰可燃物含量的變化機理。在此基礎上，針對145 MW 循環流化床鍋爐開展降低飛灰可燃物含量的燃燒調整試驗，提出了降低飛灰可燃物含量的有效措施，主要包括：降低一次風風量、增大上二次風風門開度、提高運行床溫、控制入爐煤熱值及粒度等。研究成果可為同類循環流化床鍋爐運行提供參考。