火力發電廠循環流化床鍋爐燃料及燃燒特點探析

陳利平

摘 要：在火力發電廠中，循環流化床鍋爐具有重要的作用，不僅燃燒效率高，還可實現環保的目標。本文介紹了循環流化床鍋爐，闡述了燃料評價指標以及燃料粒徑的分布特點，提出了加強循環流化床鍋爐使用效果的燃料選擇要求，分析了循環流化床鍋爐的控制應用，并且結合一些問題進行了解釋，通過合理運用鍋爐及燃料能夠使其起到更好的效果。

關鍵詞：發電廠;循環流化床鍋爐;燃料

引言

傳統的火力發電廠發電會對環境產生不良的影響，不利于電力工業的發展，為了實現環保目標，使電力行業得到可持續發展，需要改善發電技術。大部分單位開始進行低排放技術研究，其中CFB技術的應用發揮了重要的作用，利用該技術能夠實現清潔燃燒需求，通過加入石灰石顆粒使污染氣體被吸收。利用相應對應的循環流化床鍋爐（CFBB）進行生產可使效果得到改善，減少對環境的影響。因此，應對循環流化床鍋爐進行研究，分析燃料燃燒特點以及應用要點，使其能夠發揮出更好的作用。

一、循環流化床鍋爐概述

循環流化床鍋爐是近年來所產生的新一代燃燒鍋爐，相比傳統的鍋爐具有更多的優勢，燃料適應性強、燃燒的效率高，同時氮氧化物的排放比較低，爐內脫硫率較高，還具有良好的負荷調節性能，在電力產業中得到了廣泛的應用。循環流化床鍋爐燃燒的自動化控制能夠使燃料產生的熱量滿足鍋爐蒸汽負荷的需求。在鍋爐符合需求發生了變化的時候，可通過改變燃料量來動態適應負荷變化。在控制的過程中，需要保證鍋爐的穩定運行，避免產生安全問題。燃燒系統中包含了以下幾種功能。

循環流化床鍋爐能夠保持主汽壓力平穩性，當主汽壓力產生了變化，說明鍋爐的產汽量、耗汽量之間不適應，需要對燃料量進行調整。鍋爐能夠保持爐膛負壓，其中引風量及送風量之間的配合能夠起到維持負壓的作用[1]。循環流化床鍋爐能夠實現鍋爐運行的經濟性需求，通過改變鍋爐燃料量和鍋爐總風量可以實現負荷的需求。同時，能夠發揮出脫硝的作用，為了確保氮氧化物排放得到控制，需要對料床溫度進行控制。鍋爐能夠保證流化的效果，通過返料量以及排渣量的控制能夠使循環流化床鍋爐的循環倍率產生變化，并且能夠保證合理的料層高度，其高度與鍋爐的安全運行之間存在密切聯系，適合的厚度能夠使爐料達到完全流化的狀態，能夠避免流化不良造成的床溫驟變。

二、燃料評價指標

（一）揮發份

當鍋爐使用的燃料是油頁巖或者煙煤等物質的時候，這類燃料具有結構較松軟的特點，在受熱的時候，產生的揮發份會分解并且釋放出去，導致燃燒速度加快，但是著火的溫度比較低。采用石煤等燃料進行燃燒的時候，這種燃料的結構密度比較大，不容易揮發，當受熱的時候揮發份析出難度也比較大，使燃燒消耗的時間延長，同時需提高著火溫度。當煤種等級存在著不同的時候，不能進行互換，同時煤種等級區別會使其燃燒過程受到影響，還會使燃燒的經濟性產生影響。在選擇的過程中，應對不同煤種的性質進行分析，當煤種之間的差異比較大的時候，應進行合理的一、二次風配比調整。

（二）發熱量

如果鍋爐在生產過程中所使用燃料的發熱量與設計煤種之間存在較大差值，例如，實際發熱量小于設計發熱量的時候，密度相區的溫度將會大幅度下降，燃燒時限將會受到較大影響。如果所采用的燃料屬于低熱值，將會含有大量的折算水分與折算灰分，會對鍋爐內部的燃燒配額造成一定的影響，導致鍋爐熱效率較低。實際發熱量>設計發熱量，將會導致床溫大幅度上升，極易造成結焦問題。

（三）硫分

采用循環流化床鍋爐進行燃燒可通過添加石灰石的方式來減少排放出的硫化物，這樣可使空氣污染問題得到有效的控制，還可避免鍋爐被腐蝕影響。因此，在使用的時候，應對煤種中的硫分進行相應的控制，使其含量值低于標準值。

（四）灰分

灰分對于循環流化床鍋爐的使用有著較大的影響，當受熱面損壞的程度比較大的時候，會產生爆管，使鍋爐的作業出現安全問題[2]。灰渣會帶來物理熱損失問題，在除塵器運行的過程中差壓較大。同時，飛灰在受熱面后部的沉積會使傳熱效果受到影響，導致鍋爐燃燒的效率降低。為了使鍋爐的使用發揮出有效的作用，灰分發揮了重要的功能，床層物料中主要為灰分，通過對灰分量進行控制能夠實現循環的目標。在進行煤種灰分選擇的時候，應考慮到除塵器以及冷渣器的作用，控制好入爐的燃料的粒徑。

（五）水分

當煤種存在著較多的水分的時候，會使著火的難度提高，造成爐膛溫度難以達到預期的情況，不能實現充分地燃燒，導致熱量損失。同時，這種情況下還會使鍋爐內部的煙氣體積變大，使引風機消耗更多的電能，造成鍋爐排煙熱損失問題。水分種類中，分別包括外在及內在水分，當煤種的外在水分含量比較高的時候，可將其置于干煤棚進行預干燥處理，當處理過程中缺少預干燥處理的時候，會使燃料的流動性降低，造成落煤管堵塞的情況。

三、燃料粒徑的分布特點

循環流化床鍋爐燃燒中，整個過程比較復雜，燃料的粒徑對鍋爐的經濟性具有較大的影響，還會使運行的安全受到影響。燃料粒徑帶來的不良影響的原因包括以下內容。首先，燃料粒徑的分布對物料循環有著直接的影響，為了保證循環的效果，需要控制好分布情況，在確定了流化速度后，燃燒在稀相區份額恒定，將其作為床料，使物料能夠處于平衡的狀態。其次，燃料粒徑的分布應滿足實際要求，當煤種的揮發份較高的時候，粒徑應偏大，而揮發份含量低的時候，應減小粒徑。最后，應保證燃料粒徑分布能夠得到有效的調控，在鍋爐運行過程中，通常會產生中間顆粒份額比較小，粗細顆粒份額大等情況，在這種情況下，燃料粒徑的區別會對燃燒的效果產生影響，因此，需要重視燃料粒徑的分布情況。

四、加強循環流化床鍋爐使用效果的燃料選擇要求

為了保證鍋爐的使用效果，需要選擇合適的防磨材料。首先，在優化循環流化床鍋爐材料的時候，應合理選擇金屬材料，其中碳鋼及合金鋼比較關鍵，這類材料能夠用于制作鍋爐的承壓管，管子的結構布置比較復雜，需要加強對循環流化床鍋爐金屬材料的性質控制，利用先進的技術，能夠避免循環流化床鍋爐磨損的問題。

其次應選擇循環流化床鍋爐耐火材料，需要了解耐火材料的性質，考慮到期物化性質，還應結合其經濟性特點進行分析[3]。通過對循環流化床鍋爐結構的了解，從耐火內襯部分開始進行研究，考慮到耐高溫及耐磨的性能，綜合進行比較，使應用的效果得到保障。

五、循環流化床鍋爐的控制應用

循環流化床鍋爐與煤粉爐之間具有一定的相似性，都有著多參數以及非線性等特點，同時，這種鍋爐比一般的鍋爐具有更多的輸入及輸出變量，耦合關系較為復雜。循環流化床鍋爐在應用中具備了以下的功能，例如負荷指令回路、床溫調節以及給煤量調節、燃油母管壓力調節等。為了保證其應用的效果，應對鍋爐進行分析，了解其使用的特點，通過合理應用循環流化床鍋爐，可使其發揮出更好的作用，減少對燃燒過程產生的影響。在系統控制上，由于這種鍋爐與一般鍋爐之間存在著較大的差異，因此，應對其控制過程進行詳細的分析。

（一）鍋爐燃燒控制

循環流化床鍋爐燃燒過程中，主要差異在于循環與流化這兩方面，這種鍋爐的燃料一般包括了煤、石灰，物料從給料口進入到了爐膛密相區的下部之后，被高溫物料所包圍，并且迅速地著火，之后在燃燒室中伴隨著高速風流在懸浮狀態之中燃燒。其中，高溫煙氣帶著爐料以及沒有完全燃燒的煤粒飛出燃燒室的上部，經過了旋風分離器的分離之后，留下了沒有完全燃燒的燃料，再送回到爐膛底部，進入循環燃燒狀態中。

（二）石灰石量控制

燃燒的過程中，添加的石灰石能夠與產生的二氧化硫之間出現反應，并且發揮出脫硫的功能。通過對石灰石量進行調節能夠使鍋爐的排放需求得到滿足。在控制回路中通常利用串級調節的方式。上級調節器為二氧化硫調節器，下級調節器為石灰石量調節器，在二氧化硫產生了變化的時候，調節給石灰石旋轉給料機的運行速度，控制石灰石量。在調節的時候，總煤量是前饋信號，將其加入到調節器之中，當煤量發生了變化，二氧化硫也會產生變化。僅僅結合二氧化硫信號調節石灰石的量會產生較大的延遲，而將煤量作為前饋信號，結合煤量進行調節能夠到達更好的效果，可避免延遲帶來的影響，實現有效的調節。

（三）風量控制

循環流化床鍋爐的風系統結構比較復雜，其中包括了一二次風以及返料風等部分，結合不同的鍋爐，在設計中需要對一次風以及二次風等部分進行分析，針對不同需求的鍋爐進行不同的設計。其中一次風可分為兩路，在燃燒的時候，一路一次風由爐膛下部的一次風箱進入，經過布風板之后再進入到燃燒室中，使床料產生流化，并且帶著床料向上進行移動，經過整個燃燒室。另一路一次風，也稱作下二次風，能夠由二次風總管送入，在應用中一次風與二次風分別從爐膛的不同高度進入到燃燒室，并且補充懸浮區燃燒使用的空氣量，使燃料能夠在上升的過程中實現分級燃燒，這幾種方式都是循環流化床鍋爐使用的送風特點。在燃燒中所需的一次風和二次風從不同高度進入到爐膛之中，達到分級燃燒的目的，使爐膛內部的溫度降低，減少了氮氧化物的排放，提升了燃燒的效率。二次風從爐膛的密相區上部四周爐墻分層給入，可使煤粒實現充分燃燒。其中，部分一次風可作為播煤風以及正壓輸煤系統的密封風。在比例上，一次風與二次風的比例通常在1∶1-6∶4的范圍之內，可達到良好的效果。同時，一次風以及二次風的風壓也應控制在合理范圍之內。

（四）返料風控制

循環流化床鍋爐返料器使用的是非機械密封閥，循環的過程中，動力來自于返料器進口側立管產生的物料差壓，為了保證物料循環穩定性，鍋爐中還包括了一路高壓的返料風。返料風的風量比較小，風壓與返料閥的形式之間存在著密切的聯系，不同規格的鍋爐的風壓之間存在不同。

六、鍋爐設備基本情況及使用問題

循環流化床鍋爐作為一種具有耐高壓特性，利用特殊分離器將燃料中的氣固分離的鍋爐，結構中包括了燃燒室、分離器、返料裝置、對流煙道四個部分。使用的點火方式比較獨特，通過床下及床上進行點火，使用點火燃燒器分別放置在水冷風室的下部以及距離爐膛恰當距離的位置處，借助滾筒冷渣器將底渣排出。

（一）燃料水分較高堵煤問題

鍋爐應用的燃料主要是來源于洗煤廠，洗煤廠通過設備進行洗選處理產生相應的燃料物質，這些物質通常會含有大量的水分，對以往燃料水分進行分析發現，其水分含量一般位于9到11個百分比之間。但是鍋爐設備運行對燃料水分含量具有一定要的要求，要求燃料水分需要控制在百分之5以下，經常燃用一些水分含量較高的燃料會導致輸煤系統下煤管和鍋爐煤倉及落煤管出現堵塞情況，運行中若不能及時對該問題進行處理，會造成非常嚴重的經濟損失。例如：某集團沒有對燃料水分進行控制，導致鍋爐設備一年時間中出現了五次非計劃停運，對集團造成的經濟損失近百萬。為了消除負面因素對經濟效益的影響，利用資金采購了燃料烘干設備，對燃料水分進行了嚴格控制，下煤管堵塞問題也得到了避免。

（二）設備磨損消耗問題

循環流化床鍋爐設備內部結構與普通鍋爐設備內部結構有著較大的差異性，需要特別注重的是循環流化床鍋爐設備對設備內部結構耐高溫和內磨性能有著更高的要求，實際運行中該鍋爐設備的磨損損害程度也會高出普通類型的鍋爐設備很多。鍋爐設備在設計制作過程中技術人員要進行多次的調研實驗工作，除了要保證選用材料綜合性能較為良好之外，同時也要保障材料具備良好的性價比，從而有效延長鍋爐設備的應用年限。運行中對于進入鍋爐的燃料顆粒直徑尺寸越小越好，尺寸越小燃燒效果越好，最好能夠將其直徑尺寸控制在8mm以下。設計制造過程中對于水冷壁焊接處要進行妥善處理，要應用設備對壁面進行拋光處理，對于磨損較為嚴重部位應當需要利用特殊物質進行噴涂，從而增強該部位的使用壽命。

（三）鍋爐啟動故障問題

鍋爐設備實際運行中一般有床下和床上兩種點火方式，點火主要應用設備為電子打火裝置和油槍設備。循環流化床鍋爐設備在點火階段中，點火風道耐火材料在油槍出力控制不當情況下易出現脫落問題。在向鍋爐點火投油調整不當時，使得經常出現點火風道內部溫度較高且含氧量較低的情況出現，這時為了增強燃料的燃燒效果需要增加鍋爐設備內部的含氧量，需要加大鍋爐內部通風量，但是在一些因素干擾下會使得鍋爐內部溫度急劇降低，甚至會導致鍋爐油槍出現熄火問題。為了對該問題進行改善制定了新型的點火發方案，便于更為良好的保障鍋爐設備應用性能發揮[4]。點火過程中為了避免對耐火性材料造成損壞，經過實踐了解鍋爐設備從點火到滿負荷運行的方法，將鍋爐設備從基礎的20℃加熱到穩定狀態下的燃燒溫度需要消耗將近5-6h的時間。鍋爐設備內部溫度達到相對穩定燃燒溫度后在進行燃料的投放，通常情況下在500℃左右。燃料投放完成后運行人員也要對爐內床溫以及鍋爐內部含氧量進行實時的監控，發現出現較大波動應及時進行調整。

（四）物料流化問題

在實際運行中，鍋爐運行存在著床料流化不良的問題，這種情況下，進行冷態實驗，鍋爐床面上的床料大約有三分之二不能流化，當加大風量的時候，還是存在二分之一的床料難以流化，而當突然加大風量的時候，床料會出現松動，不會產生異常的問題，同時床料能夠保持平整。在正常流化情況下拉掉引風機，待床面靜止后，觀察床面是否平整，如有凹陷的地方應進行檢查。

（五）灰渣含碳量較高問題

灰渣中含碳量較高的時候，需要采取有效措施進行處理，提升鍋爐的燃燒效率。產生這種問題是由于燃燒的時候沒有對爐中的燃料及氧氣的結合進行控制，可采取以下措施進行解決。第一種方式為控制燃料的粒徑，當燃料粒徑較大的時候，鍋爐中的受熱面磨損會加快，導致鍋爐使用產生安全問題。大多數循環流化床鍋爐使用的是粒徑不超過13mm的煤燃料，但是效果也不理想，當粒徑控制在了5-10mm范圍內的時候，這類煤燃料占所有煤的比例為70%-80%，能夠使含碳量得到有效的控制，實現高效的燃燒。第二種方式是對床溫進行控制，需要根據燃燒的特點以及設備使用情況等進行分析，在鍋爐使用中旋風分離器產生的可燃物為焦炭，這種物質燃燒溫度需要達到800℃以上，同時顆粒燃燒一般在稀相區中完成，當床溫度較低的時候，燃點在稀相區的溫度達不到要求，導致燃燒不完全，碳含量會增加。而將溫度控制在900℃-930℃范圍之內的時候，物料會充分燃燒，含碳量能夠有效降低，保證了鍋爐的使用效果，能夠使鍋爐的運行效率提升，同時能夠滿足運行的需求，減少鍋爐熱損失降低了煤耗。

七、結語

火力發電廠發電使用的循環流化床鍋爐具有比較復雜的特點，為了保證鍋爐的使用效果，需要對其使用要點進行明確，了解燃料燃燒的特點，使鍋爐的使用能夠得到保障。通過對鍋爐使用進行詳細的分析，解決使用中存在的問題，合理調整鍋爐可靠運行，能夠為發電廠帶來更好的條件，實現生產的目標，提升發電廠生產的效率。

參考文獻：

[1] 胡信韜，彭義林，姜聰，杜奇跡，田新民.某燃煤循環流化床鍋爐改燒生物質研究[J].? 科技經濟導刊. 2019（31）

[2] 谷建.淺談循環流化床鍋爐點火節油的技術改造方案[J]. 科技風. 2019（20）

[3] 張臨鋒.200MW循環流化床鍋爐中心筒改造[J].? 鍋爐制造. 2017（03）

[4] 梁娜娜.電石渣作為循環流化床鍋爐爐內和爐外濕法脫硫劑的應用[J]. 應用能源技術. 2017（08）