內(nèi)容摘要：關(guān)鍵詞  循環(huán)流化床鍋爐  福建無煙煤   熱效率

出力足、熱效率高、安全穩(wěn)定運行時間長及排放污染物少是對循環(huán)流化床鍋爐(以下簡稱CFBB)的基本要求。經(jīng)過多年的努力，我省CFBB在提高鍋爐出力上已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗，并取得成效。如何盡快提高鍋爐熱效率已是當(dāng)前迫切需要解決的問題之一。從我省已投入運行的CFBB來看，其熱效率一般僅達(dá)65～72％。這不僅造成嚴(yán)重的資源浪費和經(jīng)濟(jì)損失，同時也影響CFBB在我省的進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)我國的CFBB技術(shù)水平和本省一些熱效率較高的CFBB的經(jīng)驗，在近期將我省CFBB的運行熱效率(有別于設(shè)計或鑒定測試熱效率)提高到接近80％或更多一些不僅必要而且是可能的。

    l  影響我省CFBB熱效率的主要因素

    影響鍋爐熱效率的因素很多。剖析我省CFBB熱效率不高的主要原因是鍋爐的機(jī)械未完全燃燒損失(q4)過高。這項損失存在于鍋爐的排渣和飛灰之中。對一般燃燒較正常的CFBB，爐渣的含碳量均能達(dá)到1．8％以下。而飛灰含碳量則高達(dá)30 ～50％，甚至更高。這就使得鍋爐僅q4就達(dá)到10％以上甚至超過20％。加上其它各項不可避免的熱損失(約10％或更多一些)，致使鍋爐熱效率非常之低。

    我省CFBB的q4如此之高，主要是由于福建無煙煤的特殊性質(zhì)以及CFBB設(shè)計還不能與之相適應(yīng)。福建無煙煤固定碳含量高、揮發(fā)份低、著火溫度高而灰熔點又偏低。原煤機(jī)械強(qiáng)度低，碎煤率高。熱穩(wěn)定性差，入爐后加劇爆裂，增大了細(xì)煤粒子數(shù)量。這些特性使得燃料在爐內(nèi)燃燒的溫度區(qū)域十分狹窄。高溫的限制影響到燃料的燃燒速率。低于著火溫度燃料不再燃燒，以致大量的細(xì)煤粒子未能燃燼就被帶出爐外。

    顯然，要提高CFBB的熱效率，必須在減少其它各項熱損失的同時，突出解決飛灰的燃燼度問題。使之達(dá)到允許的熱損失范圍之內(nèi)，也就是要提高燃燒效率。

    循環(huán)流化床燃燒技術(shù)所具有的流態(tài)化燃燒、分級燃燒、循環(huán)燃燒和微正壓燃燒特點，是可以有效地燃用福建無煙煤。只要我們針對福建無煙煤的燃燒特性，進(jìn)一步改進(jìn)CFBB的設(shè)計并采取相應(yīng)的措施，把燃燒效率提高到90％以上是可以做到的。

    2  CFBB燃燒基本條件

    根據(jù)福建元煙煤的特點，CFBB應(yīng)具備以下燃燒基本條件：

    2．1  建立爐內(nèi)高溫。在密相區(qū)爐溫應(yīng)控制在950—1050℃之間。進(jìn)入稀相區(qū)煙氣溫度應(yīng)達(dá)900--950℃。離開爐膛(或進(jìn)入對流受熱面)之前不低于850℃。

    2，2  提供必要的過量空氣，并使之與燃料劇烈擾動，加速爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)。

    2．3  燃料在爐內(nèi)有一定的停留時間。那些分離器捕集不下來的飛灰粒子，至少有5秒左右的時間進(jìn)行燃燒。

    3  提高燃燒效率的重要途徑

    3．1  提高燃料在密相區(qū)的燃燒份額

    燃料在密相區(qū)的燃燒份額是指在額定工況下燃料在密相區(qū)燃燒量占鍋爐計算燃煤量的比例。密相區(qū)物料濃度大、蓄熱量大、溫度高且便于控制。燃料在爐床上流態(tài)化燃燒，反應(yīng)強(qiáng)烈，且大部分燃料在此停留時間較長，燃燒效率高。因此，提高密相區(qū)的燃燒份額，不僅減輕稀相區(qū)的燃燒負(fù)擔(dān)，而且提供足夠大的熱量，由煙氣、循環(huán)灰攜入稀相區(qū)建立高溫。加速飛灰(含循環(huán)灰)的燃燒，從而提高整個鍋爐的燃燒效率。

    密相區(qū)燃燒份額視不同爐型而異，一般可達(dá)50--60％左右，對有埋管受熱面的CFBB還可以高一些。

    3．2  提高密相區(qū)氣化率

    固體燃料在高溫爐床上進(jìn)行燃燒的同時還存在著還原反應(yīng)。循環(huán)流化床分級燃燒使密相區(qū)上部形成濃厚的還原氣氛。使部分CO2，還原為CO。即固體燃料的氣體。具有一定濃度CO的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)與二次風(fēng)混合后迅速燃燒，并大大提高了爐膛溫度。一般可達(dá)950～1000℃，比進(jìn)稀相區(qū)前高50～100℃。對循環(huán)倍率不太高的CFBB是十分明顯的。提高氣化率即增加CO氣體。它實際上是間接地提高了密相區(qū)燃燒份額，同時有利密相區(qū)熱平衡的控制。

    3．3  增大排渣量的份額

    燃料中的灰份最終以爐渣和飛灰的形式排出爐外。爐渣中可燃物少，而飛灰中含碳量非常大。顯然，增大排渣占然灰份中的份額，也就是減少了可燃物排出總量，減少q4。從(附表)可以看到Ay為24．6％的燃料，若排渣含碳量為1．8％，  飛灰含碳量為30％，渣灰比不同其q4則有很大差別。針對煤種及其粒度分布，在保證運行可靠前提下，采取一些措施，把渣灰比例適當(dāng)放大可以達(dá)到降低q4的目的。

    3．4  降低入爐煤碎煤率

    福建無煙煤碎煤率高。據(jù)不少單位對煤場燃料的篩分試驗，小于lmm的煤粒竟達(dá)50％左右。這些煤送入爐內(nèi)(暫不考慮在篩分破碎過程細(xì)粒經(jīng)比例增大)，很快被帶入爐膛。其中那些分離器分離不下來的超細(xì)粒子(＜100μm)一次性通過爐膛燃燼度差，增大了q4損失。因此降低入爐煤的碎煤率，減少超細(xì)粒子的數(shù)量，對提高燃燒效率也是至關(guān)重要的。

    3．5  提高鍋爐循環(huán)倍率

    許多試驗和生產(chǎn)證實，鍋爐的燃燒效率隨著循環(huán)倍率的增大而提高。循環(huán)倍率高，意味著分離器的分離效率高，能把相當(dāng)小的灰粒子都捕集下來參加循環(huán)燃燒。另方面循環(huán)倍率高爐內(nèi)的物料濃度大，一部分物料在稀相區(qū)、密相區(qū)來回運動形成內(nèi)循環(huán)。大量地均勻地把熱量帶入稀相區(qū)，保持爐膛高溫，縮小爐內(nèi)溫度梯度。同時使燃料得到較有效地燃燒。顯然，循環(huán)倍率高對提高燃燒效率有明顯的作用：

    (1)物料在爐內(nèi)循環(huán)次數(shù)增加，延長了燃燒時間。

    (2)高濃度循環(huán)物在循環(huán)過程相互地碰撞，使灰殼破碎，改善了灰核的燃燒條件。

    (3)循環(huán)倍率高，通過密相區(qū)的物料量大?？杉皶r不斷地把熱量帶出，有利于爐床熱平衡和提高密相區(qū)燃燒份額。

    (4)循環(huán)物料量增大，使部分細(xì)灰滯留密相區(qū)，增大排渣份額。

    4  提高燃燒效率的技術(shù)措施

    4．1  改進(jìn)鍋爐燃燒結(jié)構(gòu)

    4．1．1  密相區(qū)。密相區(qū)是鍋爐燃燒的重要區(qū)域。其布風(fēng)板面積應(yīng)根據(jù)CFBB分級燃燒、燃燒份額、過量空氣系數(shù)、爐型特點、有無埋管受熱面以及低負(fù)荷時燃料正常流化等要求確定。為減輕飛灰揚析和增大冷渣比例，低倍率CFBB可以選擇較低的斷面風(fēng)速。對于循環(huán)倍率較高的CFBB應(yīng)避免風(fēng)速過大。采取過高的截面燃燒熱強(qiáng)度是不適宜的。它不僅會降低燃燒效率，甚至導(dǎo)致該區(qū)產(chǎn)熱量下降，影響鍋爐出力。密相區(qū)的高度關(guān)系到燃料正?；瘜W(xué)反應(yīng)過程的需要、埋管受熱面布置以及向稀相區(qū)平穩(wěn)過渡。不宜太矮，一般＞3m。

    4．1．2  稀相區(qū)：稀相區(qū)是對飛灰燃燼有著決定性影響的區(qū)域。飛灰(含循環(huán)灰)在此應(yīng)得到有效地燃燒。并讓那些即將飛出爐體的飛灰粒子的含碳量降到設(shè)計q4允許值以下。為此：

    (1)從密相區(qū)到稀相區(qū)一定高度內(nèi)設(shè)置衛(wèi)燃帶減弱換熱強(qiáng)度，  以保持煙氣較高的溫度。

    (2)在稀相區(qū)入口設(shè)置高速二次風(fēng)口。在補充空氣的同時加強(qiáng)與燃料(循環(huán)灰) CO的擾動，強(qiáng)化燃燒。提高爐溫并保持穩(wěn)定。二次風(fēng)口的高度要適當(dāng)，應(yīng)設(shè)在煙溫降到850℃以下，以免灰粒熄火。

    (3)稀相區(qū)的煙速一般取3 ～4．5m／s。循環(huán)倍率較高的CFBB取高值。并結(jié)合飛灰達(dá)到允許燃燼度所需時間確定爐膛有效高度。

    4．1．3  配備高效、耐用的分離器和可靠的返料器

    分離器和返料器是CFBB的核心裝置，應(yīng)慎重選擇。在此，需強(qiáng)調(diào)兩點：

    (1)進(jìn)一步提高分離器的分離效率。分離器必須滿足所使用的CFBB對循環(huán)倍率和燃燒效率的要求。由于對實際運行的分離器的分離效率和CFBB的循環(huán)倍率目前還難以測出。另方面福建無煙煤的粒子在不同燃燒條件下的燃燒速度也缺乏資料。因此，至今沒有一個選擇分離器的具體標(biāo)準(zhǔn)。但我們可以根據(jù)CFBB運行情況，和分離器無法捕集的飛灰粒子的篩分特性和含碳量來判定分離器的性能。并以此作為選擇分離器的參考。從目前收集到的數(shù)據(jù)看，要使CFBB達(dá)到較高的燃燒效率，分離器至少應(yīng)把≥100μm的飛灰粒子絕大部分收集下來(確切地說，通過分離器的煙氣中應(yīng)只含有極少≥100μm的飛灰粒子)，參與循環(huán)燃燒。運行的情況表明，直徑＞100μm干基含碳量Cg=70～80％的飛灰粒子在1000 ～900℃的爐溫下燃燒4 ～5秒鐘，不可能將其含碳量降到30％以下。而無限延長停留時間，加大增高鍋爐本體是不可取的。為此，進(jìn)一步改進(jìn)分離器，選擇優(yōu)化設(shè)計的上排氣旋風(fēng)分離器或其它更好的分離器(如組合式分離器)是十分必要的。

    (2)分離器的安裝位置。分離器因安裝位置不同有高、中、低溫分離之別。對于福建無煙煤，因為分離下的循環(huán)灰還有較高的含碳量。目前中小型鍋爐采用的非水冷、汽冷型分離器高溫分離，其灰溫高達(dá)900～850℃，在返料系統(tǒng)中與松動風(fēng)混合往往產(chǎn)生二次燃燒和結(jié)焦，以致系統(tǒng)堵塞不能工作。但是我們又希望返料灰溫高一些，以便一進(jìn)入爐床便能迅速燃燒。而中溫分離的灰溫往往低于550℃不利于著火再燃。為此，建議采用次高溫分離，分離器入口煙氣溫度在800 ～750℃之間，循環(huán)灰溫度達(dá)700～750℃。即把分離器布置在一級對流受熱面之后較為合適。

    4．2  選擇合適的燃料，控制入爐煤粒徑

    4．2，l  煤質(zhì)選擇

    福建無煙煤碳化程度高，固定碳含量高，而揮發(fā)份和內(nèi)部水分較低。從附表可以看到燃料的熱值與固定碳含量成正比，灰份與固定碳含量成反比。不同的燃料在爐內(nèi)燃燒，若其飛灰含炭量一樣，則灰份低的排出可燃物的總量也低。但固定碳越高也更難燒，需要在爐內(nèi)燃燒的時間也更長。在同樣條件下燃燒，其飛灰含炭量也高。因此，選擇燃料時要求熱值較高，灰份較少。一般來說Ay不宜＞25％。但也并非固定碳越高灰份越少越好，應(yīng)根據(jù)具體情況決定。

    灰熔點是燃燒的重要特性指標(biāo)。為了使?fàn)t內(nèi)溫度燒得高一些以提高燃燒效率。燃料的變形溫度tl大于1350℃為好，最低不低于1250℃。

    循環(huán)流化床燃燒技術(shù)對煤種適應(yīng)性廣，但并非具體的某臺CFBB對所有各種煤都能燒好。福建無煙煤品種多，其成份和性能也有很大差異。因此，為保證鍋爐燃燒穩(wěn)定和較高的熱效率，在鍋爐設(shè)計和運行時，對煤種應(yīng)有所選擇。

    4．2．2入爐煤粒徑

    入爐煤粒徑對CFBB爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定性及燃燒效率有極大影響。燒福建無煙煤的CFBB對入爐煤的粒徑一般要求0～10mm或0～13mm是合適的，但應(yīng)在控制＞13mm數(shù)量的同時嚴(yán)格控制其中小于1mm煤粒不大于30％，以減少q4損失。為此可以采取以下辦法；

    (1)購煤時要配一些塊煤。

    (2)原煤先通過篩分后進(jìn)行破碎。

    (3)調(diào)整環(huán)錘破碎機(jī)篩板與錘之間的距離，和選擇篩板合適的孔徑。

    有的廠通過上述辦法可把＜lmm的粒子降低到20％左右。

    4．3  提高運行操作水平

    在目前CFBB燃燒福建無煙煤的規(guī)律尚未摸透，鍋爐及其配套輔助系統(tǒng)尚不完善的情況下，要使鍋爐穩(wěn)定運行并取得較高的燃燒效率仍有賴于運行人員的正確操作。

    鍋爐燃燒控制是以控制爐溫為中心對風(fēng)、煤、循環(huán)灰各量進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。以滿足對鍋爐蒸發(fā)量、蒸汽參數(shù)和熱效率的要求。顯然面對這么多的變量要及時、正確地操作是困難的，必須摸出規(guī)律，掌握要領(lǐng)。

    4．3．1  循環(huán)灰控制

    循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的精髓是對循環(huán)灰(包括其它物料)的控制和利用。離開了循環(huán)灰就不成其為循環(huán)流化床燃燒。把循環(huán)灰僅僅當(dāng)做飛灰回燃那是概念上的錯位。必將給設(shè)計和運行帶來不良影響。足夠的循環(huán)灰是強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒和換熱的重要條件。改變灰量將引起燃燒的變化。CFBB的運行以控制循環(huán)灰為主，調(diào)整風(fēng)、煤為輔。

    在鍋爐負(fù)荷相對穩(wěn)定的情況下，循環(huán)灰在松動風(fēng)的作用下，利用料腿與爐內(nèi)壓力差自行平衡，源源不斷地把分離器捕集下的灰送入爐內(nèi)。因此，循環(huán)灰量無需調(diào)節(jié)。

    當(dāng)鍋爐負(fù)荷在小范圍波動時，對風(fēng)、煤的微調(diào)即可達(dá)到改變循環(huán)量并調(diào)整爐內(nèi)溫度和鍋爐負(fù)荷的目的。

    當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時，應(yīng)直接調(diào)節(jié)回灰量，同時調(diào)節(jié)給煤和配風(fēng)，改變爐內(nèi)燃燒狀況。有些循環(huán)倍率較高的CFBB在設(shè)計中增設(shè)旁路貯灰斗和管道就是為調(diào)節(jié)負(fù)荷用。

    為使循環(huán)灰的控制不受外界干擾設(shè)置單獨的松動風(fēng)機(jī)是有益的。

    4．3，2  料層高度

    密相區(qū)床料高度對燃燒的穩(wěn)定性和燃燒效率有很大關(guān)系。料層高，爐床蓄熱量大，床溫穩(wěn)定。給煤及返料灰能迅速著火燃燒。此外，對于低倍率CFBB也增加了埋管受熱面的浸埋高度，增加了有效換熱面積。但由于密相區(qū)的床料多是較粗的粒子，料層過高不僅風(fēng)壓高多耗電，還會影響流化質(zhì)量及燃燒效果。因此一般床料高度控制在500mm左右為宜。在運行中除適時排渣外一般不需調(diào)整。對于設(shè)埋管受熱面的CFBB，在低負(fù)荷時為保持熱平衡相應(yīng)降低料層高度是必要的。

    4．3．3煤量、風(fēng)量調(diào)節(jié)

    (1)在CFBB運行中，煤量、風(fēng)量調(diào)節(jié)較為經(jīng)常。不恰當(dāng)?shù)牟僮魍窃斐扇紵▌由踔脸霈F(xiàn)事故的原因。因此，操作人員應(yīng)深知給煤、循環(huán)灰、一、二次風(fēng)在燃燒過程中的作用和相互關(guān)系，以便及時、準(zhǔn)確操作。

    (2)在日常運行中通常是兩種情況：一是鍋爐負(fù)荷相對穩(wěn)定在某一蒸發(fā)量上，二是負(fù)荷增加或降低。運行人員應(yīng)根據(jù)鍋爐性能、燃煤數(shù)據(jù)對若干種負(fù)荷狀況的給煤、配風(fēng)做到心里有數(shù)。這樣，不僅在負(fù)荷穩(wěn)定時能正確操作。在負(fù)荷變化時也能迅速調(diào)節(jié)到位。

(3)風(fēng)量調(diào)節(jié)應(yīng)恰當(dāng)?shù)卣莆者^量空氣值。以一次風(fēng)控制密相區(qū)還原反應(yīng)的程度。一次風(fēng)量過大或不足都會使還原反應(yīng)偏離正常要求，而使煙氣中CO含量偏低，或嚴(yán)重缺氧。二次風(fēng)應(yīng)使進(jìn)入稀相區(qū)的CO燃?xì)夂惋w灰得到充分燃燒。風(fēng)量不足將增大化學(xué)和機(jī)械未完全燃燒損失(q3、q4)。風(fēng)量過大又會增大排煙損失(q2)。為避免一、二次風(fēng)調(diào)節(jié)時互相干擾。35t／h以上的鍋爐應(yīng)分別配置一、二次風(fēng)機(jī)。

    4．4  減少外來影響

    鍋爐超負(fù)荷、低負(fù)荷運行或負(fù)荷頻繁波動都會使燃燒效率降低。然而對于以供熱為主的熱電站，這種情況又是不可避免的。為使鍋爐運行相對穩(wěn)定，必須加強(qiáng)對熱用戶供熱調(diào)度。同時以調(diào)節(jié)發(fā)電量(抽凝機(jī)組)或配置蓄熱器等措施來減少外界對鍋爐燃燒的影響。

    5  結(jié)束語

為促進(jìn)CPBB在我省的進(jìn)一步發(fā)展，更好利用福建無煙煤資源和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，盡快地提高鍋爐熱效率勢在必行。解決問題的突破口是提高飛灰的燃燼度，降低機(jī)械未完全燃燒損失(q4)。同時減少其它各項熱損失。其措施首先應(yīng)從改進(jìn)鍋爐設(shè)計入手，使之適應(yīng)所選煤種的特性。同時在輔機(jī)配套、燃煤制備和運行操作等方面緊密配合。本文中提出了一些關(guān)于提高鍋爐熱效率的思路和措施與同行們共同切磋?？梢源_信，在我省有關(guān)部門的關(guān)心和指導(dǎo)下，在省內(nèi)外同行們的共同努力下，把我省循環(huán)流化床鍋爐的運行燃燒效率和熱效率分別提高到或超過90％和80％的目標(biāo)是可以實現(xiàn)的。不久的將來，我省循環(huán)流化床鍋爐將會以嶄新的面貌展示在人們面前。

附表：

文章作者：熊正德(石獅熱電有限公司 362700