內(nèi)容摘要：福建無煙煤因其固有的特性，在傳統(tǒng)的煤粉爐或鏈條爐無法燃燒或燃燒不完全，因此，  不能得到廣泛有效地利用。本文根據(jù)石獅熱電廠一期工程35t/hCFB鍋爐近幾個(gè)月來的運(yùn)行實(shí)踐及調(diào)試數(shù)據(jù)，從不同角度闡述了影響福建無煙煤燃燒的因素，提出了優(yōu)化福建無煙煤燃燒的運(yùn)行控制手段。從理論和實(shí)踐上證明了 CFB燃燒技術(shù)能最大程度地優(yōu)化福建無煙煤的燃燒。

概論

    福建無煙煤煤質(zhì)較脆，揮發(fā)份低，細(xì)粉含量大(粒徑在lmm以下含量達(dá)45％以上)，灰熔點(diǎn)低(易變形、結(jié)焦)，著火溫度高。因此，燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率普遍偏低，燃燒穩(wěn)定性差。如何優(yōu)化福建無煙煤的燃燒，提高燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率。多年來一直是省內(nèi)外燃燒理論學(xué)術(shù)界十分關(guān)注的問題。本文試圖通過石獅熱電廠2× 35t／hCFB鍋爐近五個(gè)月來的運(yùn)行實(shí)踐，歸納總結(jié)燃用福建無煙煤CFB鍋爐在鍋爐選型、設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的一些問題。

 1  鍋爐特點(diǎn)

    福建石獅熱電廠一期工程選用東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的35t／hCFB鍋爐兩臺(tái)，鍋爐型號(hào)為DG35／3．82—17，設(shè)計(jì)煤種為福建無煙煤。兩臺(tái)鍋爐于1998年12月19日至22日一次性通過72小時(shí)試運(yùn)行。并于1998年12月30日正式投入試生產(chǎn)運(yùn)行。

    根據(jù)福建無煙煤的特性，結(jié)合本省燃用福建無煙煤CFB鍋爐的經(jīng)驗(yàn)及其存在的問題，在鍋爐總體設(shè)計(jì)上突出以下特點(diǎn)：

    1．1  在鍋爐水平煙道出口，左右對(duì)稱布置兩只上排氣、下出灰中溫旋風(fēng)分離器。因采用了兩只中溫旋風(fēng)分離器，所以，能把分離器的直徑設(shè)計(jì)得更小，從理論上講，保證分離器有較高的分離效率。

    1．2  由于福建無煙煤細(xì)粉含量大，為了提高分離器捕捉不到的細(xì)粉的一次燃燼度。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施：

    1．2．1  適當(dāng)增加爐膛高度(自入煤口至爐膛出口高達(dá)15．5米)，以增加細(xì)粉通過爐膛的時(shí)間。

    1．2．2  沿爐膛高度，水冷壁表面敷設(shè)高達(dá)9米的耐磨磚作為衛(wèi)燃帶，以保證較高的爐膛出口溫度(850～875℃)。衛(wèi)燃帶采用掛磚形式。由于爐膛密、稀相區(qū)燃燒份額的不確定性，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，可對(duì)燃燒室衛(wèi)燃帶的范圍進(jìn)行增減。

    1．2.3  循環(huán)流化床鍋爐的密封問題也引起了我們的注意，制造商對(duì)此也給予了高度重視。對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的密封問題若考慮不周，大量的循環(huán)灰將有可能逸出爐外，特別是從鍋爐頂棚外逸。針對(duì)這一問題，在過熱器管與鍋爐頂棚交界處加設(shè)密封盒并以耐火澆注料灌實(shí)，外敷設(shè)保溫材料。確保了鍋爐運(yùn)行時(shí)具有良好的密封性。

    近五個(gè)月的運(yùn)行情況表明，采取以上措施收到了良好的效果。

    2  燃燒調(diào)整測(cè)試分析

    為了對(duì)燃用福建無煙煤CFB的燃燒機(jī)理作較全面的分析總結(jié)，石獅熱電廠和東方鍋爐廠研究所共同合作，于1999年1月中旬，分七個(gè)工況和兩個(gè)工況分別對(duì)1#、2#鍋爐進(jìn)行了燃燒調(diào)整，并對(duì)鍋爐熱效率、額定出力、最大出力和低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行等進(jìn)行了熱態(tài)測(cè)試。

    2．1  燃用煤種成份分析

    分析基碳：74．21％

分析基灰份：19．85％

    全水份：6．13％

  分析水份：1．72％

  分析基揮發(fā)份：4．22％

  分析基發(fā)熱量：26150KJ／Kg

  2．2  燃用煤種粒度分布

  ≥8mm，占4．8％；

  8～3mm，占28．07％；

  3～lmm，占19．69％；

  1～0．6mm，占9．43％；

  0．6～0．28mm，占13．36％；

  ＜0．28mm，占24．65％；

  平均粒徑：1．59mm

  2．3  主蒸汽參數(shù)

  過熱蒸汽溫度：450±10℃

  過熱蒸汽壓力：3．82±0．05MPa

  2．4試驗(yàn)結(jié)果分析

  試驗(yàn)結(jié)果表明：

  2．4.l  鍋爐額定出力能穩(wěn)定在35t／h長(zhǎng)期安全連續(xù)運(yùn)行；

  2．4．2  鍋爐最大出力達(dá)40t／h；

  2．4．3  鍋爐最低負(fù)荷在20t／L，能安全連續(xù)運(yùn)行。

  2．4．4  根據(jù)調(diào)試數(shù)據(jù)，對(duì)鍋爐的各項(xiàng)熱損失進(jìn)行計(jì)算，1#鍋爐的熱效率在工況五和工況六(較佳工況)均超過80％(設(shè)計(jì)效率為82．7％)。

  3實(shí)踐運(yùn)行分析

  鍋爐的出力、熱效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性是考核鍋爐設(shè)計(jì)是否合理、運(yùn)行是否良好的主要指標(biāo)。運(yùn)行實(shí)踐表明，鍋爐的出力和熱效率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鍋爐能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

    下面根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐及調(diào)試數(shù)據(jù)，分別對(duì)1#、2#鍋爐的出力、熱效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性進(jìn)行分析：

    3．1  鍋爐出力

    1#、2#鍋爐近幾個(gè)月來運(yùn)行實(shí)踐表明，兩臺(tái)鍋爐均能在額定工況下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行(詳見圖一)。根據(jù)運(yùn)行實(shí)踐和調(diào)試數(shù)據(jù)表明：

    3．1．1  鍋爐有較合理的受熱面布置，各主要溫度測(cè)點(diǎn)實(shí)際測(cè)量值與設(shè)計(jì)值基本吻合；

    3．1．2  風(fēng)帽式流化密封回料器具有良好的自調(diào)節(jié)性能。能把分離器分離下來的物料連續(xù)、平穩(wěn)的送至爐膛，從而保證爐膛良好燃燒所必需的物料濃度；

    3．1．3  經(jīng)過對(duì)回料器調(diào)整后，爐膛左右兩側(cè)溫度分布均勻，不存在偏流現(xiàn)象：

    3．1．4  沿爐膛高度溫度分布(實(shí)測(cè))合理：

    爐床出口(標(biāo)高12．7m)溫度：    左側(cè)：1037℃，右側(cè)：1053℃；

    爐膛中部(標(biāo)高16．1m)溫度：    左側(cè)：995℃，右側(cè)：995℃；

    爐膛上部(標(biāo)高20．1m)溫度；    左側(cè)：888℃，右側(cè)：890℃；

    上述數(shù)據(jù)表明，沿爐膛高度有較高的燃燒強(qiáng)度，爐內(nèi)燃燒基本良好。這是保證鍋爐出力的關(guān)鍵。

    3．2鍋爐熱效率

    燃用福建無煙煤的鍋爐，熱效率普遍不高。其主要原因在于：福建無煙煤揮發(fā)份低，不易燃燼。細(xì)粉含量大，造成飛灰可燃物含量大。降低了鍋爐熱效率。

    1#、2#鍋爐經(jīng)過燃燒調(diào)整后，飛灰可燃物含量均控制在相對(duì)較低(相對(duì)福建無煙煤而言)的范圍內(nèi)(詳見表5)。這在很大程度上，確保了鍋爐正常運(yùn)行時(shí)有較高的熱效率，實(shí)踐運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，熱效率在76％～80％(詳見圖二)。

    從燃燒調(diào)整數(shù)據(jù)和運(yùn)行實(shí)踐分析，我們認(rèn)為，采取下列措施可以降低鍋爐的機(jī)械熱損失，是提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵：

    3．2．1  運(yùn)行風(fēng)速控制在適宜的水平(3．0～3．5m／s)

    流化速度宜保持在30～3．5m／s水平,一方面保證了細(xì)煤粒通過爐膛的時(shí)間在較適當(dāng)?shù)乃?span>(4～5s)，另一方面保證分離器有較大的進(jìn)口氣流速度，提高分離器的分離效率。

    3．2．2  維持較高的料層厚度

    表5的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，工況1～2在較薄料層(風(fēng)室風(fēng)壓6000Pa)運(yùn)行時(shí)，q４高達(dá)15．877％。工況3～4運(yùn)行在較厚的料層風(fēng)室風(fēng)壓控制在8000～8500Pa，q４降低5個(gè)百分點(diǎn)。

    3．2．3  確保回料暢通

    在回料器調(diào)整之前，爐膛左右兩側(cè)溫差較大，回料溫度在430℃以下。經(jīng)過對(duì)回料器調(diào)整后，回料溫度升至540～560℃(設(shè)計(jì)值567℃)，爐膛兩側(cè)不存在溫差，爐膛出口溫度上升幅度達(dá)100℃。從而保證爐膛有較高的物料濃度，加強(qiáng)了爐內(nèi)的燃燒強(qiáng)度。工況6為回料系統(tǒng)調(diào)整后的燃燒工況，其q４比調(diào)整前又降低了2個(gè)百分點(diǎn)。

    3．2．4  適當(dāng)?shù)亩物L(fēng)量將加強(qiáng)爐膛中、上部燃燒，降低飛灰可燃物含量

    工況5為對(duì)二次風(fēng)調(diào)整后的燃燒工況。調(diào)試結(jié)果表明，當(dāng)二次風(fēng)量控制在占總風(fēng)量的20％～25％時(shí)(省煤器后的煙氣含氧量在5．5～6％左右)，爐膛中、上部溫度有明顯提高，q４比調(diào)整前降低了1個(gè)百分點(diǎn)。這說明，對(duì)于難燃的福建無煙煤，二次風(fēng)在一定程度上仍能加強(qiáng)爐膛中、上部的燃燒強(qiáng)度。當(dāng)然，對(duì)于福建無煙煤的燃燒，二次風(fēng)的作用以及最佳二次風(fēng)量的份額還有待于進(jìn)一步探索。

    3．2．5  維持較高的爐床溫度

    運(yùn)行實(shí)踐表明，爐床溫度控制在980～1020℃比較適宜。一方面能提高整個(gè)爐膛的燃燒強(qiáng)度，另一方面能加大揮發(fā)份的析出速率，加快煤粒的早期著火及燃燒，充分發(fā)揮密相區(qū)的“熱飛輪”作用。

    3．3  鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性

   1#、2#鍋爐從投產(chǎn)至今，均能滿負(fù)荷連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。沒有出現(xiàn)過結(jié)焦現(xiàn)象。性能良好的回料系統(tǒng)對(duì)床溫能起到一定的調(diào)節(jié)作用。

    4  存在和有待于解決的問題

    兩臺(tái)鍋爐經(jīng)過近幾個(gè)月的運(yùn)行，也陸續(xù)暴露一些問題：

    4．1  飛灰可燃物含量偏大

    從表3飛灰粒徑分析報(bào)告看，分離器對(duì)98μm＜d≤121μm的粒子分離效率較低。而這部分粒子占飛灰總額相當(dāng)大的比例。這是造成飛灰可燃物含量偏高的主要原因。

    旋風(fēng)分離器對(duì)較大粒子(98μm＜d≤121μm)分離效率不高的原因，我們認(rèn)為：

    4．1．1  旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)上還有值得推敲的地方

    從理論上講，小直徑旋風(fēng)分離器(Φ1620mm)對(duì)粒徑在100μm左右的粒子應(yīng)有非常高的分離效率。但是，從表3飛灰粒徑分析報(bào)告看，d＞98μm的粒子仍占有相當(dāng)大的比例。這說明，分離器的分離效率還有待于提高。

    4．1．2  燃用煤種細(xì)顆粒所占比例過大，在一定程度上影響分離器的切割粒徑(d50)

    大比例的細(xì)粉粒極有可能使分離器的入口顆粒濃度大于理論上的臨界顆粒濃度。從而，增加了分離器的壓力損失，在一定程度上也影響了分離器的分離效率。根據(jù)CFB的燃燒機(jī)理及福建無煙煤的特點(diǎn)，燃料粒徑分布宜控制在0～8mm，其中粒徑在1～5mm范圍宜占70～80％。

    4．2  回料溫度(530～550℃)有偏低之虞

    今后設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮將回料器置于高、低過之間(甚至可以考慮將部分高溫過熱器屏置于分離器后)，將回料溫度提高至750～800℃，這對(duì)穩(wěn)定床溫、加強(qiáng)爐膛上部燃燒強(qiáng)度有較大的幫助。

    5  影響福建無煙煤燃燒的因素

    純?nèi)加酶＝o煙煤的鍋爐，就目前而言，燃燒工況較好者，其熱效率也只在80％左右。主要原因在于福建無煙煤的燃燒效率較低，q４仍維持在較高的水平。影響其燃燒效率的主要因素：

    5．1  原煤粒度分布不均

    原煤細(xì)粉含量所占比例過大，加上煤粒在揮發(fā)份析出階段破碎和燃燒過程磨損產(chǎn)生的細(xì)顆粒。一方面造成以揚(yáng)析夾帶形式離開床層的細(xì)顆粒增多，在一定程度上，降低了鍋爐的燃燒效率。另一方面造成爐膛密、稀相區(qū)的燃燒份額較難控制掌握，不易組織較理想的燃燒工況；

    5．2  燃燒室高度不夠

    運(yùn)行實(shí)踐表明，飛灰可燃物含量較高，這在一定程度上與燃燒室高度不夠有關(guān)。對(duì)于煤質(zhì)較脆、細(xì)粉含量特別多的福建無煙煤，為保證爐內(nèi)的良好燃燒，最佳爐膛高度與細(xì)煤粉燃燼度的關(guān)系，還有待于理論學(xué)術(shù)界進(jìn)一步探索。

    5．3  分離器分離效率不高

    運(yùn)行實(shí)踐表明，分離器的分離效率較低(這也是福建省CFB鍋爐普遍存在的問題)。

為了提高分離器的分離效率，除了完善分離器結(jié)構(gòu)外，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮采用二級(jí)分離布置，如慣性分離與旋風(fēng)分離串聯(lián)組合等。

    5．4  煤粒子的燃燼度問題

    對(duì)于分離器捕捉不到的粒子的一次燃燼度、燃燼時(shí)間及其燃燼時(shí)間與沿爐膛高度溫度分布(爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度的強(qiáng)弱)的關(guān)系的密切性。目前仍缺乏能夠遵循的較詳細(xì)的定量描述。

    以上問題，應(yīng)是今后鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮的問題。若較大粒徑(d＞98μm)煤粒的燃燼度提高了，燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率有望再提高5個(gè)百分點(diǎn)以上，達(dá)85～87％。

    6  優(yōu)化福建無煙煤燃燒的展望

    綜上所述，燃用福建無煙煤CFB鍋爐的出力和燃燒的穩(wěn)定性已基本得到解決。石獅熱電廠兩臺(tái)35t/hCFB鍋爐的近幾個(gè)月來的良好運(yùn)行，從實(shí)踐證明了這一點(diǎn)。根據(jù)幾個(gè)月來的實(shí)際運(yùn)行工況分析。我們認(rèn)為，對(duì)燃用福建無煙煤鍋爐，要收到良好的燃燒效果，鍋爐的正確選型行合理設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。但是，正確的運(yùn)行方式尤為重要。

隨著CFB燃燒技術(shù)的不斷完善和運(yùn)行操作水平的不斷提高。我們認(rèn)為，CFB燃燒技術(shù)能從本質(zhì)上優(yōu)化福建無煙煤的燃燒。CFB鍋爐是確保福建無煙煤清潔、高效燃燒的較好爐型之一。但是，因福建無煙煤固有的“劣根性”。要較大幅度的提高其燃燒效率，還有待燃燒理論學(xué)術(shù)界進(jìn)一步努力探索。

表1  燃料粒徑分布

表2  大渣粒徑分布

表3  飛灰粒徑分布

表4．1  回料灰粒徑分布(左回料器)

表4．2  回料灰粒徑分布(右回料器)

表5  燃燒調(diào)整測(cè)試數(shù)據(jù)匯總

 文章作者：蘇建明(石獅熱電有限公司  362700)