1、循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展概況

循環(huán)流化床燃燒技術是國內外公認的一種潔凈煤燃燒技術。循環(huán)流化床鍋爐具有煤種適應性廣、燃燒效率高、環(huán)境性能好、符合調節(jié)范圍大和灰渣綜合利用等優(yōu)點，近十年來在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、舊鍋爐改造和燃燒各種固體廢棄物等領域得到迅速的發(fā)展。作為一個發(fā)展中國家，如何解決煤炭燃燒設備降低NOx\SO2大氣污染物排放、改善環(huán)保減輕溫室效應、低成本的設備投資、提高能源利用效率、便于劣質煤綜合利用、盡量處理固體垃圾燃料之間所存在的矛盾，成為煤炭燃燒和綜合利用設備發(fā)展和應用的關鍵所在。在這樣的客觀現(xiàn)實情況下，循環(huán)流化床鍋爐的普遍運用就成為多數(shù)用戶的首選燃燒設備，較好地解決了上述矛盾。1981年國家計委下達了“煤的流化床燃燒技術研究”課題，清華大學與中國科學院工程熱物理研究所分別率先開展了循環(huán)流化床燃燒技術的研究，標志著我國循環(huán)流化床鍋爐的研究和產品開發(fā)技術正式啟動。我國已引進一臺Alstom公司的1025t/h的常壓循環(huán)流化床鍋爐及相應的關鍵配套設備，在四川白馬電廠建立300MW循環(huán)流化床示范工程；同時國家電力公司熱工研究院夜設計了300MW循環(huán)流化床鍋爐方案標志著我國循環(huán)流化床鍋爐將朝著大型化方向發(fā)展。現(xiàn)在，我國已成為世界上CFB機組數(shù)量最多、總裝機容量最大和發(fā)展速度最快的國家。

2、循環(huán)流化床鍋爐目前存在的問題

由于CFBC鍋爐的特殊發(fā)展背景，其技術方面必然存在較多的困難和問題需要進一步克服和解決。根據(jù)我們的經驗，目前國產循環(huán)流化床鍋爐有以下幾個方面的明顯缺點。 諸如：

2．1鍋爐受熱面磨損嚴重

爐內固體顆粒強烈的摩擦，使受熱面磨損嚴重，成為發(fā)展流化床鍋爐大型化的首要困難。由于設計和施工工藝不當導致的磨損問題。爐膛、分離器以及返料裝置內由于大量顆粒的循環(huán)流動，容易出現(xiàn)材料的磨損、破壞問題。一些施工單位對循環(huán)流化床內某些局部部位處理不當，出現(xiàn)凸臺、接縫等，導致從這些部位開始磨損，然后磨損擴大，導致爐墻損壞。

2．2容易發(fā)生堵煤和床溫不均勻故障

循環(huán)流化床鍋爐對燃料的水分、顆粒度以及燃料的流動性十分敏感，普遍存在落煤管、煤倉給煤斗、碎煤設施、給煤機本身的堵塞和泄漏。

2．3爐膛、分離器以及回送裝置及其之間的膨脹和密封問題

特別是鍋爐經過一段時間運行后，由于選型不當和材質不合格，加上鍋爐的頻繁起停，導致一些部位出現(xiàn)顆粒向爐外泄漏現(xiàn)象。

2．4爐膛溫度偏高以及石灰石選擇不合理導致的脫硫效率降低問題

早期設計及運行的循環(huán)流化床鍋爐片面追求鍋爐出力，對脫硫問題重視不夠，爐膛溫度居高不下，石灰石種類和粒度的選擇沒有經過仔細的試驗研究，導致現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐脫硫效率不高，許多鍋爐脫硫系統(tǒng)沒有投入運行，缺乏實踐經驗的積累。 

2．5灰渣綜合利用率低的問題。

一般認為，循環(huán)流化床鍋爐的灰渣利于綜合利用，而且利用價值很高，但由于各種原因，我國循環(huán)流化床鍋爐的灰渣未能得到充分利用，或者只進行了一些低值，需要進一步做工作。

2．6點火過程的操作比較繁瑣，考慮因素較多。

2．7風機廠用電率較高。

2．8飛灰含碳量高的問題。

這些問題的存在影響了循環(huán)流化床鍋爐的連續(xù)、安全、經濟運行，還帶來了維修工作量大、運行費用高等問題。本文主要針對飛灰含碳量高進行探討。

3、飛灰含碳量的影響因素及應采取的措施

影響循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量的主要因素如下：

3．1燃料特性的影響。

循環(huán)流化床鍋爐煤種適應性廣，但對于已經設計成型的循環(huán)流化床鍋爐，只有在燃燒特定的煤種（即設計煤種）時才能達到較高的燃燒效率。由于煤的結構特性、揮發(fā)份含量、發(fā)熱量、水分、灰份的影響，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率有很大差別。我國主要按煤的干燥無灰基揮發(fā)分含量對煤進行分類，按照揮發(fā)分含量由低到高的順序將煤分成無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等。揮發(fā)分含量的大小實際上反映了煤形成過程中碳化程度的高低，與煤的年齡密切相關。不同煤種本身的物理組成和化學特性決定了它們在燃燒后的飛灰具有不同的形態(tài)和特性。東南大學收集了山西大同煙煤、廣西合山劣質煙煤和福建龍巖無煙煤等幾種典型煤種在電站鍋爐中燃燒生成的飛灰，制成樣品，用掃描電鏡進行了微結構分析。收到基灰發(fā)分含量為10%的廣西合山劣質煙煤所生成的飛灰大部分是較密實的灰塊，表面不光滑，沒有熔融的玻璃體形態(tài)存在，大部分粒子的孔隙率都較小，僅有少數(shù)球狀空心煤胞出現(xiàn)，但孔隙率也不大，壁面較厚，表面粗糙。該飛灰形態(tài)表明，該煤種燃盡率不高，取樣分析其飛灰含碳量為10%左右。福建龍巖無煙煤揮發(fā)分含量較低，只有4%左右，屬典型難燃煤種，表現(xiàn)為著火延遲、燃盡困難。雖然發(fā)熱值高，燃燒時火焰溫度可達1500℃以上，但燃盡率低，生成的球狀煤胞中絕大多數(shù)為無孔或少孔，雖然也出現(xiàn)多孔薄壁球狀煤胞，但數(shù)量極少。無孔或少孔的球狀煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃體形態(tài)存在，對燃盡是極為不利的。從煤粉鍋爐種采取飛灰樣，分析其含碳量在10%以上。山西大同煙煤飛灰中雖然也發(fā)現(xiàn)有極少部分少孔的密實球狀煤胞，但絕大部分為多孔的疏松空心煤胞和骨質狀疏松結構煤胞，這兩種煤胞的孔隙率很大，這樣就形成了很大的反映表面積，對煤粉的燃盡十分有利，因而這種煙煤的飛灰含碳量很低。

3．2鍋爐床溫的影響。

和煤粉鍋爐爐膛溫度高達1400~1500℃相比，循環(huán)流化床運行溫度通常控制在850~900℃之間，屬低溫燃燒，在此條件下煤粒的燃燒速率較煤粉爐低得多，加上流化床內顆粒粒徑比煤粉爐內煤粉粗得多，所需的燃盡時間也較長。提高鍋爐床溫，能夠有效降低飛灰含碳量；相反，鍋爐床溫低，飛灰含碳量自然就高。當然盡量提高鍋爐的運行負荷百分比，也能令鍋爐床溫升高，一次通過燃燒室燃燒的粒子（分離器收集不下來的粒子）燃盡度自然也較高，飛灰含碳量就低；相反，飛灰含碳量就高。

3．3過量空氣系數(shù)的影響。

一次風作用是保證鍋爐密相區(qū)料層的流化與燃燒，二次風則是補充密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。調整好一二次風的配比，有效地降低飛灰、灰渣含碳量，是保證鍋爐經濟燃燒的主要手段。運行中適當提高過量空氣系數(shù)，增加燃燒區(qū)的氧濃度，有助于提高燃燒效率。但爐膛出口過量空氣系數(shù)超過一定數(shù)值，將造成鍋爐床溫下降，爐膛溫度下降，總燃燒效率將下降，風機電耗增大。所以在符合變化不大時，一次風量盡量穩(wěn)定在一個較合適的數(shù)值上，少作調整，主要靠調整二次風比例來控制密相區(qū)出口和稀相區(qū)的氧濃度。同時總風量的大小也能影響旋風分離器的效率，分離器入口截面不變，總風量越大，切向進口煙速越高，分離器效率越高，但同時流阻越大，風機電耗及二次風夾帶也越大，因此一個合適的總風量也是運行中需要考慮的問題。總風量的大小，一二次風的配比，與鍋爐負荷、煤種等有關，通過進行燃燒調整試驗可建立鍋爐不同負荷與一二次風量配比的經驗曲線或表格，供運行調整時參考。

3．4入爐煤的粒徑和水分的影響。

顆粒過大，一方面床層流化不好，另一方面，碳粒總表面積減少，煤粒的擴散阻力大，導致反應面積小，延長了顆粒燃盡的時間，顆粒中心的碳粒無法燃盡而出現(xiàn)黑芯，降低了燃燒效率，同時造成循環(huán)灰量不足，稀相區(qū)燃燒不充分，出力下降。另外，大塊沉積，流化不暢，局部結焦的可能性增大，排渣困難。顆粒過小，床層膨脹高，易燃燒，但是易造成煙氣夾帶，不能被分離器捕捉分離而逃逸出去的細顆粒多，對燃盡不利，飛灰含碳量高。通過實驗發(fā)現(xiàn)：顆粒太小，由于煤粉在爐內停留時間過短，燃不盡，飛灰含碳量就大。相對而言，燃用優(yōu)質煤，煤顆粒可粗些；燃用劣質煤，煤顆粒要細些。所以對于不同的煤質要調整二級破碎機的破碎能力來調整煤的粒度。煤中水分過大不僅降低床溫，同時易造成輸煤系統(tǒng)的堵塞，故對于水分高的煤進行摻燒。

3．5分離器分離效率的影響。

分離器分離效率高，切割粒徑小，飛灰含碳量低；相反，分離器分離效率低，切割粒徑大，飛灰含碳量高。經過20年的發(fā)展，目前我國循環(huán)流化床鍋爐使用的高效分離器有三種：上排氣高溫旋風分離器、下排氣中溫旋風分離器和水冷方形分離器。飛灰再循環(huán)倍率的影響。飛灰再循環(huán)的合理選取要根據(jù)鍋爐爐型、鍋爐容量大小、對受熱面和耐火內襯的磨損、燃煤種類、脫硫劑的利用率和負荷調節(jié)范圍來確定。

3．6除塵灰再循環(huán)燃燒的影響。

對難燃盡的無煙煤，采取分離灰循環(huán)燃燒之后，飛灰含碳量仍比較高。為了進一步降低飛灰含碳量，一個比較有效的措施是采用除塵灰再循環(huán)燃燒。德國一臺循環(huán)流化床鍋爐，當分離灰再循環(huán)倍率為10~15時，飛灰含碳量仍有23%左右。為了降低飛灰含碳量，采用了除塵灰再循環(huán)燃燒。當除塵灰再循環(huán)倍率為0.3時，飛灰含碳量降低到了10%左右；除塵灰再循環(huán)倍率為0.6時，飛灰含碳量降低到了4%。

4、結論

降低飛灰含碳量的措施有多種，應根據(jù)實際情況選擇最經濟最實用的措施。我公司自兩臺循環(huán)流化床鍋爐投運以來，始終堅持對循環(huán)流化床鍋爐認真探索研究，與兄弟單位加強交流，技術公開，從不固步自封，多次舉行技術交流會議，積極推動著循環(huán)流化床鍋爐的健康發(fā)展。但是，對于循環(huán)流床鍋爐我們尚不能完全掌握，尚不諸多優(yōu)勢未得到充分體現(xiàn)，與傳統(tǒng)煤粉爐相比還有諸多不足，還有待我們更加深入地去探索和研究。

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福建晉江熱電有限公司 林偉杰