簡(jiǎn)析影響CFB鍋爐底渣和飛灰含碳量因素及應(yīng)對(duì)措施

摘要：準(zhǔn)能矸石發(fā)電公司循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在初期投產(chǎn)后存在底渣和飛灰含碳量大，燃燒煤種偏離設(shè)計(jì)的問題。本文以近10年的鍋爐優(yōu)化實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)影響CFB鍋爐底渣和飛灰含碳量的因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并提出了降低鍋爐底渣和飛灰含碳量的幾種方法，實(shí)現(xiàn)了CFB鍋爐發(fā)電煤耗的降低，從而對(duì)公司的節(jié)能降耗工作有著積極的意義。

關(guān)鍵詞：CFB鍋;底渣;飛灰;含碳量

引言

火力發(fā)電廠中經(jīng)常存在由電站鍋爐燃用煤種偏離設(shè)計(jì)或鍋爐適應(yīng)性較差等因素引起的鍋爐飛灰、底渣含碳量升高的現(xiàn)象。飛灰、底渣含碳量升高將導(dǎo)致CFB鍋爐的不完全燃燒熱損失增加，從而影響鍋爐機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

一、鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)況

制造廠家：東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司，鍋爐型號(hào)：DG1177/17.4-Ⅱ2亞臨界參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，型式：?jiǎn)纹匀谎h(huán)、CFB鍋爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、汽冷式旋風(fēng)分離器、緊身封閉布置、全鋼爐架懸吊方式、固態(tài)排渣。

二、影響鍋爐底渣、飛灰含碳量的因素

2.1入爐煤顆粒度和粒徑分布以及煤質(zhì)

合理的燃煤粒度和燃煤粒徑分布是保證燃煤燃盡的前提。由于準(zhǔn)能矸石發(fā)電公司破碎系統(tǒng)的原因，燃煤粒度常常偏離設(shè)計(jì)值，從而影響到了CFB鍋爐的效率。在鍋爐設(shè)計(jì)的流化工況下，入爐煤平均粒徑偏大，相應(yīng)的流化風(fēng)夾帶出密相區(qū)的細(xì)煤粒減少，密相區(qū)積存較多的粗煤粒長(zhǎng)時(shí)間燃燒，就會(huì)導(dǎo)致床層發(fā)生局部溝流和缺氧的現(xiàn)象。但為保證鍋爐運(yùn)行時(shí)床壓穩(wěn)定，需要繼續(xù)給煤和排渣，這樣就有未完全燃燒的粗煤粒排出，造成底渣含碳量升高，細(xì)顆粒比例過大的問題。在爐內(nèi)燃燒時(shí)間較短，未燃盡的煤粒飛出爐膛，就會(huì)造成飛灰含碳量增大。

依據(jù)揮發(fā)份含量由低到高的順序?qū)⒃悍譃闊o煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等，揮發(fā)份含量越高的煤種著火性能越好，對(duì)煤粒的燃盡有利，一般來說采取揮發(fā)分含量高的原煤鍋爐底渣和飛灰含碳量低。

2.2一、二次風(fēng)量配比

鍋爐運(yùn)行中，一次風(fēng)保證床料正常流化并參與初始燃燒，二次風(fēng)有一定的剛度穿透物料補(bǔ)充爐內(nèi)燃燒需氧量。合理調(diào)整配比一、二次風(fēng)是提高鍋爐燃燒效率、降低鍋爐底渣和飛灰含碳量的重要因素。通常運(yùn)行中從低負(fù)荷到100%負(fù)荷，一次風(fēng)占比為60-40%，二次風(fēng)占比為 40-60%。但受負(fù)荷、煤質(zhì)、床層厚度、脫硫效率、氮氧化物的控制等各種其他因素的影響，一、二次風(fēng)量配比靈活性和可操作性較差。

2.3床溫

鍋爐運(yùn)行中，爐內(nèi)床溫越高表明煤粒的燃燒溫度高、燃盡時(shí)間短，煤粒從而燃燒越完全，使鍋爐的底渣和飛灰含碳量降低。在準(zhǔn)能矸石發(fā)電公司鍋爐運(yùn)行實(shí)踐中，床層溫度主要受機(jī)組負(fù)荷的影響。在機(jī)組正常運(yùn)行調(diào)整中、不考慮其他因素的情況下，床溫和整體溫度隨著負(fù)荷的升高而升高。反之負(fù)荷下降，床溫及整體溫度下降。可以觀察到在機(jī)組負(fù)荷率高的時(shí)段鍋爐底渣及飛灰含碳量有明顯的下降。

CFB鍋爐運(yùn)行床溫因煤種和鍋爐容量不同而有所區(qū)別，一般在850℃～950℃之間。除了機(jī)組負(fù)荷之外，運(yùn)行過程中鍋爐床溫還受到煤質(zhì)、風(fēng)量風(fēng)壓配比、石灰石投入量、床層厚度、脫硫效率、氮氧化物的控制等其他因素的影響。這些因素通過床溫間接影響到了鍋爐底渣及飛灰含碳量。

2.4給料及排渣方式

保證煤粒在爐內(nèi)的燃盡時(shí)間是降低底渣含碳量的重要因素。給煤口與排渣口布置距離過近將導(dǎo)致鍋爐燃煤在經(jīng)過給煤口進(jìn)入爐膛與爐內(nèi)物料混合后出現(xiàn)燃燒時(shí)間短甚至來不及燃燒就從排渣口排出的現(xiàn)象，從而使得底渣含碳量升高。準(zhǔn)能矸石發(fā)電公司的鍋爐前墻給煤后墻排渣的方式對(duì)煤粒在爐內(nèi)的燃盡較為有利。

2.5布風(fēng)板性能

CFB鍋爐布風(fēng)均勻程度，直接影響到風(fēng)帽小孔射流的動(dòng)能。布風(fēng)板性能好，風(fēng)帽出風(fēng)分布均勻使得床上物料流化良好，燃燒工況良好，煤粒燃燒較完全。布風(fēng)板不均勻的布風(fēng)，風(fēng)帽出風(fēng)口風(fēng)量偏差導(dǎo)致流化不良，床上物料流化惡化直接影響床溫分布不均，從而影響底渣含碳量。因此加強(qiáng)對(duì)布風(fēng)板上風(fēng)帽進(jìn)行定期檢查，保證CFB鍋爐均勻的布風(fēng)，是降低底渣含碳量的方法之一。

2.6旋風(fēng)分離器分離效率

近年來的CFB鍋爐旋風(fēng)分離器有99%以上的分離效率。在其他條件相同時(shí)隨著分離器效率的提高，有更多的細(xì)灰粒從煙氣中分離下來，增加了物料在爐內(nèi)的循環(huán)倍率和停留時(shí)間，提高了飛灰的燃盡度，減少了可燃物的流失。若分離效率降低，較細(xì)物料在爐內(nèi)的循環(huán)倍率降低和停留時(shí)間縮短，使分離器出口夾帶未燃燒的細(xì)碳粒飛灰量增加，造成鍋爐飛灰含碳量升高。在CFB鍋爐運(yùn)行中保證分離器效率就要保證燃料粒度和密度、控制分離器進(jìn)口煙氣流速、煙氣溫度、調(diào)控返料器運(yùn)行穩(wěn)定、合理控制爐膛負(fù)壓。

2.7床壓

通常CFB鍋爐控制床壓也就是調(diào)控密相區(qū)內(nèi)的物料厚度。物料厚度直接影響CFB鍋爐的運(yùn)行工況和燃燒效率。物料過厚時(shí)，風(fēng)室壓力隨之升高，鍋爐整體流化阻力隨之增加，這種情況為了保證負(fù)荷穩(wěn)定和流化正常必須增加流化風(fēng)量，導(dǎo)致顆粒的揚(yáng)析率上升，帶出爐膛的未燃盡燃料量增加，造成飛灰含碳量增加;物料過厚床壓高，也會(huì)造成床溫下降，影響燃燒效率，此時(shí)為了降低床壓就需要同時(shí)增大排渣量，大量排渣會(huì)使未完全燃燒的物料排出爐膛帶入冷渣器，造成鍋爐底渣含碳量上升。物料厚度太薄時(shí)，床壓不穩(wěn)定易發(fā)生吹空現(xiàn)象，影響鍋爐運(yùn)行安全穩(wěn)定性。所以合理床壓值必須根據(jù)實(shí)際通過試驗(yàn)來確定。

2.8鍋爐爐內(nèi)O2的含量

入爐煤達(dá)到迅速而又完全燃燒的條件之一就是就必須向爐膛供應(yīng)適量的空氣，即保持爐內(nèi)有適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)。若空氣供應(yīng)不足，即過量空氣系數(shù)過小，不完全燃燒熱損失將會(huì)增加;但過量空氣系數(shù)過大，不僅使床溫降低引起燃燒效率下降，還將使煙氣排放量增大，飛灰可燃物攜帶量增加，造成飛灰含碳量和排煙熱損失增加。因而為了保證燃料在爐內(nèi)完全充分的燃燒，爐膛內(nèi)應(yīng)維持最佳的過量空氣系數(shù)。鍋爐的煙氣含氧量與過量空氣系數(shù)（α）的計(jì)算公式：

針對(duì)CFB鍋爐合理控制爐內(nèi)過量空氣量，使燃燒區(qū)富氧運(yùn)行，有助于提高燃燒效率。若爐膛出口過量空氣系數(shù)過高，將會(huì)使床溫和爐膛溫度下降，鍋爐整體的燃燒效率降低，風(fēng)機(jī)能耗增加。

從鍋爐運(yùn)行情況來看，通常爐膛過量空氣系數(shù)最佳范圍對(duì)應(yīng)的爐內(nèi)氧含量在3%～ 5%。根據(jù)實(shí)踐有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，過量空氣系數(shù)與飛灰含碳量之間存在如下關(guān)系：鍋爐的飛灰含碳量隨過量空氣系數(shù)的增加呈下降趨勢(shì)，但是隨著下降趨勢(shì)超過一定范圍時(shí)，飛灰含碳量改變不會(huì)太大，更加說明了當(dāng)氧含量控制在3%～5%時(shí)，即過量空氣系數(shù)在1.17～1.31為最佳控制值。準(zhǔn)能矸石發(fā)電公司鍋爐運(yùn)行規(guī)程規(guī)定運(yùn)行調(diào)整中根據(jù)鍋爐說明書控制氧量在3.5～6%。實(shí)際運(yùn)行中，以保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行為前提，在控制底渣、飛灰含碳量和滿足污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的條件下需要盡量控制CFB鍋爐在低含氧量下運(yùn)行。

2.9其它因素

除以上所述影響因素外，在實(shí)際的循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過程中，機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性、設(shè)備的改造等因素都會(huì)影響到鍋爐底渣和飛灰含碳量。比如鍋爐的給煤口改造，為了使進(jìn)入爐內(nèi)的煤粒播撒均勻，在給煤口下加裝播煤風(fēng)。帶來的問題就是如果該播煤風(fēng)開度太大，很容易將未經(jīng)完全燃燒的煤粒吹到后墻排渣口排除，造成底渣含碳量上升，所以需要在運(yùn)行中多次試驗(yàn)，調(diào)節(jié)該風(fēng)門開度與鍋爐的底渣含碳量匹配最佳位置。

三、降低鍋爐底渣、飛灰含碳量控制措施

3.1合理配置入爐煤。盡量保證煤質(zhì)穩(wěn)定，通過調(diào)整試驗(yàn)找到鍋爐底渣、飛灰含碳量最低的入爐煤顆粒度和粒徑分布的最佳值。

3.2正確選擇原煤的破碎、篩分設(shè)備，并維護(hù)設(shè)備的可靠運(yùn)行。

3.3機(jī)組運(yùn)行中，調(diào)整運(yùn)行工況，保證床溫、床壓在合理區(qū)間運(yùn)行。

3.4根據(jù)不同負(fù)荷、不同煤種合理調(diào)整一、二次風(fēng)，運(yùn)行中適當(dāng)提高過量空氣系數(shù)（含氧量），增加燃燒區(qū)的氧濃度。一次風(fēng)量根據(jù)負(fù)荷變化盡量少作調(diào)整，穩(wěn)定在保證流化良好的數(shù)值上，主要靠調(diào)整二次風(fēng)量和風(fēng)壓來控制密相區(qū)出口和稀相區(qū)的燃燒需要的氧量。

3.5鍋爐運(yùn)行中加強(qiáng)維護(hù)，保證旋風(fēng)分離器較高的分離效率。

3.6根據(jù)給煤口和排渣口布置位置合理調(diào)整給煤機(jī)運(yùn)行方式和播煤風(fēng)量。

3.7鍋爐設(shè)備改造一定要考慮對(duì)底渣和飛灰含碳量的影響，及時(shí)進(jìn)行調(diào)試。

四、結(jié)束語

影響循環(huán)流化床鍋爐底渣和飛灰含碳量的因素歸納起來主要有鍋爐設(shè)備的制造安裝、運(yùn)行調(diào)整與維護(hù)、入爐煤狀況幾個(gè)方面。作為發(fā)電企業(yè)設(shè)備安裝運(yùn)行后只能從控制入爐煤、運(yùn)行精心調(diào)整、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)等方面來降低底渣和飛灰含碳量。通過多年CFB鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐，公司鍋爐的底渣和飛灰含碳量從投產(chǎn)初期的4.5%下降到了2.7%，為降低發(fā)電煤耗起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 齊曄，王杰峰.降低300MW循環(huán)流化床鍋爐底渣、飛灰含碳量[J].《科學(xué)與財(cái)富》，2012

作者簡(jiǎn)介：

陳利平（1973-），男，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗人，大專學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事火力發(fā)電廠鍋爐專業(yè)技術(shù)工作。