入爐煤粒徑對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的影響分析

趙旭升

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)化工有限責(zé)任公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

0 引言

熱能與動(dòng)力工程作為一門非常專業(yè)的學(xué)科，涉及的領(lǐng)域非常廣泛。因此，相關(guān)工作人員必須對(duì)熱動(dòng)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，爐內(nèi)煤粒度的研究對(duì)于提高鍋爐能效具有重要意義。

1 研究背景與意義

1.1 研究背景

隨著能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，對(duì)燃煤鍋爐節(jié)能提出了更加嚴(yán)格的要求。為了使工業(yè)鍋爐的運(yùn)行效率達(dá)到相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)人員必須對(duì)其進(jìn)行持續(xù)的研究，確保其在化工和電力等行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

1.2 研究意義

循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是一種發(fā)展了幾十年的新型潔凈煤技術(shù)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，該技術(shù)已受到各工廠的高度重視。近年來(lái)，國(guó)外越來(lái)越重視鍋爐技術(shù)的研究，并取得了明顯的成果，其發(fā)展趨勢(shì)主要是能源利用。然而，環(huán)保的要求和標(biāo)準(zhǔn)日益提高，工廠負(fù)荷調(diào)節(jié)的范圍也在不斷縮小。因此，迫切需要對(duì)鍋爐進(jìn)行進(jìn)一步改造。

2 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)特性及燃料顆粒特性要求

循環(huán)流化床鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)是：在一定的氣流條件下，寬篩煤粉在燃燒室沸騰燃燒，未完全燃盡的煤粉大部分回收到爐膛，具有高效、環(huán)保、節(jié)能、穩(wěn)定的特點(diǎn)。與其它鍋爐相比，具有氣固返混程度高、傳熱快、傳質(zhì)速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)；其主要特點(diǎn)是：燃燒穩(wěn)定，溫度分布比較平衡；由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，循環(huán)流化床鍋爐具有良好的適應(yīng)負(fù)荷變化的能力，在不同負(fù)荷條件下，密相區(qū)溫度大致相同，可以保證鍋爐在負(fù)荷和介質(zhì)變化的條件下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒，不僅有利于促進(jìn)水循環(huán)，而且有助于保證金屬的安全，負(fù)載調(diào)節(jié)范圍大，操作靈活。通過(guò)調(diào)節(jié)煤量、風(fēng)量和物料流通量，可在不同負(fù)荷下進(jìn)行調(diào)節(jié)[1-2]。一般來(lái)說(shuō)，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)（3～4）∶1，可在低負(fù)荷40%～50%時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)荷調(diào)節(jié)速度較高，一般可達(dá)4%/min。

循環(huán)流化床鍋爐煤粒度的選擇是保證其正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在運(yùn)行良好的循環(huán)流化床鍋爐中，不同粒徑的顆粒呈一定的分布。粗顆粒往往集中在密相區(qū)，細(xì)顆粒通過(guò)旋風(fēng)分離器以粉煤灰的形式從高溫?zé)煔庵蟹蛛x出來(lái)，然后從鍋爐中排出，中等顆粒則在回路中不斷循環(huán)。但是，如果煤粒度不合理，就會(huì)干擾循環(huán)流化床內(nèi)的顆粒流動(dòng)，嚴(yán)重影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。實(shí)踐證明，如果煤顆粒大小不合理，將導(dǎo)致鍋爐產(chǎn)汽量下降或影響其正常燃燒。入爐煤粒度分布要求允許波動(dòng)范圍在0～10 mm 之間，D50=0.6 mm。

3 煤粒度對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

3.1 運(yùn)行控制

正常情況下，煤粒入爐后要經(jīng)歷干燥加熱、揮發(fā)沉淀和點(diǎn)火、膨脹和初碎、焦炭燃燒和燃盡四個(gè)階段。但煤粉的反應(yīng)并不是按所經(jīng)歷的階段進(jìn)行的，每一階段的反應(yīng)都是不同的，可能同時(shí)發(fā)生幾個(gè)不同的階段。煤顆粒粒徑越大，燃料燃燒時(shí)間越長(zhǎng)，爐渣中可燃物質(zhì)越多，灰渣的可燃性越強(qiáng)[3]。理想情況下，顆粒直徑越小越好，否則很可能最終造成鍋爐結(jié)渣、鍋爐結(jié)焦等一些問(wèn)題，會(huì)對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。

3.2 點(diǎn)火啟動(dòng)

煤粉顆粒越小，燃燒速率越高，對(duì)提高床溫加熱效率和平衡風(fēng)熱具有重要作用。因此，在點(diǎn)火初期應(yīng)選擇粒徑較小的煤，這樣可以縮短點(diǎn)火所需的時(shí)間，適當(dāng)減少出油量，從而大大降低發(fā)電成本。循環(huán)硫化床鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)是指將流化床鍋爐的底部溫度加熱到煤的著火點(diǎn)，然后通過(guò)正常的燃燒形式，在此過(guò)程中，流化床底部粒度、結(jié)構(gòu)和進(jìn)煤量等因素將在很大程度上影響燃燒效果。在控制好氣流分布和底料之后，煤粉顆粒的控制將直接決定鍋爐能否正常點(diǎn)火升溫。

3.3 燃燒效率

在正常工況下，循環(huán)流化床鍋爐的粒度是變化的。較粗的煤粉主要集中在密相區(qū)，較細(xì)的煤粉燃燒后，由于氣流的作用，飛灰可燃物將通過(guò)尾部受熱面從鍋爐排出，而對(duì)于中等大小的煤粉，則在固體顆粒循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)燃燒。由于煤的粒度不同，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)流化床內(nèi)顆粒的破壞，給鍋爐的正常運(yùn)行帶來(lái)不良影響。隨著煤粉粒度的不斷增大，燃燒后的煤粉殼灰分層厚度會(huì)越來(lái)越大。在氧氣的影響下，燃燒速率會(huì)不斷提高。對(duì)于尺寸較小的煤粉顆粒而言，其能夠讓反應(yīng)速率由擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力學(xué)控制區(qū)域，進(jìn)而在根本上增大反應(yīng)速率。在條件一定的情況下，不管煤粒徑尺寸如何都能夠在一定時(shí)間內(nèi)燃盡，但因?yàn)檠h(huán)流化床鍋爐本身的性質(zhì)，在一定程度上，有些煤粒在未完全燃燒之前，就被空氣中的氣流給吹走了。所以，爐膛內(nèi)的煤粉顆粒尺寸對(duì)鍋爐的燃燒性能有很大的影響。

3.4 設(shè)備損失

有關(guān)調(diào)查研究表明：床溫度相同的情況下，平均入爐燃料粒徑的流化風(fēng)量越大，床料粒徑流化所需最小一次流化風(fēng)量也就會(huì)越高；一定的情況下，床料流化阻力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，這就會(huì)使得床料的流化阻力往不利的方向發(fā)展[4]。為了妥善地解決這個(gè)問(wèn)題，一般情況下會(huì)通過(guò)提高鍋爐一次風(fēng)量的運(yùn)行方式，把大顆粒的能量帶入到燃燒室的上端，從而使燃燒室上端的溫度顯著增加，這樣可以有效提高煤粉的燃燒速度以及蒸發(fā)量，進(jìn)而在根本上增大生產(chǎn)效率。鍋爐中受熱面的腐蝕以及磨損量和其流速的三次方呈正比的關(guān)系，大顆粒煤以及較大風(fēng)量操作會(huì)導(dǎo)致鍋爐中受熱面的磨損程度加劇，進(jìn)而在很大程度上提高鍋爐維修和維護(hù)的成本，而且還會(huì)使得鍋爐使用壽命大大降低，并增加鍋爐的耗電量。

4 循環(huán)流化床鍋爐入爐煤粒徑控制措施分析

粒徑不合格的原因是在煤矸石中摻入劣質(zhì)煤，對(duì)破碎系統(tǒng)產(chǎn)生影響。如何在不添加劣質(zhì)煤和煤矸石的前提下，確保入爐煤粒徑達(dá)標(biāo)是控制入爐煤粒徑的重要因素。

1）要確保劣質(zhì)煤、煤矸石和優(yōu)質(zhì)煤的混合均勻，在破碎系統(tǒng)中盡可能地保持介質(zhì)的穩(wěn)定性，從而為破碎系統(tǒng)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工作環(huán)境，提高破碎系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2）要加強(qiáng)對(duì)破碎系統(tǒng)的維護(hù)，提高設(shè)備的使用壽命。加強(qiáng)對(duì)破碎系統(tǒng)的操作調(diào)節(jié)，當(dāng)有可能影響到破碎效果的操作條件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，若破碎機(jī)的入口煤量不均勻，兩邊煤量相差很大，而在同一破碎機(jī)的不同部位，由于負(fù)載的不一致，會(huì)導(dǎo)致不同部位的磨損率不同，如果沒(méi)有及時(shí)調(diào)節(jié)，則會(huì)使碎煤機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的局部偏磨現(xiàn)象，從而很難確保破碎粒徑達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

3）要加強(qiáng)對(duì)入爐煤粒徑的監(jiān)測(cè)，對(duì)不達(dá)標(biāo)的情況進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)對(duì)破碎系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使顆粒尺寸對(duì)鍋爐的影響最小化。

5 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)鍋爐在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，因此，如何合理地利用熱能與動(dòng)力工程技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。在全球能源短缺的情況下，為了滿足國(guó)內(nèi)和全球的需要，需要加大對(duì)工廠的熱能、動(dòng)力工程的開發(fā)力度，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，提供有效的熱能供應(yīng)，為社會(huì)和人類造福。