循环流化床锅炉飞灰含碳量的机理分析

樊竹娟

（太原锅炉集团有限公司技术中心，山西 太原 030021）

0 引 言

循环流化床燃烧技术是国内外公认的一种洁净煤燃烧技术。循环流化床锅炉具有煤种适应性广、燃烧效率高、环境性能好、符合调节范围大和灰渣综合利用等优点。近年来在工业锅炉、电站锅炉、旧锅炉改造、燃烧各种固体废弃物等领域得到迅速发展。

1 循环流化床锅炉目前存在的问题

循环流化床锅炉的高速发展使循环流化床锅炉的运行出现了一些问题：1）炉膛、分离器、回送装置及其之间的膨胀和密封问题。特别是锅炉经过一段时间运行后，由于选型不当和材质不合格，加之锅炉的频繁起停，导致一些部位出现颗粒向炉外泄漏现象。2）由于设计和施工不当导致的磨损问题。炉膛、分离器、返料装置内，由于大量颗粒的循环流动，容易出现材料的磨损和破坏问题。一些施工单位对循环流化床内某些局部部位处理不当，出现凸台、接缝等，导致从这些部位开始磨损、然后磨损扩大导致炉墙损坏。3）炉膛温度偏高及石灰石选择不合理，导致了脱硫效率降低问题。早期设计运行的循环流化床锅炉片面追求锅炉出力，对脱硫问题重视不够，炉膛温度居高不下；石灰石种类和粒度的选择没有经过仔细的试验研究，导致现有循环流化床锅炉脱硫效率不高；许多锅炉脱硫系统没有投入运行，缺乏实践经验的积累。4）灰渣综合利用率低的问题。一般认为，循环流化床锅炉的灰渣利于综合利用，而且利用价值很高，但由于各种原因，我国循环流化床锅炉的灰渣未能得到充分利用，或者只进行了一些低值利用，需要进一步做工作。5）飞灰含碳量高的问题。这些问题的存在影响了循环流化床锅炉的连续、安全、经济运行，还带来了维修工作量大、运行费用高等问题。就循环流化床锅炉来说，飞灰含碳量高是一个较为普遍的问题。

2 飞灰含碳量的影响因素及应采取的措施

1）燃料特性的影响。循环流化床锅炉煤种适应性广，但对于已经设计成型的循环流化床锅炉，只能燃烧特定的煤种（设计煤种）时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水分、灰份的影响，循环流化床锅炉的燃烧效率有很大差别。我国主要按煤的干燥无灰基挥发分含量对煤进行分类，按照挥发分含量由低到高的顺序将煤分成无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤等。挥发分含量的大小实际上反映了煤形成过程中碳化程度的高低，与煤的年龄密切相关。不同煤种本身的物理组成和化学特性决定了它们燃烧后的飞灰具有不同的形态和特性[1]。

2）入炉煤的粒径和水分的影响。颗粒过大时，床层流化不好，碳粒总表面积减少，煤粒的扩散阻力大，导致反应面积小，延长了颗粒燃尽的时间，颗粒中心的碳粒无法燃尽而出现黑芯，降低了燃烧效率，并且造成循环灰量不足，稀相区燃烧不充分，出力下降。再者，大块沉积，流化不畅，局部结焦的可能性增大，排渣困难。颗粒过小时，床层膨胀高、易燃烧，但是易造成烟气夹带，不能被分离器捕捉分离、逃逸出去的细颗粒多，对燃尽不利，飞灰含碳量高。通过实验发现：颗粒太小，由于煤粉在炉内停留时间过短，燃不尽，飞灰含碳量就大。相对而言，燃用优质煤，煤颗粒可粗些；燃用劣质煤，煤颗粒要细些[2]，所以，对于不同的煤质要调整二级破碎机的破碎能力来调整煤的粒度。煤中水分过大，不仅降低床温，同时易造成输煤系统堵塞，故对水分高的煤要进行掺烧。

3）过量空气系数的影响。一次风的作用是保证锅炉密相区料层的流化与燃烧，二次风则是补充密相区出口和稀相区的氧浓度。调整好一二次风的配比，可有效地降低飞灰、灰渣含碳量，是保证锅炉经济燃烧的主要手段。运行中适当提高过量空气系数，增加燃烧区的氧浓度，有助于提高燃烧效率。但是炉膛出口过量空气系数超过一定数值，将造成床温下降、炉膛温度下降，总燃烧效率将会下降、风机电耗增大，所以，负荷变化不大时，一次风量尽量稳定在一个较合适的数值上，少作调整，主要靠调整二次风比例来控制密相区出口和稀相区的氧浓度。一二次风的配比，与锅炉负荷、煤种等有关，通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格，以供运行调整时参考[3]。

4）燃烧温度的影响。若与煤粉锅炉炉膛温度高达1 400~1 500℃相比，循环流化床运行温度通常控制在850~900℃之间，属低温燃烧；在此条件下煤粒的本正燃烧速率低得多，加之流化床内颗粒粒径比煤粉炉内煤粉粗得多，所需的燃尽时间长得多。提高燃烧温度，飞灰含碳量低；相反，燃烧温度低，飞灰含碳量高。

5）分离器分离效率的影响。分离器分离效率高，切割粒径小，飞灰含碳量低；相反，分离器分离效率低，切割粒径大，飞灰含碳量高。经过20多年的发展，目前我国循环流化床锅炉使用的高效分离器有3种：上排气高温旋风分离器、下排气中温旋风分离器、水冷方形分离器。

6）飞灰再循环倍率的影响。飞灰再循环的合理选取要根据锅炉炉型、锅炉容量大小、对受热面和耐火内衬的磨损、燃煤种类、脱硫剂的利用率、负荷调节范围来确定。

7）锅炉蒸发量的影响。锅炉蒸发量大，相应的燃烧室温度高，一次通过燃烧室燃烧的粒子（分离器收集不下来的粒子）燃烧时间长，燃尽度较高，飞灰含碳量低；相反，飞灰含碳量高。

3 结束语

循环流化床锅炉中，当燃煤不能进行完全燃烧时，将造成飞灰含碳量的升高。从煤种粒度、煤种特性、燃烧温度、炉内空气动力场、锅炉负荷等方面，分析了对飞灰含碳量变化的影响机理，指出了飞灰含碳量升高造成的影响，并提出了维持锅炉稳定燃烧、降低飞灰含碳量、提高锅炉效率的有效措施。降低飞灰含碳量的措施有多种，应按实际情况选择最经济最实用的措施。

[1] 孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京:中国电力出版社,2002.

[2] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京:中国电力出版社,2002.

[3] 郭淑海,邢希东.哈锅π型锅炉飞灰含炭量高原因分析及对策[J].上海电力，2010（1）：65-67.