循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究

丛辉

【摘 要】由于煤种的多样性，循环流化床锅炉很难长期稳定的使用设计煤种，因此，给循环流化床锅炉的稳定、高效运行带来了诸多难题。本文分析了煤炭的燃烧过程、循环流化床锅炉的燃烧特点及其对煤质的要求，探讨不同煤种对锅炉燃烧的影响，对锅炉的稳定运行和提升电厂的经济效益都有重要的指导意义。

【关键词】循环流化床；锅炉；燃烧

随着人们对电力的需求逐渐增长，循环流化床锅炉得到了广泛应用。但是由于循环流化床锅炉很难长期稳定的使用设计煤种，煤种的多样性给循环流化床锅炉的高效运行带来了很多问题。因此，研究循环流化床锅炉的燃烧特性与煤种关系，对锅炉的稳定运行有重要的现实意义。

1 煤种变化和循环流化床锅炉燃烧特性

1.1 硫化床燃烧热点

1.1.1 燃料的适应性广

循环流化床锅炉对燃料的要求不高，在整个燃烧的过程中， 所吸收的热量对床层温度影响很小，而煤颗粒的燃烧可以使床层保持一定的温度水平，流化床可以燃用难燃的燃料，并且保证锅炉运行特性稳定，对燃料的适应性很强。

1.1.2 有利于保护环境

低排放、高效脱硫循环流化床锅炉可以实现低温燃烧，有效减少在燃烧过程中NOx 的生成。在燃烧过程中可以直接向流化床内加入石灰石或白云石，达到控制SO2 的排放，保护环境的目的。

1.1.3 放热量大

循环床内有强烈的炉内循环扰动， 强化了炉内传热和传质过程，使刚进入床内的新鲜燃料基本可在恒温下进行，因而延长了燃烧反应时间。燃料通过分离器有效的减少了固体不完全燃烧损失，从而使循环床锅炉便于综合利用灰渣，用于提取某些化工产品或稀有金属。

1.2 燃料特性对循环流化床锅炉燃烧效率的影响分析

燃料的灰分增加，锅炉的燃烧效率会减少，在保持同一传热量下会产生更多的床料，这样就增加了排料的热损失，降低锅炉效率；煤的水分以及生成的烟气量都有影响，会将增加排烟损失，同时也会改变炉膛内的气动力特性；燃料中的含硫量会导致炉膛内的排料热损失增加，导致锅炉效率下降。煤中硫的份额与煤的热值相比所占很小，加入石灰石做脱硫剂必须考虑炉膛内粒子粒径的合理分布，以得到合适的传热和流化状态；煤的热值决定了循环燃烧系统和后部对流受热面之间的热负荷分配，劣质燃料会造成烟气携带了大约的热量到后部的对流受热面，而对优质燃料只有少部分的热量被烟气带到后部对流受热面。

2 煤质对锅炉稳定燃烧的影响

2.1 煤的发热量低影响正常供热

当煤的发热量低到严重时会导致锅炉熄火事故。煤的灰份在燃烧过程中会吸收热量，会导致着火困难和着火延迟，同时飞灰可燃物高，碳粒可能被灰层包裹，碳粒表面燃烧速度降低，火焰传播速度减小，造成燃烧不良。

2.2 煤种变化与锅炉燃烧特性的关系

煤质较差时，锅炉耗煤量增加，同时渣的含碳量增加了冷渣机和输渣机使用频率，缩短了使用寿命，导致设备故障增多，运输成本增加。灰分大的煤燃烧后，造成流化床锅炉受热面处磨损严重，增加了除灰、输灰系统的运行负荷，容易出现运行故障。同时当煤质含硫量大时，容易引起锅炉尾部烟道等处的低温腐蚀， 造成锅炉爆管，影响锅炉安全运行。

3 循环流化床炉内燃烧过程中存在的问题

3.1 炉膛中心区缺氧

基本上所有的CFB锅炉都存在着炉膛中心区缺氧的问题，除了对二次风射流的阻挡作用外，也存在每个层面颗粒水平移动不够均匀问题，中心区缺氧会降低燃料燃尽效果和脱硫剂化学反应的效率，无忧有效实现低温燃烧时的高效低氮。

3.2 床温不均匀性

由于流态化过程的复杂性直接导致了床温的偏差，同时也造成了物料燃尽和石灰石脱硫，以及低氮燃烧的困难。床温的不均匀性会造成局部温度峰值，由于局部超高床温会造成炉内突然熄火。同时，床温太高时出现二恶英污染问题和燃尽率显著降低的问题。

3.3 床温异常

合理控制合适的床温变化范围，是解决低氮燃烧的关键因素之一。颗粒粗大时床温偏高，会造成布风不均匀或者床温控制的难度。由于颗粒两级分化严重，使得燃煤颗粒很难实现宽筛分下的理想级配颗粒，普遍对保证床温非常困难。

3.4 炉膛出口与床温差值过大

由于种种原因，床温显著低于炉膛出口温度和返料温度，会影响整个物料循环和流态化过程的低温燃烧效果，也能够导致脱硫降氮效率的下降。会给整个物料循环燃烧过程的平均温度和温度峰值带来影响，均衡这些区域的温度是任何一种循环流化床都必须考虑的问题。

4 煤质选择措施

煤质发生变化时，需及时排除锅炉及辅助设备出现的故障，做好炉膛温度的控制，避免出现储煤风化和自燃，加强对进煤质量的严格控制和管理，选择煤质较为稳定的煤源市场。

4.1 发热量

根据运行情况看，热值如果超过13000kJ/kg时，经常使炉膛内温度不易控制，造成炉内热量不易把握，易出事故，所以要选择热值低于10000kJ/kg的煤质。

4.2 灰份

煤质的灰分灰份不要超过40，否则会出现放渣次数增多现象。但是如果灰份过低，也会出现炉内物料平衡现象，也不利于负荷调整。

4.3 粒度

过份强调细颗粒会破坏物料平衡，也不利于炉内回灰循环，造成床温下部过高，上部温度过低现象。

4.4 含碳量及挥发份

这两个参数对循环流化床锅炉燃烧也有一定影响，煤质要控制在含碳量25左右，可燃基挥发份45左右即可。

4.5 焦炭燃尽情况

在燃煤颗粒进入到炉膛后，当挥发分燃烧完全后，开始焦炭的燃烧过程，在炉膛高度约4m的地方，要使密相区的气体和煤粉颗粒混合相当充分，利用DCS 控制系统检测该循环流化床锅炉温度场分布情况。

【参考文献】

[1]于龙.循环流化床燃烧技术的研究展望[J].热能动力工程，2004（4）.

[2]张丽华，支元珍，等.燃用无烟煤的循环流化床锅炉的运行体会[J].电力设备，2003（3）.

[责任编辑：薛俊歌]