入炉煤粒径对循环流化床锅炉的影响研究

姜广洲

摘 要：随着我国国民经济的不断增长，生产力在稳步提升。与此同时，电厂锅炉的应用在热能和动力工程学中也扮演着越来越重要的角色。根据入炉煤粒径对循环流化床锅炉的影响，提出最合适的煤粒径大小，争取在这一方面提高能源的利用效率，以期为我国电力事业的发展提供帮助，进而推进我国的可持续发展，提高社会的整体效益。

关键词：入炉煤粒径；锅炉；热能和动力工程

通过研究与学习不难发现，热能和动力工程学的专业性比较强，所涉及的范围非常广泛。相关工作人员需要对热动能有全面的了解，对入炉煤粒径的研究也是非常重要的，这在提高能源的利用率上有重大的研究意义。

1 研究背景和意义

1.1 研究背景

随着当今社会现代化水平的提高，电厂锅炉的运行一般采用机器自动化，减少了劳动力成本和其他资金投入，电厂安全系数也大大提高，对电厂锅炉行业发展有极大的推动作用。如今，电厂燃气锅炉的使用以内部燃气锅炉控制和外部锅炉控制为基础。由于能源市场竞争的日益激烈，对燃气锅炉能源综合利用率的要求和重视程度在不断提高。为了使电厂锅炉工作效率适应市场需求，需要不断地进行研究，保证能源的高效利用[1]。

1.2 研究意义

循環流化床（Circulating Fluidized Bed，CFB）锅炉是在最近几十年才推出的清洁煤燃烧技术，主要是因为现代社会对环保的要求越来越高，引起了电厂行业的高度重视。近几年来，国外对锅炉技术的研究越来越重视，取得的成果也显而易见，锅炉的发展方向主要是能源利用。电厂锅炉的发展十分迅速，很多国家都高度重视CFB锅炉这种循环经济型锅炉，反映出现代各国对电能需求量和能源高效利用的高度重视[2]。我国对这种锅炉的研究开始于20世纪后期，到现在不过50年，已经发展到了一个新的高度，但我国对绿色环保的要求也在不断提高，电厂负荷调节范围越来越大，所以，对锅炉的进一步改进已迫在眉睫[3]。

2 CFB锅炉简介

CFB锅炉有高效、环保等优点。近几年来，CFB锅炉在电力行业中的应用非常广泛，其应用技术也得到了一定的发展。但是CFB锅炉本身就存在一定的缺陷，一方面是因为其发展历程较短，另一方面是因为CFB锅炉对运行环境的要求比较高且复杂繁琐，相关技术人员更加注重理论研究，缺少技术实践，有时不能及时发现CFB锅炉在运行中存在的问题。CFB锅炉在运行中常常出现引风机失速、翻床、部件磨损严重等问题，对CFB锅炉的正常运行造成直接影响，甚至造成不必要的安全事故。

3 入炉煤粒径对CFB锅炉运行的影响途径

3.1 运行控制

一般来说，煤粒进入炉内会有干燥加热、挥发析出并着火、煤粒膨胀及一级破碎、焦炭燃烧及燃烬这4个过程。但是煤粒并不是按照步骤进行反应的，每次反应的情况都不一样，所以，会出现好几个步骤同时发生的情况。煤粒尺寸越大，燃烧及燃烬的时间就越长，底渣中的可燃物就越多，反之，飞灰中会有很多可燃物。在理想状况下，煤粒半径越小越好，否则最后容易导致锅炉结渣，进而形成锅炉结焦，再加上其他问题，就会影响整个锅炉的运行[4]。

3.2 点火启动

煤粒越小，燃烧及燃尽的速度越快，这对床温的加热效率和风热平衡有极大的积极意义。因此，在点火的初期就要选取粒径较小的煤进行燃烧，这样可以有效减少点火需要的时间，并且可以适当减少投油量，进而大大减少电厂的资源投入[5]。CFB锅炉的点火燃烧过程是指通过加热流化床锅炉底料至煤的燃点到正常燃烧的动态过程，在这个过程中，流化床底料的粒度及其结构、底料的静止高度、配风、给煤等都直接关系到燃烧的成功与否。严格控制配风、底料之后，对煤颗粒的控制直接决定锅炉是否能进行正常的点火或者提高点火效率。点火前，煤的粒径控制主要是合理分配不同粒径的煤，不论是大粒径的还是小粒径的，在点火启动时都是需要的。小颗粒的存在是为了加速燃烧，大颗粒的存在是为了稳定床温而持续地放热，两种煤粒保持适当的配比，就可以实现高效点火启动。如果煤粒过粗，在燃烧过程中容易造成局部大块煤粒的沉积和结焦、流化不畅、循环灰量供给能力不足、排渣困难等安全问题，从而引发意外事件；如果煤粒过细，点火时飞灰中的可燃物就会迅速增加，这样燃烧的实际时间就会缩减，加上油枪如果雾化不好，就很有可能出现尾部烟道再燃烧，所以，在点火启动时对煤粒径的要求非常高。想要提高效率，就要对煤粒粒径做好合理的配比。

3.3 燃烧效率

在CFB锅炉正常运行的情况下，分布着不同粒径的煤粒。比较粗的煤粒主要分布在密相区中，而比较细的煤粒燃烧后产生的飞灰可燃物会由于气流的运动被带离分离装置，经过尾部的受热面离开锅炉，而适中的煤粒会在固体颗粒循环回路中进行循环燃烧。如果没有分布好不同尺寸的煤粒，就会对CFB内的颗粒循环造成破坏，进而影响锅炉的正常运转。煤粒径越大，燃烧后的外壳灰层越厚，燃烧反应速度受氧气扩散控制越严重，导致燃尽时间拉长；煤粒径越小，比表面就越大，有助于反应速率从扩散控制向动力学控制区域转化，加快反应速度。无论煤粒径大小如何，只要有时间就可以燃尽，但是由于CFB的运行特性，一些煤粒还没有充分燃烧就被气流带走了，颗粒大的可能被旋风分离器捕捉到，而颗粒小的则被烟气带走。因此，提高锅炉燃烧效率对入炉煤粒径的要求至关重要。

3.4 设备损失

CFB锅炉还存在众多磨损问题。分析得出，锅炉炉膛受热面最易磨损的部位主要包括卫燃带区域、炉膛四角、烟道口两侧翼形水冷壁、水冷壁连接处焊缝、温度探测孔四周、屏过翼形的探头探测水冷壁、热电偶及风压传感器测量处。煤的主要质量问题在于煤粒的化学成分，一般选择矸石这种硬灰成分占比较大的煤。

在锅炉的正常运行中，一次流化风量的设置和选取主要取决于锅炉入炉床料一次流化的最低风量，而入炉燃料平均颗粒的大小则直接影响床料粒径的流化阻力大小。因此，在一定的床温下，入炉燃料平均颗粒的直径流化风量越大，床料粒径的流化阻力所需最小炉一次流化的风量越大；在一定的风压下，床料流化阻力相比较而言也越大，这就很容易致使床料的流化阻力状态向不良流化方向发展。为了有效解决这一问题，作为锅炉运行的手段之一，常常会加大一次风量的锅炉运行，使较大粒子能带到燃烧室上部燃烧，提高燃烧室上部温度，改善煤粒快速燃尽的效果，提高煤粒的蒸发量，从而提高工厂的工作效率。锅炉内部受热面的腐蚀和磨损量与锅炉气流速度的三次方成正比，大量燃煤和通风运行的加热结果急剧地加速了对锅炉内部受热面的腐蚀和磨损，造成锅炉设备检修和维护费用的大幅度增高，锅炉的运行时间和周期大大缩短，同时，锅炉厂房的用电率也随之大幅度升高。

4 結语

从我国电厂锅炉的适用总体情况来看，当前社会发展迅速，对社会用电问题的重视程度越来越高。电厂锅炉在我国工业生产中发挥着日益重要的作用，所以，热能和动力工程的合理应用也显得越来越重要。面对我国乃至全世界的需求，在地球能源紧缺的大环境下，必须加强对热能和动力工程在电厂中的应用，加强创新，在技术方面不断摸索，提供更加有效的热能供应，最大限度地服务社会、造福人类。

[参考文献]

[1] 于焱.热能动力工程在电厂锅炉中的应用研究[J].中外企业家，2019（36）：95.

[2] 郭亮.入炉煤粒径对锅炉燃烧的影响[J].水利电力机械，2007（9）：13-15.

[3] 周臻，刘亮，王艳玲，等.煤粉粒径对燃烧特性影响的试验研究[J].热力发电，2007（3）：35-38，47.

[4] 刘新泉，陈玉伟，程超然，等.入炉煤粒径对CFB锅炉运行的影响[J].科技信息，2010（17）：978.

[5] 薛永强，来蔚鹏，王志忠.粒度对煤粒燃烧和热解影响的理论分析[J].煤炭转化，2005（3）：19-21.

Study on the influence of coal particle size in furnace on circulating fluidized bed boiler

Jiang Guangzhou

（Jiangsu Suyan Jingshen Company Limited Thermal Power Branch， Huaian 223200， China）

Abstract：With the continuous growth of Chinas national economy， productivity is also rising steadily. At the same time， the application of power plant boilers also plays a more and more important role in thermal energy and power engineering. According to the influence of coal particle size in purnace on circulating fluidized bed boiler， the most suitable size of coal particle is proposed to improve the efficiency of energy utilization in this respect， so as to provide help for the development of electric power industry in China， and then promote the sustainable development of our country and increase the overall benefit of society.

Key words：coal particle size in furnace； boiler； thermal and power engineering