简析影响CFB锅炉底渣和飞灰含碳量因素及应对措施

摘要：准能矸石发电公司循环流化床（CFB）锅炉在初期投产后存在底渣和飞灰含碳量大，燃烧煤种偏离设计的问题。本文以近10年的锅炉优化实验和运行实践的经验为基础，对影响CFB锅炉底渣和飞灰含碳量的因素进行了简单分析，并提出了降低锅炉底渣和飞灰含碳量的几种方法，实现了CFB锅炉发电煤耗的降低，从而对公司的节能降耗工作有着积极的意义。

关键词：CFB锅;底渣;飞灰;含碳量

引言

火力发电厂中经常存在由电站锅炉燃用煤种偏离设计或锅炉适应性较差等因素引起的锅炉飞灰、底渣含碳量升高的现象。飞灰、底渣含碳量升高将导致CFB锅炉的不完全燃烧热损失增加，从而影响锅炉机组的经济性。

一、锅炉设备简况

制造厂家：东方锅炉（集团）股份有限公司，锅炉型号：DG1177/17.4-Ⅱ2亚临界参数循环流化床锅炉，型式：单汽包自然循环、CFB锅炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、汽冷式旋风分离器、紧身封闭布置、全钢炉架悬吊方式、固态排渣。

二、影响锅炉底渣、飞灰含碳量的因素

2.1入炉煤颗粒度和粒径分布以及煤质

合理的燃煤粒度和燃煤粒径分布是保证燃煤燃尽的前提。由于准能矸石发电公司破碎系统的原因，燃煤粒度常常偏离设计值，从而影响到了CFB锅炉的效率。在锅炉设计的流化工况下，入炉煤平均粒径偏大，相应的流化风夹带出密相区的细煤粒减少，密相区积存较多的粗煤粒长时间燃烧，就会导致床层发生局部沟流和缺氧的现象。但为保证锅炉运行时床压稳定，需要继续给煤和排渣，这样就有未完全燃烧的粗煤粒排出，造成底渣含碳量升高，细颗粒比例过大的问题。在炉内燃烧时间较短，未燃尽的煤粒飞出炉膛，就会造成飞灰含碳量增大。

依据挥发份含量由低到高的顺序将原煤分为无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤等，挥发份含量越高的煤种着火性能越好，对煤粒的燃尽有利，一般来说采取挥发分含量高的原煤锅炉底渣和飞灰含碳量低。

2.2一、二次风量配比

锅炉运行中，一次风保证床料正常流化并参与初始燃烧，二次风有一定的刚度穿透物料补充炉内燃烧需氧量。合理调整配比一、二次风是提高锅炉燃烧效率、降低锅炉底渣和飞灰含碳量的重要因素。通常运行中从低负荷到100%负荷，一次风占比为60-40%，二次风占比为 40-60%。但受负荷、煤质、床层厚度、脱硫效率、氮氧化物的控制等各种其他因素的影响，一、二次风量配比灵活性和可操作性较差。

2.3床温

锅炉运行中，炉内床温越高表明煤粒的燃烧温度高、燃尽时间短，煤粒从而燃烧越完全，使锅炉的底渣和飞灰含碳量降低。在准能矸石发电公司锅炉运行实践中，床层温度主要受机组负荷的影响。在机组正常运行调整中、不考虑其他因素的情况下，床温和整体温度随着负荷的升高而升高。反之负荷下降，床温及整体温度下降。可以观察到在机组负荷率高的时段锅炉底渣及飞灰含碳量有明显的下降。

CFB锅炉运行床温因煤种和锅炉容量不同而有所区别，一般在850℃～950℃之间。除了机组负荷之外，运行过程中锅炉床温还受到煤质、风量风压配比、石灰石投入量、床层厚度、脱硫效率、氮氧化物的控制等其他因素的影响。这些因素通过床温间接影响到了锅炉底渣及飞灰含碳量。

2.4给料及排渣方式

保证煤粒在炉内的燃尽时间是降低底渣含碳量的重要因素。给煤口与排渣口布置距离过近将导致锅炉燃煤在经过给煤口进入炉膛与炉内物料混合后出现燃烧时间短甚至来不及燃烧就从排渣口排出的现象，从而使得底渣含碳量升高。准能矸石发电公司的锅炉前墙给煤后墙排渣的方式对煤粒在炉内的燃尽较为有利。

2.5布风板性能

CFB锅炉布风均匀程度，直接影响到风帽小孔射流的动能。布风板性能好，风帽出风分布均匀使得床上物料流化良好，燃烧工况良好，煤粒燃烧较完全。布风板不均匀的布风，风帽出风口风量偏差导致流化不良，床上物料流化恶化直接影响床温分布不均，从而影响底渣含碳量。因此加强对布风板上风帽进行定期检查，保证CFB锅炉均匀的布风，是降低底渣含碳量的方法之一。

2.6旋风分离器分离效率

近年来的CFB锅炉旋风分离器有99%以上的分离效率。在其他条件相同时随着分离器效率的提高，有更多的细灰粒从烟气中分离下来，增加了物料在炉内的循环倍率和停留时间，提高了飞灰的燃尽度，减少了可燃物的流失。若分离效率降低，较细物料在炉内的循环倍率降低和停留时间缩短，使分离器出口夹带未燃烧的细碳粒飞灰量增加，造成锅炉飞灰含碳量升高。在CFB锅炉运行中保证分离器效率就要保证燃料粒度和密度、控制分离器进口烟气流速、烟气温度、调控返料器运行稳定、合理控制炉膛负压。

2.7床压

通常CFB锅炉控制床压也就是调控密相区内的物料厚度。物料厚度直接影响CFB锅炉的运行工况和燃烧效率。物料过厚时，风室压力随之升高，锅炉整体流化阻力随之增加，这种情况为了保证负荷稳定和流化正常必须增加流化风量，导致颗粒的扬析率上升，带出炉膛的未燃尽燃料量增加，造成飞灰含碳量增加;物料过厚床压高，也会造成床温下降，影响燃烧效率，此时为了降低床压就需要同时增大排渣量，大量排渣会使未完全燃烧的物料排出炉膛带入冷渣器，造成锅炉底渣含碳量上升。物料厚度太薄时，床压不稳定易发生吹空现象，影响锅炉运行安全稳定性。所以合理床压值必须根据实际通过试验来确定。

2.8锅炉炉内O2的含量

入炉煤达到迅速而又完全燃烧的条件之一就是就必须向炉膛供应适量的空气，即保持炉内有适当的过量空气系数。若空气供应不足，即过量空气系数过小，不完全燃烧热损失将会增加;但过量空气系数过大，不仅使床温降低引起燃烧效率下降，还将使烟气排放量增大，飞灰可燃物携带量增加，造成飞灰含碳量和排烟热损失增加。因而为了保证燃料在炉内完全充分的燃烧，炉膛内应维持最佳的过量空气系数。锅炉的烟气含氧量与过量空气系數（α）的计算公式：

针对CFB锅炉合理控制炉内过量空气量，使燃烧区富氧运行，有助于提高燃烧效率。若炉膛出口过量空气系数过高，将会使床温和炉膛温度下降，锅炉整体的燃烧效率降低，风机能耗增加。

从锅炉运行情况来看，通常炉膛过量空气系数最佳范围对应的炉内氧含量在3%～ 5%。根据实践有关试验数据表明，过量空气系数与飞灰含碳量之间存在如下关系：锅炉的飞灰含碳量随过量空气系数的增加呈下降趋势，但是随着下降趋势超过一定范围时，飞灰含碳量改变不会太大，更加说明了当氧含量控制在3%～5%时，即过量空气系数在1.17～1.31为最佳控制值。准能矸石发电公司锅炉运行规程规定运行调整中根据锅炉说明书控制氧量在3.5～6%。实际运行中，以保证锅炉的安全稳定运行为前提，在控制底渣、飞灰含碳量和满足污染物排放标准的条件下需要尽量控制CFB锅炉在低含氧量下运行。

2.9其它因素

除以上所述影响因素外，在实际的循环流化床锅炉运行过程中，机组的运行稳定性、设备的改造等因素都会影响到锅炉底渣和飞灰含碳量。比如锅炉的给煤口改造，为了使进入炉内的煤粒播撒均匀，在给煤口下加装播煤风。带来的问题就是如果該播煤风开度太大，很容易将未经完全燃烧的煤粒吹到后墙排渣口排除，造成底渣含碳量上升，所以需要在运行中多次试验，调节该风门开度与锅炉的底渣含碳量匹配最佳位置。

三、降低锅炉底渣、飞灰含碳量控制措施

3.1合理配置入炉煤。尽量保证煤质稳定，通过调整试验找到锅炉底渣、飞灰含碳量最低的入炉煤颗粒度和粒径分布的最佳值。

3.2正确选择原煤的破碎、筛分设备，并维护设备的可靠运行。

3.3机组运行中，调整运行工况，保证床温、床压在合理区间运行。

3.4根据不同负荷、不同煤种合理调整一、二次风，运行中适当提高过量空气系数（含氧量），增加燃烧区的氧浓度。一次风量根据负荷变化尽量少作调整，稳定在保证流化良好的数值上，主要靠调整二次风量和风压来控制密相区出口和稀相区的燃烧需要的氧量。

3.5锅炉运行中加强维护，保证旋风分离器较高的分离效率。

3.6根据给煤口和排渣口布置位置合理调整给煤机运行方式和播煤风量。

3.7锅炉设备改造一定要考虑对底渣和飞灰含碳量的影响，及时进行调试。

四、结束语

影响循环流化床锅炉底渣和飞灰含碳量的因素归纳起来主要有锅炉设备的制造安装、运行调整与维护、入炉煤状况几个方面。作为发电企业设备安装运行后只能从控制入炉煤、运行精心调整、加强设备维护等方面来降低底渣和飞灰含碳量。通过多年CFB锅炉的运行实践，公司锅炉的底渣和飞灰含碳量从投产初期的4.5%下降到了2.7%，为降低发电煤耗起到了积极的作用。

参考文献：

[1]  王建峰.大型CFB锅炉底渣、飞灰含碳量过高的原因分析[C] .全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网技术交流会议，2007

[2] 齐晔，王杰峰.降低300MW循环流化床锅炉底渣、飞灰含碳量[J].《科学与财富》，2012

作者简介：

陈利平（1973-），男，内蒙古准格尔旗人，大专学历，工程师，现从事火力发电厂锅炉专业技术工作。