內容摘要：福建無煙煤因其固有的特性，在傳統的煤粉爐或鏈條爐無法燃燒或燃燒不完全，因此，  不能得到廣泛有效地利用。本文根據石獅熱電廠一期工程35t/hCFB鍋爐近幾個月來的運行實踐及調試數據，從不同角度闡述了影響福建無煙煤燃燒的因素，提出了優化福建無煙煤燃燒的運行控制手段。從理論和實踐上證明了 CFB燃燒技術能最大程度地優化福建無煙煤的燃燒。

概論

    福建無煙煤煤質較脆，揮發份低，細粉含量大(粒徑在lmm以下含量達45％以上)，灰熔點低(易變形、結焦)，著火溫度高。因此，燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率普遍偏低，燃燒穩定性差。如何優化福建無煙煤的燃燒，提高燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率。多年來一直是省內外燃燒理論學術界十分關注的問題。本文試圖通過石獅熱電廠2× 35t／hCFB鍋爐近五個月來的運行實踐，歸納總結燃用福建無煙煤CFB鍋爐在鍋爐選型、設計及運行時應注意的一些問題。

 1  鍋爐特點

    福建石獅熱電廠一期工程選用東方鍋爐廠設計制造的35t／hCFB鍋爐兩臺，鍋爐型號為DG35／3．82—17，設計煤種為福建無煙煤。兩臺鍋爐于1998年12月19日至22日一次性通過72小時試運行。并于1998年12月30日正式投入試生產運行。

    根據福建無煙煤的特性，結合本省燃用福建無煙煤CFB鍋爐的經驗及其存在的問題，在鍋爐總體設計上突出以下特點：

    1．1  在鍋爐水平煙道出口，左右對稱布置兩只上排氣、下出灰中溫旋風分離器。因采用了兩只中溫旋風分離器，所以，能把分離器的直徑設計得更小，從理論上講，保證分離器有較高的分離效率。

    1．2  由于福建無煙煤細粉含量大，為了提高分離器捕捉不到的細粉的一次燃燼度。鍋爐設計時采取了以下措施：

    1．2．1  適當增加爐膛高度(自入煤口至爐膛出口高達15．5米)，以增加細粉通過爐膛的時間。

    1．2．2  沿爐膛高度，水冷壁表面敷設高達9米的耐磨磚作為衛燃帶，以保證較高的爐膛出口溫度(850～875℃)。衛燃帶采用掛磚形式。由于爐膛密、稀相區燃燒份額的不確定性，根據實際運行需要，可對燃燒室衛燃帶的范圍進行增減。

    1．2.3  循環流化床鍋爐的密封問題也引起了我們的注意，制造商對此也給予了高度重視。對循環流化床鍋爐的密封問題若考慮不周，大量的循環灰將有可能逸出爐外，特別是從鍋爐頂棚外逸。針對這一問題，在過熱器管與鍋爐頂棚交界處加設密封盒并以耐火澆注料灌實，外敷設保溫材料。確保了鍋爐運行時具有良好的密封性。

    近五個月的運行情況表明，采取以上措施收到了良好的效果。

    2  燃燒調整測試分析

    為了對燃用福建無煙煤CFB的燃燒機理作較全面的分析總結，石獅熱電廠和東方鍋爐廠研究所共同合作，于1999年1月中旬，分七個工況和兩個工況分別對1#、2#鍋爐進行了燃燒調整，并對鍋爐熱效率、額定出力、最大出力和低負荷穩定運行等進行了熱態測試。

    2．1  燃用煤種成份分析

    分析基碳：74．21％

分析基灰份：19．85％

    全水份：6．13％

  分析水份：1．72％

  分析基揮發份：4．22％

  分析基發熱量：26150KJ／Kg

  2．2  燃用煤種粒度分布

  ≥8mm，占4．8％；

  8～3mm，占28．07％；

  3～lmm，占19．69％；

  1～0．6mm，占9．43％；

  0．6～0．28mm，占13．36％；

  ＜0．28mm，占24．65％；

  平均粒徑：1．59mm

  2．3  主蒸汽參數

  過熱蒸汽溫度：450±10℃

  過熱蒸汽壓力：3．82±0．05MPa

  2．4試驗結果分析

  試驗結果表明：

  2．4.l  鍋爐額定出力能穩定在35t／h長期安全連續運行；

  2．4．2  鍋爐最大出力達40t／h；

  2．4．3  鍋爐最低負荷在20t／L，能安全連續運行。

  2．4．4  根據調試數據，對鍋爐的各項熱損失進行計算，1#鍋爐的熱效率在工況五和工況六(較佳工況)均超過80％(設計效率為82．7％)。

  3實踐運行分析

  鍋爐的出力、熱效率和運行的穩定性是考核鍋爐設計是否合理、運行是否良好的主要指標。運行實踐表明，鍋爐的出力和熱效率等經濟指標基本達到設計要求，鍋爐能長期穩定運行。

    下面根據運行實踐及調試數據，分別對1#、2#鍋爐的出力、熱效率和運行的穩定性進行分析：

    3．1  鍋爐出力

    1#、2#鍋爐近幾個月來運行實踐表明，兩臺鍋爐均能在額定工況下長期連續運行(詳見圖一)。根據運行實踐和調試數據表明：

    3．1．1  鍋爐有較合理的受熱面布置，各主要溫度測點實際測量值與設計值基本吻合；

    3．1．2  風帽式流化密封回料器具有良好的自調節性能。能把分離器分離下來的物料連續、平穩的送至爐膛，從而保證爐膛良好燃燒所必需的物料濃度；

    3．1．3  經過對回料器調整后，爐膛左右兩側溫度分布均勻，不存在偏流現象：

    3．1．4  沿爐膛高度溫度分布(實測)合理：

    爐床出口(標高12．7m)溫度：    左側：1037℃，右側：1053℃；

    爐膛中部(標高16．1m)溫度：    左側：995℃，右側：995℃；

    爐膛上部(標高20．1m)溫度；    左側：888℃，右側：890℃；

    上述數據表明，沿爐膛高度有較高的燃燒強度，爐內燃燒基本良好。這是保證鍋爐出力的關鍵。

    3．2鍋爐熱效率

    燃用福建無煙煤的鍋爐，熱效率普遍不高。其主要原因在于：福建無煙煤揮發份低，不易燃燼。細粉含量大，造成飛灰可燃物含量大。降低了鍋爐熱效率。

    1#、2#鍋爐經過燃燒調整后，飛灰可燃物含量均控制在相對較低(相對福建無煙煤而言)的范圍內(詳見表5)。這在很大程度上，確保了鍋爐正常運行時有較高的熱效率，實踐運行統計數據表明，鍋爐正常運行時，熱效率在76％～80％(詳見圖二)。

    從燃燒調整數據和運行實踐分析，我們認為，采取下列措施可以降低鍋爐的機械熱損失，是提高鍋爐熱效率的關鍵：

    3．2．1  運行風速控制在適宜的水平(3．0～3．5m／s)

    流化速度宜保持在30～3．5m／s水平,一方面保證了細煤粒通過爐膛的時間在較適當的水平(4～5s)，另一方面保證分離器有較大的進口氣流速度，提高分離器的分離效率。

    3．2．2  維持較高的料層厚度

    表5的測試數據表明，工況1～2在較薄料層(風室風壓6000Pa)運行時，q４高達15．877％。工況3～4運行在較厚的料層風室風壓控制在8000～8500Pa，q４降低5個百分點。

    3．2．3  確保回料暢通

    在回料器調整之前，爐膛左右兩側溫差較大，回料溫度在430℃以下。經過對回料器調整后，回料溫度升至540～560℃(設計值567℃)，爐膛兩側不存在溫差，爐膛出口溫度上升幅度達100℃。從而保證爐膛有較高的物料濃度，加強了爐內的燃燒強度。工況6為回料系統調整后的燃燒工況，其q４比調整前又降低了2個百分點。

    3．2．4  適當的二次風量將加強爐膛中、上部燃燒，降低飛灰可燃物含量

    工況5為對二次風調整后的燃燒工況。調試結果表明，當二次風量控制在占總風量的20％～25％時(省煤器后的煙氣含氧量在5．5～6％左右)，爐膛中、上部溫度有明顯提高，q４比調整前降低了1個百分點。這說明，對于難燃的福建無煙煤，二次風在一定程度上仍能加強爐膛中、上部的燃燒強度。當然，對于福建無煙煤的燃燒，二次風的作用以及最佳二次風量的份額還有待于進一步探索。

    3．2．5  維持較高的爐床溫度

    運行實踐表明，爐床溫度控制在980～1020℃比較適宜。一方面能提高整個爐膛的燃燒強度，另一方面能加大揮發份的析出速率，加快煤粒的早期著火及燃燒，充分發揮密相區的“熱飛輪”作用。

    3．3  鍋爐運行的穩定性

   1#、2#鍋爐從投產至今，均能滿負荷連續穩定運行。沒有出現過結焦現象。性能良好的回料系統對床溫能起到一定的調節作用。

    4  存在和有待于解決的問題

    兩臺鍋爐經過近幾個月的運行，也陸續暴露一些問題：

    4．1  飛灰可燃物含量偏大

    從表3飛灰粒徑分析報告看，分離器對98μm＜d≤121μm的粒子分離效率較低。而這部分粒子占飛灰總額相當大的比例。這是造成飛灰可燃物含量偏高的主要原因。

    旋風分離器對較大粒子(98μm＜d≤121μm)分離效率不高的原因，我們認為：

    4．1．1  旋風分離器結構上還有值得推敲的地方

    從理論上講，小直徑旋風分離器(Φ1620mm)對粒徑在100μm左右的粒子應有非常高的分離效率。但是，從表3飛灰粒徑分析報告看，d＞98μm的粒子仍占有相當大的比例。這說明，分離器的分離效率還有待于提高。

    4．1．2  燃用煤種細顆粒所占比例過大，在一定程度上影響分離器的切割粒徑(d50)

    大比例的細粉粒極有可能使分離器的入口顆粒濃度大于理論上的臨界顆粒濃度。從而，增加了分離器的壓力損失，在一定程度上也影響了分離器的分離效率。根據CFB的燃燒機理及福建無煙煤的特點，燃料粒徑分布宜控制在0～8mm，其中粒徑在1～5mm范圍宜占70～80％。

    4．2  回料溫度(530～550℃)有偏低之虞

    今后設計時可以考慮將回料器置于高、低過之間(甚至可以考慮將部分高溫過熱器屏置于分離器后)，將回料溫度提高至750～800℃，這對穩定床溫、加強爐膛上部燃燒強度有較大的幫助。

    5  影響福建無煙煤燃燒的因素

    純燃用福建無煙煤的鍋爐，就目前而言，燃燒工況較好者，其熱效率也只在80％左右。主要原因在于福建無煙煤的燃燒效率較低，q４仍維持在較高的水平。影響其燃燒效率的主要因素：

    5．1  原煤粒度分布不均

    原煤細粉含量所占比例過大，加上煤粒在揮發份析出階段破碎和燃燒過程磨損產生的細顆粒。一方面造成以揚析夾帶形式離開床層的細顆粒增多，在一定程度上，降低了鍋爐的燃燒效率。另一方面造成爐膛密、稀相區的燃燒份額較難控制掌握，不易組織較理想的燃燒工況；

    5．2  燃燒室高度不夠

    運行實踐表明，飛灰可燃物含量較高，這在一定程度上與燃燒室高度不夠有關。對于煤質較脆、細粉含量特別多的福建無煙煤，為保證爐內的良好燃燒，最佳爐膛高度與細煤粉燃燼度的關系，還有待于理論學術界進一步探索。

    5．3  分離器分離效率不高

    運行實踐表明，分離器的分離效率較低(這也是福建省CFB鍋爐普遍存在的問題)。

為了提高分離器的分離效率，除了完善分離器結構外，設計時可以考慮采用二級分離布置，如慣性分離與旋風分離串聯組合等。

    5．4  煤粒子的燃燼度問題

    對于分離器捕捉不到的粒子的一次燃燼度、燃燼時間及其燃燼時間與沿爐膛高度溫度分布(爐內燃燒強度的強弱)的關系的密切性。目前仍缺乏能夠遵循的較詳細的定量描述。

    以上問題，應是今后鍋爐設計時應著重考慮的問題。若較大粒徑(d＞98μm)煤粒的燃燼度提高了，燃用福建無煙煤鍋爐的熱效率有望再提高5個百分點以上，達85～87％。

    6  優化福建無煙煤燃燒的展望

    綜上所述，燃用福建無煙煤CFB鍋爐的出力和燃燒的穩定性已基本得到解決。石獅熱電廠兩臺35t/hCFB鍋爐的近幾個月來的良好運行，從實踐證明了這一點。根據幾個月來的實際運行工況分析。我們認為，對燃用福建無煙煤鍋爐，要收到良好的燃燒效果，鍋爐的正確選型行合理設計是關鍵。但是，正確的運行方式尤為重要。

隨著CFB燃燒技術的不斷完善和運行操作水平的不斷提高。我們認為，CFB燃燒技術能從本質上優化福建無煙煤的燃燒。CFB鍋爐是確保福建無煙煤清潔、高效燃燒的較好爐型之一。但是，因福建無煙煤固有的“劣根性”。要較大幅度的提高其燃燒效率，還有待燃燒理論學術界進一步努力探索。

表1  燃料粒徑分布

表2  大渣粒徑分布

表3  飛灰粒徑分布

表4．1  回料灰粒徑分布(左回料器)

表4．2  回料灰粒徑分布(右回料器)

表5  燃燒調整測試數據匯總

 文章作者：蘇建明(石獅熱電有限公司  362700)