淺談220t/hCFB鍋爐在燃用無煙煤摻燒煤矸石的運行實踐

福建省安溪煤矸石發電有限公司     黃立亮

1    鍋爐概況

    福建省安溪煤矸石發電有限公司，是利用天湖山礦區無煙煤、煤矸石和臟雜煤等低熱值燃料資源建設的綜合利用發電廠，集節約能源、資源綜合利用與保護環境等特點為一體。是目前福建省單機容量最大的煤矸石發電廠。現有2臺220t/h循環流化床鍋爐是由濟南鍋爐集團有限公司設計制造的單汽包自然循環、集中下降管、平衡通風、汽水冷組合式旋風分離器、兩級噴水減溫調節系統的高溫高壓CFB鍋爐。

    鍋爐爐膛采用全膜式水冷壁懸吊結構；爐膛內布置有6片屏式過熱器，高溫、低溫過熱器采用懸吊結構布置于尾部豎井上部，旋風分離器采用汽、水冷組合式分離器，其中汽段作為過熱器受熱面的一部分，水段作為水冷系統中的一部分，分離器下部安裝由U型返料器，將循環物料送回爐膛燃燒；省煤器采用蛇形光管支撐結構；管式空氣預熱器采用臥式結構。

流化床采用水冷布風板，大鐘罩式風帽，設四個排渣口，通過滾筒冷渣器冷卻后由皮帶送入渣倉。

2   混合燃用無煙煤及煤矸石的設計和運行特點

2.1點火啟動過程

   針對福建無煙煤和煤矸石燃點較高，難于著火的特點，為了保證點火啟動過程平穩進行并把溫升控制在合理范圍內，鍋爐點火采用床上、床下聯合點火的方式。床下2組點火燃燒器，即在風室后側一次風的兩個進風口各布置一組；床上靠落煤口處布置3組點火油槍。啟動過程先投入床下油槍，按照鍋爐溫升要求逐步投入床上油槍，啟動過程中床溫400℃左右，脈沖投入煙煤進行引燃，當床溫850℃左右即可逐步切換無煙煤燃燒。

2.2鍋爐燃燒特點

   因我公司兩臺220t/h循環流化床鍋爐設計煤種為無煙煤（45%）+煤矸石（55%），設計低位發熱量為：2886Kcal/Kg。因此，機組滿負荷時鍋爐入爐煤量及排渣量較大。考慮福建煤矸石的碳粒子堅硬難燃，較大碳粒子的核心很難燃盡，燃燒時間長，對此必須采取加大物料量，增強爐膛熱惰性，使大顆粒碳粒子在爐內停留時間加長，促使較大碳粒子全部燃盡。本鍋爐的床面比一般爐型的床面擴大30%，床面積達到32m2，實踐證明擴大床面對于燃盡煤矸石及無煙煤非常有利。為保證物料正常流化，爐膛床面采用大鐘罩式風帽，數量為1143個，并沿床面中心橫向布置4個排渣口。為便于灰渣中較大顆粒順利從爐底排出，床面風帽布置四周略高于床面中心。

2.3旋風分離器的設計特點

    循環流化床鍋爐性能的優劣很大程度上取決于分離器分離效率的高低，提高分離器的效率是CFB鍋爐穩定運行的關鍵問題。汽、水冷組合式蝸殼旋風分離器是將分離器的上段（指從錐段下部以上）通過飽和蒸汽使之成為過熱器受熱面的一部分，而把錐段下部及回料腿部分作為水冷系統的一部分使其形成單獨的自然回路。

    旋風分離器作為過熱器受熱面的部分在蒸汽流程上布置在屏式過熱器之前，起到冷卻分離器分離下來熱灰的作用，其冷卻效果明顯，上段殼體為蝸殼式結構，分離器采用整體懸吊結構便于整個分離器的膨脹。

    U型返料器的作用是將分離器分離下來的灰送回到爐膛，另一方面還要阻止爐膛內煙氣反串到分離器內。運行過程中，通過分離器和返料器的循環灰溫度均在理想范圍內，表明大量的循環物料能夠順利返回爐膛，保證了爐內傳熱和床溫控制所需要的物料濃度，實現物料平衡和飛灰循環。

2.4蒸發器的特點及作用

    為了提高運行中的爐膛溫度，滿足煤顆粒燃盡的要求，本鍋爐在設計中取消了爐堂內的水冷屏，而改為在過熱器后設置一組自然循環的水冷蒸發器，蒸發器采用φ38×5螺旋鰭片管制成，煙氣橫向沖刷管束，具有良好的換熱效果。蒸發器能平衡過熱器后的高溫煙氣，防止省煤器沸騰度過高，提高鍋爐給水質量，延長省煤器的使用壽命，降低排煙溫度等方面都有非常大的作用。

2.5二次風的設計及運行中的控制

    為了提高煤的燃盡率，降低耗氧量，解決好氧量在爐膛內分布均勻的問題，設計中采用了較高的二次風速，另外采用較大口徑的二次風噴口，以增加二次風的剛度和穿透能力。二次風采用三層布置，可滿足在不同高度爐膛所需風量的要求。這樣鍋爐在較低負荷時可將部分二次風口關閉，以保持二次風的壓力，保證二次風噴口的風速和穿透能力，達到良好的風煤混合燃燒的目的。

2.6鍋爐防磨措施

    鍋爐防磨是提高循環流化床鍋爐長周期安全穩定運行的一項重要保證。CFB鍋爐在燃用福建無煙煤和煤矸石混合燃料時，磨損問題顯得尤為重要。因爐膛灰渣濃度及內循環灰量較大，貼壁回流的灰渣對水冷壁和衛燃帶耐火材料磨損是不可避免的，特別是水冷壁與耐火材料結合處尤為嚴重，因此設計中采用了三種防磨措施：1、采取水冷壁讓彎技術，在四面水冷壁與耐火材料結合處使管子讓開一定距離， 使管子避開磨損區域。2、在讓彎區下的耐火材料部位沿爐膛四周澆注一道防磨圈梁。3、對磨損部位仍采取超音速噴涂耐磨合金材料。這樣三項防磨措施，基本保證水冷壁的長期安全運行。另外，分離器及返料器均采用敷設耐磨澆注料以保護受熱面免遭飛灰的直接沖刷；尾部受熱面在防磨重點部位安裝防磨保護瓦。即使采取了以上措施，鍋爐磨損仍然是將來困擾鍋爐機組長周期安全穩定運行的首要問題，也是同類型鍋爐努力改善和避免因磨損造成爆管的關鍵之處。

3性能測試

    2006年4月我公司委托杭州華電電力試驗研究所對#1鍋爐進行額定負荷下的鍋爐效率、空預器漏風、鍋爐最大出力等幾項性能指標進行測試，主要實驗數據見下表：

此處有圖，網站顯示不出

   從試驗結果看，#1鍋爐的整個燃燒情況經過一段時間的運行和調整后，最佳鈣硫比下的鍋爐效率的達到84%左右。主要問題是飛灰含碳量較高。一般運行期間，飛灰含碳量值都在18%以上。主要原因是燃料采用福建無煙煤和煤矸石的混合煤種。

4運行中存在的主要問題

4.1入爐煤顆粒度的問題  

  由于煤矸石煤質堅硬，破碎較為困難，目前我公司采用的是齒輥式破碎機，該破碎機很難保證入爐煤的顆粒度，一般顆粒度≥10mm的高達15%以上，嚴重時可達25%左右。主要原因是破碎機齒板磨損十分嚴重，間隙調整頻繁，故障率較高。因此導致入爐煤顆粒度難以保證。入爐煤顆粒度直接影響到鍋爐的正常流化及穩定排渣，大顆粒沉積在爐膛底部容易造成流化困難及排渣不暢等現象發生。目前我公司正準備對燃料破碎系統進行改造，以滿足鍋爐對燃料顆粒度的要求，防止粒度過大或過細的情況發生。

4.2鍋爐尾部受熱面積灰問題

   由于鍋爐沒有安裝吹灰系統，當鍋爐連續運行15~20天左右，尾部受熱面積灰較為嚴重，尤其是過熱器管束上積灰較多，影響換熱效果，減溫水量急劇減少甚至關閉，主蒸汽溫度難以保證。現已通過安裝聲波吹灰器試運行效果明顯。目前鍋爐吹灰系統正在完善之中。

4.3鍋爐原煤倉堵煤問題

   煤倉堵煤是一直困擾鍋爐穩定運行的難題，尤其是雨季，煤倉中燃煤水份含量較高的情況下，煤倉堵煤的情況更是頻繁發生，嚴重時如疏通不及時，極易引起鍋爐滅火事故。目前通常是通過改變煤倉結構、增加高分子材料的襯板以及安裝煤倉疏通機等方法改善煤倉堵煤的現象。另外嚴格控制入爐煤的表面水分含量是防止煤倉堵煤的有效措施之一。

4.4煤矸石摻燒比例的控制及經濟性分析

為了提高我廠兩臺循環流化床鍋爐安全性、經濟性，確保煤矸石綜合利用效益的最大化，規范燃燒調整、優化鍋爐運行操作，目前我們正在進行對循環流化床鍋爐燃用福建無煙煤摻燒煤矸石的燃燒效果及經濟分析等方面進行全面的燃燒試驗。因該試驗正在進行中，尚未完成，在這里不做深入探討。