1  概述

鑫盛公司裝備的電站鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG75-3.82-17型循環(huán)流化床鍋爐,額定汽溫為450±5℃、額定汽壓為3.82Mpa，屬低循環(huán)倍率、中溫分離的循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點有：1、燃料適應(yīng)性廣； 2、有利于環(huán)境保護(hù)；3、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好；4、燃燒熱強度大；爐內(nèi)傳熱能力強；5、灰渣綜合利用性能好等。

鑫盛公司的循環(huán)流化床鍋爐同樣集上述優(yōu)點，但值得一提的是，雖然循環(huán)流化床鍋爐的燃料適應(yīng)性廣，可以燒各種煤，但對應(yīng)于某一定型鍋爐，各爐型都有一定的燃料特性要求，并不能一概而論。如設(shè)計定型的循環(huán)流化床鍋爐使用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計煤種，會造成鍋爐飛灰含碳量高、爐膛內(nèi)燃燒強度過大或不足、鍋爐的負(fù)荷過高或不足和蒸汽參數(shù)有可能超標(biāo)等，這是鍋爐飛灰含碳量高從運行角度不可調(diào)控的因素。在運行中，也存在一此人為操作不佳的因素，造成鍋爐飛灰含碳量增高。本文將從煤質(zhì)特性和運行調(diào)控兩方面談對鍋爐飛灰含碳量的影響。

2  鍋爐尾部排出飛灰含碳量高的原因分析

2.1  鍋爐燃煤的粒比度偏離設(shè)計值

鑫盛公司鍋爐在訂貨提供的設(shè)計煤種為無煙煤＋煤矸石，低位發(fā)熱值為13016KJ/Kg，煤顆粒小于1mm的粒徑為≤30%，其余為≤8mm；而試運初期我公司鍋爐燃燒的煤粒徑小于1mm的占到總量的55~60%之間，嚴(yán)重地偏離了鍋爐設(shè)計工況要求的級配要求，鍋爐雖然也一樣可以燃燒，但就難以達(dá)到鍋爐相關(guān)的指標(biāo)要求，如鍋爐的負(fù)荷較難以達(dá)到額定出力，熱效率較低。爐膛中、上部超溫達(dá)1100℃以上，燒壞受熱面的防磨片從而被迫停爐檢修，飛灰含碳量嚴(yán)重超標(biāo)。

本人認(rèn)為，該型鍋爐燃煤的粒度級配在此范圍內(nèi)為好：粒徑d＜1mm的占30%左右；d=4~1mm占30%左右，d=10~4mm占40%左右。

燃煤中的細(xì)粉含量大，可以提高物料循環(huán)倍率，增大爐內(nèi)傳熱系數(shù)，但其顆粒細(xì)小，在爐內(nèi)停留的時間就短，一次難以燃盡，特別是南方無煙煤其揮發(fā)份低，燃燒溫度較高，該煤種還有很強的受熱爆裂細(xì)化特性，入爐后煤在熱態(tài)下爆裂增大細(xì)顆粒比例，而且分離器又不易捕捉過于細(xì)小顆粒的煤，使細(xì)小顆粒煤不能參加爐內(nèi)物料循環(huán)燃燒，其滲入灰內(nèi)造成灰的含碳量處于高的狀態(tài)下被帶出爐外，飛灰含碳量較高，燃燒效率降低。南方無煙煤的特性是細(xì)粉粒徑＜1mm比例含量大，其原煤粒徑＜1mm的就占總量50%以上，加之燃燒溫度要求高、難燃，故南方燃用無煙煤的循環(huán)流化床鍋爐其排出飛灰含碳量含碳量都較高。據(jù)了解，福建省的石獅熱電公司同類型的75t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒的飛灰含碳量含量都在18%左右；福建浦城電力責(zé)任有限公司熱電廠的一臺低循環(huán)倍率的25t/h（湘鍋）循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含碳量在26%左右，一臺高溫分離高循環(huán)倍率的35t/h（濟鍋）循環(huán)流化床鍋爐飛灰含碳量在33%左右；廈門大學(xué)愈教授等人，針對南方Ⅱ類無煙煤在蒸發(fā)量為20t/h配平面流高溫分離器的低循環(huán)倍率流化床鍋爐上進(jìn)行工業(yè)試驗（爐型不一樣，其試驗值也只能做參考），燃用細(xì)顆粒煤（平均粒徑2.389mm）時，測出飛灰含碳量高達(dá)61.15%左右。

我公司鍋爐是東方鍋爐集團(tuán)公司在吸取了前期投用燃用無煙煤鍋爐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分考慮了南方無煙煤難燃的特性及我公司提供的燃煤粒比度的特性而進(jìn)行針對性的設(shè)計，應(yīng)該說更適應(yīng)南方無煙煤（含煤矸石）的燃燒；但由于我公司現(xiàn)燃的煤種其顆粒特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了設(shè)計值，在運行中期出現(xiàn)了鍋爐飛灰含碳量較高的情況。

鍋爐投運初期，鍋爐使用的煤質(zhì)較差，發(fā)熱量約在13000kJ/kg，細(xì)粉顆粒＜1mm粒徑占總比例在55%以上，運行中造成爐膛的中上部溫度達(dá)1200℃左右，有時達(dá)到1300℃以上，爐膛出口溫度也達(dá)1200℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計值895℃。由于粗顆粒所占比例少，要帶上一定的負(fù)荷（約63t左右）就要配供相應(yīng)的風(fēng)量，為保持爐膛密相區(qū)的運行溫度，要加大給煤量，造成了惡性循環(huán)的燃燒工況，細(xì)粉煤在爐膛中、上部的占有量進(jìn)一步增大，由此造成爐膛的中上部溫度更高；爐膛中、上部的高溫燃燒，對細(xì)煤粉的一次燃燼雖有利（前期燒劣質(zhì)煤飛灰含碳量可在12%左右），但對鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定運行極為不利，爐膛中上部溫度超高就出現(xiàn)：1、使?fàn)t膛中上部四周的掛磚上嚴(yán)重掛焦，掛焦增大后掉下堵塞排渣管，造成不能正常排渣而料層過厚，使床料流化不良結(jié)焦被迫停爐；2、使受熱面的防磨保護(hù)蓋板被高溫?zé)蓟⒚撀涠鸩坏椒滥プ饔茫?span>1#與2#鍋爐從2002年4月開始試運行至2003年4月已先后各兩次更換防磨蓋板，3#、4#爐已更換一次），如在防磨蓋板燒壞的狀況下長期連續(xù)運行，將造成受熱面嚴(yán)重磨損，最終爆管而被迫停爐，嚴(yán)重威脅鍋爐的安全運行。另由于煤細(xì)粉比例大，被分離捕捉下來的煤粉灰的量就多，本身爐膛內(nèi)燃燒細(xì)粉煤占的比例就大，故返料量受限不能過多，最終要把爐內(nèi)的循環(huán)熱灰排放掉或從尾部被帶走，造成灰渣物理熱損失及機械不完全燃燒熱損失的加大（飛灰含碳量在異常燃燒工況運行雖有下降，但其灰的排放量卻較大，故其排去的可燃物總量也就大，使鍋爐的熱效率下降），鍋爐試運行初期噸煤產(chǎn)汽量在3t左右，熱效率約73%。

2.2  鍋爐燃煤的熱值增高及粒比度仍達(dá)不到要求

2004年2月后公司采購的燃煤熱值增高，其低位發(fā)熱值為19000kJ/kg（4537大卡/公斤）左右，由于燃煤發(fā)熱量提高，鍋爐帶相同負(fù)荷，高熱值煤比低熱值煤給煤量就相應(yīng)減少，但其＜1mm粒徑的比例仍占55%以上，該煤種燃燒時由于給煤量減下，故燃燒過程中爐膛中、上部的細(xì)粉煤量也減少（原63t/h左右產(chǎn)汽量耗煤21t左右，現(xiàn)63t/h左右產(chǎn)汽量耗煤11t左右），爐膛中上部溫度也下降，相應(yīng)又影響了粉煤灰一次性的燃燼度，雖煤質(zhì)有提高，但飛灰含碳量又同步跟著提高，約在20%左右，飛灰含碳量雖提高，但總灰量大大減少，故總的可燃物排放損失大減，現(xiàn)噸煤產(chǎn)汽量約在5.7左右，熱效率約80.5%。這次使用煤種的調(diào)整，為鍋爐的安全、穩(wěn)定、連續(xù)、經(jīng)濟運行創(chuàng)造了積極的條件，由于爐膛中、上部及出口溫度得到控制，爐膛的掛焦基本杜絕，爐膛中、上部溫度控制在980℃左右運行，受熱面的防磨蓋板被燒壞的可能性大減。煤質(zhì)發(fā)熱量提高，飛灰及爐渣量也大減，大大減少了鍋爐的熱損失及排渣不暢狀況。但一次性末燃燼被帶出爐外的細(xì)粉煤又造成了灰中含碳量增高。

2.3  鍋爐超負(fù)荷運行

為提高鍋爐負(fù)荷要相應(yīng)加大返料量來提高爐膛內(nèi)的物料濃度從而增加傳熱效果，但由于返料量的加大，勢必要將爐膛密相區(qū)的熱量帶走，故煤量也相應(yīng)要略加大以保持爐膛密相區(qū)的溫度。返料量的加大相應(yīng)控制了爐膛中、上部及出口的溫度，返料灰經(jīng)多次循環(huán)，其內(nèi)含碳量含量較低，約在4%左右，另新進(jìn)入的細(xì)粉煤所占的量又不是太大，故其中、上部爐膛的燃燒強度有所減弱，現(xiàn)爐膛中、上部溫度控制在980℃左右，出口溫度也在950℃左右，若要帶額定負(fù)荷，風(fēng)量將增大，則各段煙溫還會有所上升，這也就意味著飛灰含碳量在提高負(fù)荷的情況下還會有所增高；

2.4  爐膛密相區(qū)溫度的過低

為保安全運行，防止鍋爐密相區(qū)結(jié)焦，運行溫度控制在900~920℃之間，此相對就低一些，不利燃煤在高溫下迅速燃燒，故而細(xì)粉煤一次未燃燼的量相對也多一些，造成飛灰含碳量增高。

2.5  一次風(fēng)量的過大或過小

一次風(fēng)量過大，勢必造成爐膛內(nèi)煙氣流速過大，造成細(xì)煤粉在爐膛內(nèi)的停留時間過短而未燃燒就被帶出爐外；而一次風(fēng)量過小，又會造成爐膛密相區(qū)內(nèi)嚴(yán)重缺氧，此又造成煤的缺氧而不利完全燃燒，煤在爐膛內(nèi)被加熱破碎后變細(xì)粉在缺氧狀況下將未燃燒就被帶出爐外，也造成飛灰含碳量增高。

3  降低飛灰含碳量的對策

3.1  控制燃煤的粒比度：煤顆粒小于1mm的粒徑為≤30%，其余為≤8mm；

3.2  鍋爐燃煤的熱值不必增加的過高，為提高鍋爐的總體熱效率，可適當(dāng)提高燃煤的熱值，為保證燃用南方無煙煤的飛灰含碳量控制在≤18%，則最好燃煤的熱值控制在18000KJ±200 KJ.

3.3  保證鍋爐在額定負(fù)荷內(nèi)運行。

3.4  爐膛密相區(qū)的溫度控制在980~1000℃之間為好。

3.5  確定比較合適的一次風(fēng)量、爐膛密相區(qū)料層厚度、氧量等：

從運行角度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整燃燒試驗，將鍋爐確定在某一運行負(fù)荷后，在上述不可調(diào)控因素相對穩(wěn)定的情況下，確定一些運行的可調(diào)技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)多次試驗，在試驗過程中，跟蹤檢測好飛灰含碳量，在某一可調(diào)參數(shù)試運到某一最佳值后，再進(jìn)行變更另一運行參數(shù)，如此逐次變更各項運行可調(diào)參數(shù)，在力求鍋爐穩(wěn)定的運行狀況下，找出可將鍋爐尾部排出的飛灰含碳量控制在最低且鍋爐運行穩(wěn)定的最佳運行技術(shù)參數(shù)。

4  結(jié)束語

綜上所述，鍋爐在燃燒過程中從尾部排出的飛灰含碳量的高低，其影響因素較多，當(dāng)鍋爐定型及不可調(diào)控的因素確定后，對運行的可調(diào)技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)多次試驗，找出并確定出鍋爐運行中飛灰含碳量較低、穩(wěn)定且鍋爐熱效率最高的運行技術(shù)參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)運行人員操作，從04年5月后我公司針對上述的分析及對策，制定了一系列鍋爐燃燒的技術(shù)改造及試運方案（針對煤種、爐型進(jìn)行），組織相關(guān)技術(shù)、運行人員經(jīng)幾個月的反復(fù)試驗，最終找到了現(xiàn)在的燃煤熱值在18800kJ/kg左右時，將飛灰含碳量降至≤16%的最佳運行調(diào)控參數(shù)：當(dāng)鍋爐負(fù)荷在75t/h、燃煤熱值在18800kJ/kg時，一次總風(fēng)量控制為56000Nm3/h左右、風(fēng)室壓力9.0KPa左右、氧量為5％左右最佳，為公司發(fā)電機組的安全、經(jīng)濟運行做了有益的嘗試。

參考資料

[1] 岑可法等著：循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行。北京：中國電力出版社，1999

[2] 劉德昌等著:鍋爐改造技術(shù)。北京：中國電力出版社，2000 

文章作者：廣東塔牌集團(tuán)蕉嶺鑫盛能源發(fā)展有限公司 廣東蕉嶺514100 季海兵