1．問題提出：

福建省Ⅱ類無煙煤揮發分很低(一般3—5％)，著火和燃燼十分困難；煤顆粒組分中細顆粒比例大，小于lmm的顆粒占50％以上；此外，這種無煙煤還有很強受熱爆裂細化特性，故入爐后，新煤熱態下細顆粒比例將更大，其中0一0．5毫米超過一半．針對無煙煤這樣的燃燒特性和粒度分布，我省循環流化床鍋爐(以下簡稱CFB鍋爐)一般按“低倍率、設埋管、高爐膛、高爐膛溫度”設計，企圖以這些措施來保證鍋爐的熱效率和出力。廈門僑星化工廠一臺蒸發量為20噸／時的CFB鍋爐就是遵循上述原則設計的，但實際運行取得的效果卻很有限。該爐配有平流高溫分離器，尾部采用文丘里水膜除塵。該爐燃燒0一10mm無煙煤，其平均粒徑2．389mm(即本文所謂“細顆粒”)，飛灰含碳量經測定高達61．15％左右；且飛灰量很大，鍋爐熱效率受到很大影響；煙氣的林格曼黑度大于1級，只要這臺鍋爐一燒這種“細顆粒”無煙煤，就有人向環保局投訴。為了提高鍋爐運行經濟性，并達到煙塵排放指標，決定在這臺鍋爐上進行燃燒粗顆粒(平均粒徑5．160mm和6．147mm)無煙煤的工業試驗。

2．工業實驗：

熱態實驗是在一臺低倍率蒸發量為20噸／時的CFB鍋爐上進行的。該鍋爐布風板至爐膛出口高為7．5米，原設計爐膛空截面流化熱態氣速是2．47m／s，以保證一次性帶出爐膛的細顆在爐內大約有3秒停留時間。實際運行熱態氣速為1．94～2.06m／s，細顆粒停留時間接近4秒。圖1為鍋爐及主要測點布置示意圖。沿爐膛高度從下而上(沸騰層內1、沸騰層上部2、懸浮段下部3、懸浮段上部4)的布置有4個鉑銠鉑熱電偶來測量煙氣溫度；在懸浮段上部接近爐膛出口布置一固體顆粒采樣點，采用不銹鋼水冷卻等速取樣管(由浙江大學熱能工程研究所制造)來測定并計算不同工況下煙氣的顆粒濃度；燃燒空氣量可由安裝在進風總管上的笛形管所測定的動壓頭經換算取得。

細、中和粗三種顆粒實驗用煤直接從煤炭公司購來。經篩分并計算出它們的平均粒徑(按重量法平均)分別為2.389、 5.160、 6.147mm。實驗根據給煤的平均粒徑分三組進行，每組實驗分別取樣3—5次，用取樣器收集爐膛上部稀相區固體顆粒，每次取樣時間為5分鐘，間隔30分鐘，在取樣的同時記錄爐膛內各段溫度、鍋爐蒸發量、汽壓、一次風壓、氧含量、給煤量等數據。每組實驗的同時，還對布風板下灰渣、尾部飛灰同步進行取樣。熱態實驗結束后在實驗室內對所取各樣品進行稱重、并放在1000℃電爐中煅燒，由試樣損失的重量計算出爐膛懸浮段出口處顆粒含碳量，及灰渣和飛灰含碳量。

為了使各試驗工況具有可比性，對螺旋給煤機進行了標定，通過調節轉速來保證在給煤量相同的狀態下進行試驗。各試驗工況均在負荷基本穩定狀態下進行。

3．實驗結果與分析：

3．1  圖2為實驗測得不同給煤粒徑時爐膛懸浮段溫度與懸浮段顆粒濃度的相互關系。由該圖可知，無論給煤是細顆粒還是粗顆粒，隨著懸浮段顆粒濃度的增大，懸浮段的煙氣溫度也相應提高．從圖2可看出，燃燒細顆粒時懸浮段固體顆粒濃度大約是粗顆粒的2倍。這一方面是因為其他條件相同時，在細顆粒工況時將有更多的固體顆粒被帶到爐膛中上部稀相區，顆粒濃度的增加則有效地加大了燃燒放熱量，提高了懸浮段的溫度水平；使懸浮段溫度達923℃一990℃，懸浮段維持這樣高的溫度水平對保證福建Ⅱ類無煙煤焦炭粒子的燃燼是非常重要的．這是我省CFB鍋爐運行和設計人員的共同看法。對于燃燒粗顆粒時懸浮段溫度則只有859℃一875℃，這樣溫度范圍對燃燒煙煤或褐煤的CFB鍋爐是合適的，但對燃燒福建Ⅱ類無煙煤則偏低。通過適當減少布置在懸浮段的受熱面(在設計時)；對于已建成的CFB鍋爐，可以覆蓋一部分水冷壁，均可達到適當提高懸浮段溫度的目的。

3．2  圖3指出了不同給煤平均粒徑與爐膛懸浮段的顆粒濃度(折算到900℃同一溫度)的影響。圖中表明，隨著給煤平均粒徑的增大，懸浮段顆粒濃度明顯下降，并近似呈線性規律變化。由理論分析可知，對于一定的流化氣速，給煤的平均粒徑越小，則被氣流帶到爐膛中上部的顆粒數量就越多，必然增加爐膛中上部(即懸浮段)的顆粒濃度。對于粗顆粒煤，因其在爐內受熱爆裂細化，產生一定數量細粒子，加上部分經一次或多次循環回來的顆粒，其懸浮段出口顆粒濃度也能大約保持在180mg／m3。

3．3  給煤粒度對爐膛內各段溫度水平有較大影響，其實測結果如圖4所示。其中沸騰層內溫度(即爐膛密相區溫度)隨給煤平均粒徑的增大而增大；而懸浮段和懸浮上段(即爐膛上部稀相區)溫度變化則相反，隨給煤平均粒徑的增大反而降低。在基本相同的流化氣速下(熱態1．94~2．06m／s)，在粗顆粒工況時，能進入爐膛中上部的煤顆粒數量較少，所占的燃燒份額就小，懸浮段的溫度自然比燃燒細顆粒的煤低；而粗顆粒煤在爐膛密相區相對就多，所占的燃燒份額也大，對于同樣的埋管冷卻面積，密相區溫度就高，這一結果與圖3一致。

3．4  圖5指出不同給煤平均粒徑對灰渣、飛灰、和懸浮段顆粒含碳量的影響。從中可知，無論燃燒細顆粒或粗顆粒煤，從冷渣管收集的灰渣含碳量均很低，都在1％左右，這是因為布風板上料層的溫度高(約980℃～1050℃)，蓄熱量大，絕大部分較粗燃煤在此停留時間很長，故燃燼率很高；但飛灰含碳量卻從燃燒細顆粒煤的61．15％下降到燃燒粗顆粒煤的40.8％。其原因在于燃燒細顆粒燃煤時，有大量細顆粒煤來不及燃燼，它們也沒有被分離器分離下來，只一次通過爐膛即被帶到尾部成為“飛灰”。因此含碳量非常高。但從圖5的曲線可以看出，本鍋爐燃燒粗顆粒煤時飛灰含碳量也很高，這是因為該爐配置的是平流高溫分離器，運行細顆粒煤后分離器又受到高濃度顆粒流的強烈磨損，分離效率就變得比較低。此外，還與懸浮段煙氣溫度只維持在859℃～875℃有關。圖5還顯示不同實驗工況下，由等速取樣管抽取的懸浮段顆粒的含碳量處于43—44％變化范圍，其數值隨著給煤粒徑增加僅僅略有下降。

4．幾點看法：

4．1  工業實驗證明，粗顆粒無煙煤很適合我省20噸／時低倍率CFB鍋爐燃燒，能實現長時間可靠運行。按氣固兩相理論，燃燒平均粒徑6．147mm粗顆粒煤，在爐膛熱態氣速2.06m／s條件下，爐膛懸浮段的顆粒濃度是很低的；然而，由于我省無煙煤受熱容易爆裂細化，即使入爐的是粗顆粒煤，也能保證爐膛中上部有足夠的顆粒濃度。

4．2  對于蒸發量20噸／時或35噸／時CFB鍋爐，由于爐膛高度增加很有限，細顆粒在爐內停留時間很難延長，飛灰多且含碳量高則難以避免；這時，如何降低機械不完全燃燒損失成為提高鍋爐熱效率的關鍵。采用粗顆粒煤是解決這一矛盾的好辦法。從本次試驗中可以看出(圖5)，粗顆粒和細顆粒的飛灰含碳量可減少20％左右。同時粗顆粒的飛灰量將大大降低，估計鍋爐熱效率可接近甚至超過80％．

4．3  由于燃燒粗顆粒無煙煤，隨鍋爐出口煙塵濃度的降低，即使采用文丘里水膜除塵，也能使鍋爐煙氣的林格曼黑度和煙塵排放濃度達到環保要求。此外，也正由于爐膛出口顆粒濃度的下降，顯著減輕了其后的高溫除塵器及其相關各部件的磨損，提高了鍋爐運行可靠性。

4．4  對于燃燒粗顆粒無煙煤CFB鍋爐，由于爐膛懸浮段顆粒濃度相對下降，燃料燃燒份額下移，故在爐膛密相區要布置一定數量埋管，以保證鍋爐的出力。與此同時，爐膛懸浮段的受熱面要相應減小些，以維持懸浮段區域處于大約950℃的高溫，這更有利于Ⅱ類無煙煤焦炭粒子的燃燼，飛灰含碳量有望降低到30％以下。

4．5  從以上分析可知，CFB鍋爐更適合燃燒我省粗顆粒無煙煤，但本省無煙煤的顆粒組成中，小于1毫米卻占50％以上，這就要求煤炭公司要盡快適應市場需求，對原煤略加篩選，粗顆粒供應CFB鍋爐或鏈條爐；細顆粒作為動力用煤，也可添加石灰石制成型煤或供有爐前成型機的鏈條爐之用。經濟效益和環境效益可兼得。

由于本課題熱態工業性實驗難度大，消耗大量人力物力，還不能影響生產；因此，我們的實驗次數有限，盡管這樣，所得到的數據及上述結論是合乎實際的，具有應用價值。

參考文獻

1．岑可法等，循環流化床鍋爐理論設計與運行，中國電力出版社，北京，1997;

2．毛健雄、毛健全等，煤的潔凈燃燒，科學出版社，北京，1998；

Title：

Industry Experiment on CFB Boiler Firing Thick Particle Anthratic Key Words：CFB boiler；Fluidized air velocity；Suspended part；Particle density. 

文章作者：俞建洪 鄒 崢 翁其穎 鄒哲民 邢玉榮 葉安全