摘要：采用440t/h循环流化床(CFB)锅炉作为研究对象，研究了锅炉掺烧煤泥对锅炉燃烧特性的影响。结果表明，随着煤泥掺烧比例的增加，锅炉密相区的床温降低了，当床温度下降到约900℃时，煤泥掺烧比例达到了40%，有利于锅炉的脱硫，脱硫效率高于80%;当煤泥掺烧比例在30%左右时，锅炉效率达到峰值，处于最佳经济运行工况。
关键词：循环流化床锅炉；煤泥掺烧；实验研究；运行调整
1前言
目前，中国的化石燃料仍以煤炭为重点，随着煤炭生产过程中煤炭洗煤量的增加，煤泥的产量也出现了大幅度增长。它有很大比例的细颗粒物、大水、易成键，这不仅给煤炭生产企业带来了存储和运输困难，而且还造成了长期储存的严重环境污染。长期以来，对煤浆综合利用的鼓励，煤泥燃烧发电已成为煤泥使用的重要环节，循环流化床锅炉是主要的燃煤发电模式。目前，燃烧煤泥主要通过煤泥泵从锅炉顶部给料在炉内燃烧，其比例约为30%。在循环流化床锅炉中，有许多因素对煤泥的燃烧有影响:煤泥中有大量的水，而水的蒸发过程需要吸收热量。随着煤泥含量的增加，锅炉密集区的床温温度降低，可能与运行所需的适宜温度范围相背离；其次煤泥携带的水分被排放到炉内，锅炉以蒸汽形式排放，导致总烟气量增加，引起风机电流增加；同时，煤泥掺烧比例的增加也会影响到尾部烟道的传热，加速尾部受热面管壁积灰，从而导致排烟温度的上升。
2锅炉概况
我厂锅炉的形式：高温高压，单汽包横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置CFB锅炉。锅炉采用紧身封闭，在运转层9m标高设置格栅平台。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是两台蜗壳式绝热旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级三组对流过热器，过热器下方布置四组省煤器及一，二次风各三组空气预热器。在燃烧系统中，给煤机将煤送入落煤管进入炉膛，锅炉燃烧所需空气分别由一二次风机提供。一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入锅炉下水冷风室，通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室；二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后，通过分布在炉膛前后墙上的喷口喷入炉膛，补充空气，加强扰动与混合。燃料在炉膛内与流化状态下的循环物料掺混燃烧，床内浓度达到一定后，大量物料在炉膛内呈中间上升，贴壁下降的内循环方式，沿炉膛高度与受热面进行热交换，随烟气飞出炉膛的众多细小物料经蜗壳式绝热旋风分离器，绝大部分物料又被分离出来，从返料器返回炉膛，再次实现循环燃烧。而比较洁净的烟气经转向室、 高温过热器、 低温过热器、 省煤器、 一、 二次风空气预热器由尾部烟道排出。由于采用了循环流化床燃烧方式，通过向炉内添加生石灰粉，能显著降低SO2的排放，采用低温和空气分级供风的燃烧技术能够显著抑制NOx的生成。其灰渣活性好，具有较高的综合利用价值，因而它更能适合日益严格的国家环保要求。
锅炉工艺系统如图１所示。
图1
3煤泥掺烧试验
煤泥燃烧试验研究先后按照掺烧煤泥比例的不同分为五个间段，(纯煤)(T1)、煤泥掺烧10%(T2)、煤泥掺煤20%(T3)、煤泥掺烧30%(T4)、煤泥掺烧40%(T5)等五种工况进行实验,煤泥掺烧比例变化对锅炉燃烧的影响特征：实验过程中，过热蒸汽流量、压力、温度、汽包的水位、燃料、氧量和烟气中二氧化硫和氮氧化的浓度均保持一致。在实验过程中,保持机组负荷(80±1)MW,炉膛出口负压(-100—50)Pa,氧含量稳定在(3.35+1)%,料层差压稳定在9-10KPa,锅炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物浓度均为100毫克/标准立方米。
试验煤质分析结果见表1
3.1掺烧煤泥对锅炉密相区床温的影响
由于我厂煤泥给料方式是锅炉顶部给料，在稀相区附近先吸热，在下落过程中炸裂燃烧，由于煤泥的投入减少了给煤量，从而减少了密相区的热量输入，从锅炉密相区床温变化趋势可以看出，随着煤泥掺烧比例的增加，密相区平均床温整体呈下降趋势，当煤泥掺烧比例达到30%时，密相区床温比烧原煤下降10℃左右，这是由于掺烧煤泥后，煤泥含有大量的水分在密相区加热、干燥吸收炉膛内的热量，使得炉膛内密相区的温度降低，同时煤泥颗粒被破碎后细颗粒随一次风被带出密相区燃烧，使炉膛内燃烧中心火焰上移从而使密相区燃烧份额减少，使得炉膛内密相区温度降低，从而更有利于锅炉脱硫效率的提高。
3.2掺烧煤泥对飞灰和底渣含碳量的影响
通过实验分析可以看出，煤泥通过锅炉顶部给料泵给料时，飞灰含碳量有所增大，但随着煤泥掺烧比例的增大飞灰含碳量基本保持不变；由于煤泥的投入，给煤量将减小，冷渣器的出力和排渣时间也减小，从而底渣在炉内的停留时间将延长，从而底渣的含碳量也将减小。
3.3掺烧煤泥对引风机电流的影响
在实验中，我厂锅炉配置两台引风机采用液偶调节，并进行了负荷调整，结果表明，随着煤泥掺烧比例的增加对引风机电流的影响，如图2所示。
图2
由图2可见，当该机组的负荷为80MW不掺烧煤泥时，A和B的总电流为200A(Ａ引风机100Ａ，Ｂ引风机100Ａ)。当掺烧煤泥后，由于煤泥中大量的水份，随着煤泥混合物比例的增加尾部排出的烟气总量也增加，从而使引风机的电流也增加。风机电流的增长趋势与煤泥相似。当引风机的总电流为300Ａ时，该机组中煤泥的掺烧比例达到了最大的40%。
3.4掺烧煤泥对锅炉旋风分离器出口温度的影响
掺烧煤泥后，旋风分离器出口烟温明显高于炉膛出口温度，且煤泥掺烧比例越大，分离器出口烟温越高，这是由于煤泥燃烧产生的细颗粒较多；煤泥掺烧比例越大，产生的烟气量越多，炉膛出口烟气流速增加使炉膛内更多的细颗粒被带入到旋风分离器中参与二次燃烧，从而使的旋风分离器出口温度升高。
3.5掺烧煤泥对锅炉排烟温度的影响
首先由于煤泥大部分在炉膛的稀相区燃烧，同时煤泥的颗粒较细，由于炉膛的出口负压极易将燃烧不充分的煤泥细颗粒拉入尾部烟道，使得排烟温度升高，严重时可能发生二次燃烧；其次由于煤泥中大量的水和灰份，使得炉内烟气总量增加，随着煤泥掺烧比例的增加，炉内大量的热量被热烟气带走，导致锅炉的排烟温度上升
3.6掺烧煤泥对锅炉效率的影响
随着煤泥掺烧比例的增加，锅炉效率不断降低，这是由于煤泥掺烧投入运行后，因煤泥的颗粒度偏细，使得烟气中飞灰量增大，尾部烟道受热面较投煤泥前更易积灰，导致尾部受热面换热效率较差，排烟温度升高；其次是掺烧煤泥时炉内的烟气总量增加，增加了风机的电耗率，同时也增大了排烟热损失。但是我厂锅炉的设计燃烧效率为91.52%，经过试验计算，掺烧煤泥比例为30%左右时，锅炉的效率忍高于原设计效率。
4.掺烧煤泥后对锅炉的运行调整方式
对于我厂锅炉而言，在燃运设计煤种的前提下，锅炉截面风速是固定的，由于煤泥的煤质较为特殊，掺烧煤泥后会导致烟气总量增加，有可能引发受热面磨损增大等问题，因此掺烧煤泥量较大时，应该特别注意磨损问题。
流化床锅炉掺烧的煤泥含有约30%的水分，这些水分的加热蒸发需要从炉膛带走一部分热量，这一变化将直接影响到锅炉的稳定运行，在运行中可通过调节改变一二次风率、炉内床料量和循环物料量来改变炉内的物料浓度分布，从而改变炉膛的换热特行；改变上下二次风的比例来调节床温，根据燃料的变化调节过量空气系数。
随着煤泥掺烧比例的增加，床温会有所下降，运行中应密切监视床温，床温变化较大时，除调节给煤量和煤泥量时，同时还要通过调节一二次风量保持床温稳定，这对提高燃烧效率、降低氮氧化物和二氧化硫排放均有一定的益处。由于随着煤泥掺烧比例的增加锅炉排烟温度明显升高，从而使锅炉热效率降低，因此为了降低锅炉排烟热损失，运行中应适当加强吹灰频次。
掺烧煤泥后会影响床内物料的聚集，随着煤泥掺烧比例的增加有可能引起炉内床压的下降，当床压降低时应该适当减小煤泥的掺烧量，否则会使床压更低燃烧不稳定，同时影响锅炉的带负荷能力。由于随着煤泥掺烧比例的增加使炉膛中部压差增大，可能引起密相区与稀相区之间的磨损增大，因此应定期检查，加强对易磨损部位的监测和记录。
由于煤泥的颗粒较细，在燃烧过程中很容易被带出炉膛，因此锅炉运行调整中应保持锅炉较低的炉膛负压，若炉膛负压过大，尾部烟气温度上升很快，说明大量煤泥颗粒进入尾部烟道，此时应立即减少煤泥掺烧量，减小二次风量保持较低的炉膛负压，降低烟气流速。当出现床温大幅度下降时，应立即停止煤泥泵运行，带床温继续升高稳定后再尝试投运，以防止堆积煤泥量过大而导致煤泥爆燃，床层流化不良结焦，影响锅炉的稳定运行。
5结束语
由于煤泥价格远低于入炉原煤，掺烧煤泥所带来的经济效益远高于风机的电耗率，掺烧煤泥后床下温度较低，因而脱硫效率较高，环境效益显著。通过锅炉顶部给料方式，当煤泥掺烧比例达到30%左右时，锅炉运行工况总体稳定，经济效益显著，但是风机的电耗有所增加，同时锅炉的排烟温度有明显的升高，运行调整中应及时进行燃烧优化调整，调整一、二次风的合理配比，增加尾部烟道受热面的吹灰频率。循环流化床锅炉掺烧煤泥和有效利用低热值的燃料，节约煤炭，保护环境，符合国家产业政策，实现节能减排，应大力提倡。
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论文作者:王高飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
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