摘要：循环流化床锅炉的灰渣含碳量问题近年来受到关注。对实际运行的多台燃烧各种燃料的260t/h锅炉的灰渣样品测定表明：灰渣的含碳量具有明显的不均匀性。分析了煤质、分离器及运行条件对灰渣含碳量的影响。结果表明：循环流化床锅炉燃烧过程中焦炭反应性逐渐下降；焦炭燃烧过程中发生的爆裂、磨损、失活等行为与煤种有关，对循环流化床锅炉灰渣碳燃尽有很大影响。运行中风帽损坏布风不均，物料分离及回送效率，气固混和不均匀是导致较高的灰渣含碳量的原因之一。
关键词：循环流化床锅炉；灰渣含碳量；煤质；循环倍率
一、灰渣含碳量的影响因素研究及应采取的措施
1、燃料特性的影响。循环流化床锅炉煤种适应性广，但对于已经设计成型的循环流化床锅炉，只能燃烧特定的煤种（即设计煤种）时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水分、灰份的影响，循环流化床锅炉的燃烧效率有很大差别。我国主要按煤的挥发分含量对煤进行分类，按照挥发分含量由低到高的顺序将煤分成无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤等。挥发分含量的大小实际上反映了煤形成过程中碳化程度的高低，与煤的年龄密切相关。不同煤种本身的物理组成和化学特性决定了它们在燃烧后的灰渣具有不同的形态和特性。无烟煤挥发分含量较低，只有4%左右，属典型难燃煤种，表现为着火延迟、燃尽困难。虽然发热值高，燃烧时火焰温度可达1500℃以上，但燃尽率低，生成的球状煤胞中绝大多数为无孔或少孔，虽然也出现多孔薄壁球状煤胞，但数量极少。无孔或少孔的球状煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃体形态存在，对燃尽是极为不利的。从煤粉锅炉中采取灰渣样，分析其含碳量在10%以上。烟煤灰渣中虽然也发现有极少部分少孔的密实球状煤胞，但绝大部分为多孔的疏松空心煤胞和骨质状疏松结构煤胞，这两种煤胞的孔隙率很大，这样就形成了很大的反映表面积，对煤粉的燃尽十分有利，因而这种烟煤的灰渣含碳量很低。
2、入炉煤的粒径和水分的影响。颗粒过大，一方面床层流化不好，另一方面，碳粒总表面积减少，煤粒的扩散阻力大，导致反应面积小，延长了颗粒燃尽的时间，颗粒中心的碳粒无法燃尽而出现黑芯，降低了燃烧效率，同时造成循环灰量不足，稀相区燃烧不充分，出力下降。另外，大块沉积，流化不畅，局部结焦的可能性增大，排渣困难。颗粒过小，床层膨胀高，易燃烧，但是易造成烟气夹带，不能被分离器捕捉分离而逃逸出去的细颗粒多，对燃尽不利，灰渣含碳量高。通过实验发现：颗粒太小，由于煤粉在炉内停留时间过短，燃不尽，灰渣含碳量就大。相对而言，燃用优质煤，煤颗粒可粗些；燃用劣质煤，煤颗粒要细些。所以对于不同的煤质要调整二级破碎机的破碎能力来调整煤的粒度。煤中水分过大不仅降低床温，同时易造成输煤系统的堵塞，故对于水分高的煤进行掺烧。
3、过量空气系数的影响。一次风作用是保证锅炉密相区料层的流化与燃烧，二次风则是补充密相区出口和稀相区的氧浓度。调整好一二次风的配比，有效地降低灰渣、灰渣含碳量，是保证锅炉经济燃烧的主要手段。运行中适当提高过量空气系数，增加燃烧区的氧浓度，有助于提高燃烧效率。但炉膛出口过量空气系数超过一定数值，将造成床温下降，炉膛温度下降，总燃烧效率将下降，风机电耗增大。所以在负荷变化不大时，一次风量尽量稳定在一个较合适的数值上，少作调整，主要靠调整二次风比例来控制密相区出口和稀相区的氧浓度。一二次风的配比，与锅炉负荷、煤种等有关，通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格，供运行调整时参考。
4、燃烧温度的影响。循环流化床运行温度通常控制在850~950℃之间，属低温燃烧，在此条件下煤粒的本正燃烧速率低得多，加上流化床内颗粒粒径粗，所需的燃尽时间长。适当提高料层燃煤在炉内停留时间，降灰渣含碳量；相反，燃烧温度低，灰渣含碳量高。
5、分离器分离效率的影响。分离器分离效率高，分离粒径小，灰渣含碳量低；相反，分离器分离效率低，分离粒径大，灰渣含碳量高。我厂6#7#炉旋风分离器长时间运行后，中心筒变形，中心筒顶部密封面开焊撕裂，高温烟气夹带细小颗粒从裂开处逃窜分离器，分离效率明显降低，循环倍率降低，参加燃烧时间缩短。测得灰渣含碳量在8%~11%之间，高于其他锅炉。
6、锅炉蒸发量的影响。锅炉蒸发量大，相应的燃烧室温度高，一次通过燃烧室燃烧的粒子（分离器收集不下来的粒子）燃烧时间长，燃尽度较高，灰渣含碳量低；相反，灰渣含碳量高。
7、除尘灰再循环燃烧的影响。对难燃尽的无烟煤，采取分离灰循环燃烧之后，灰渣含碳量仍比较高。为了进一步降低灰渣含碳量，一个比较有效的措施是采用除尘灰再循环燃烧。德国一台循环流化床锅炉，当分离灰再循环倍率为10~15时，灰渣含碳量仍有23%左右。为了降低灰渣含碳量，采用了除尘灰再循环燃烧。当除尘灰再循环倍率为0.3时，灰渣含碳量降低到了10%左右；除尘灰再循环倍率为0.6时，灰渣含碳量降低到了4%。
8、物料循环倍率的影响。物料循环的合理选取要根据锅炉炉型、锅炉容量大小、对受热面和耐火内衬的磨损、燃煤种类、脱硫剂的利用率和负荷调节范围来确定。燃用同一煤种，物料循环倍率高的灰渣含碳量就低，反之就高。
物料循环倍率的控制——返料风的调整
返料器单位时间内返料量大小可通过返料风进行调整。以“J阀”返料器为例，如下图所示，返料器风室分为前后风室，通入可调流化风，立管沿高度方向布置4层充气松动风，在负荷较高情况下可调整立管充气风，加大充气风量可增加循环物料流量。一般调整q1、q2、q3、q4风量是依次减小的，负荷较高时适当增加q2、q3的风量，调整过程注意J阀的振动情况。前返料风略小于后返料风。
锅炉长时间运行后，返料器风帽会出现磨损烧坏，有的风帽小孔被堵赛，造成流化不良，所以在停炉检修中，应该认真检查返料器风帽，维护更换风帽，确保布风均匀流化正常。我厂6#、7#炉260T/hCFB锅炉就出现过这种情况，7#炉运行中出现负荷不能带满，床温高，灰渣含碳量偏高等情况，停炉后检查返料器风帽损坏较多，小孔大部分堵赛，风帽顶端被磨通，还有些循环灰堆积及中心筒严重变形不成率下降，6#炉更换了全部风帽及严重变形的中心筒进行局部更换，启炉后运行效果较好，确保返料器设备检修质量，也是降低灰渣含碳量提高锅炉运行质量关键因素之一。
二、锅炉运行调整避免出现以下问题
锅炉运行调整中，炉膛上、下部（即密、稀相区）颗粒浓度分配（即燃烧份额）主要是由一、二次风量比例及返料量大小决定的（给煤量的变化也有影响但较弱）。因而如果在变负荷操作过程中，对一、二次风量及比例、返料灰量及给煤量的调整未能把握循环流化床锅炉的特点而造成调整失当，势必引起炉膛内上下部颗粒浓度大幅度波动，当这种波动影响力达到使炉膛上下部颗粒浓度比例严重失调时，就会出现：或下部颗粒浓度过大物料将床层压死；或物料大部或全部集中于上部空间床层物料消失。
同时，炉膛内颗粒浓度的大幅波动也使炉膛出口的颗粒浓度发生大幅波动，而这种浓度波动也引起炉膛出口含尘烟气温度和烟气速度（当炉膛出口负压值保持不变）的大幅度变化，进而对分离器的分离效率产生重大影响。或因炉膛出口颗粒浓度、温度、速度（此三者的变化方向是一致的，且三者变化值分别都与分离器效率变化值成正比例关系）大幅上升，分离器效率也大幅度提高，亦即分离器下来的返料量可大幅增加，造成返料器松动床所受到的压力大幅增加，如此压力增加是瞬间进行的，松动床将无法承受而被压死；反之，当炉膛出口颗粒浓度、温度、速度大幅下降时，分离器效率也大幅下降，返料量也随之减少。如发生床层压死等极端情况时，返料进入立管中的量几乎为零，而返料风如未被及时停用，则立管中仅存不多的返料仍将被送入炉膛，当立管中存料料位重力不足以抵消返料风压时，立管料层就会被击穿，造成返料器空床。由于引风机的抽吸力和分离器阻力的共同影响，炉膛床层中极细颗粒有可能沿返料通道反窜到尾部烟道。
负荷变化大，导致人为调整幅度大，在大幅增减一次风时候，容易使物料循环平衡打破，增加灰渣含碳量，还可能导致锅炉运行故障。所以在运行调整中，一次风量和返料风量应小幅慢调，尽量使波动减小，过度平稳。
总结
降低灰渣含碳量的措施有多种，应根据实际情况选择最经济最实用的措施。我厂6#7#循环流化床锅炉以前也存在灰渣含碳量高的问题，我们会不断总结经验，尝试一些措施以降低灰渣含碳量。
参考文献：
[1]岑可法等，循环流化床锅炉理论设计与运行，中国电力出版社，1997
[2]路春美等，循环流化床锅炉设备与运行[M]，中国电力出版社，2003
论文作者:赵龚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
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