提高我省循环流化床锅炉热效率探讨

熊正德(石狮热电有限公司 362700)

关键词循环流化床锅炉福建无烟煤热效率

出力足、热效率高、安全稳定运行时间长及排放污染物少是对循环流化床锅炉(以下简称CFBB)的基本要求。经过多年的努力，我省CFBB在提高锅炉出力上已经积累了不少经验，并取得成效。如何尽快提高锅炉热效率已是当前迫切需要解决的问题之一。从我省已投入运行的CFBB来看，其热效率一般仅达65～72％。这不仅造成严重的资源浪费和经济损失，同时也影响CFBB在我省的进一步发展。根据我国的CFBB技术水平和本省一些热效率较高的CFBB的经验，在近期将我省CFBB的运行热效率(有别于设计或鉴定测试热效率)提高到接近80％或更多一些不仅必要而且是可能的。

l 影响我省CFBB热效率的主要因素

影响锅炉热效率的因素很多。剖析我省CFBB热效率不高的主要原因是锅炉的机械未完全燃烧损失(q₄)过高。这项损失存在于锅炉的排渣和飞灰之中。对一般燃烧较正常的CFBB，炉渣的含碳量均能达到1．8％以下。而飞灰含碳量则高达30 ～50％，甚至更高。这就使得锅炉仅q₄就达到10％以上甚至超过20％。加上其它各项不可避免的热损失(约10％或更多一些)，致使锅炉热效率非常之低。

我省CFBB的q₄如此之高，主要是由于福建无烟煤的特殊性质以及CFBB设计还不能与之相适应。福建无烟煤固定碳含量高、挥发份低、着火温度高而灰熔点又偏低。原煤机械强度低，碎煤率高。热稳定性差，入炉后加剧爆裂，增大了细煤粒子数量。这些特性使得燃料在炉内燃烧的温度区域十分狭窄。高温的限制影响到燃料的燃烧速率。低于着火温度燃料不再燃烧，以致大量的细煤粒子未能燃烬就被带出炉外。

显然，要提高CFBB的热效率，必须在减少其它各项热损失的同时，突出解决飞灰的燃烬度问题。使之达到允许的热损失范围之内，也就是要提高燃烧效率。

循环流化床燃烧技术所具有的流态化燃烧、分级燃烧、循环燃烧和微正压燃烧特点，是可以有效地燃用福建无烟煤。只要我们针对福建无烟煤的燃烧特性，进一步改进CFBB的设计并采取相应的措施，把燃烧效率提高到90％以上是可以做到的。

2 CFBB燃烧基本条件

根据福建元烟煤的特点，CFBB应具备以下燃烧基本条件：

2．1 建立炉内高温。在密相区炉温应控制在950—1050℃之间。进入稀相区烟气温度应达900--950℃。离开炉膛(或进入对流受热面)之前不低于850℃。

2，2 提供必要的过量空气，并使之与燃料剧烈扰动，加速炉内化学反应。

2．3 燃料在炉内有一定的停留时间。那些分离器捕集不下来的飞灰粒子，至少有5秒左右的时间进行燃烧。

3 提高燃烧效率的重要途径

3．1 提高燃料在密相区的燃烧份额

燃料在密相区的燃烧份额是指在额定工况下燃料在密相区燃烧量占锅炉计算燃煤量的比例。密相区物料浓度大、蓄热量大、温度高且便于控制。燃料在炉床上流态化燃烧，反应强烈，且大部分燃料在此停留时间较长，燃烧效率高。因此，提高密相区的燃烧份额，不仅减轻稀相区的燃烧负担，而且提供足够大的热量，由烟气、循环灰携入稀相区建立高温。加速飞灰(含循环灰)的燃烧，从而提高整个锅炉的燃烧效率。

密相区燃烧份额视不同炉型而异，一般可达50--60％左右，对有埋管受热面的CFBB还可以高一些。

3．2 提高密相区气化率

固体燃料在高温炉床上进行燃烧的同时还存在着还原反应。循环流化床分级燃烧使密相区上部形成浓厚的还原气氛。使部分CO₂，还原为CO。即固体燃料的气体。具有一定浓度CO的烟气进入稀相区与二次风混合后迅速燃烧，并大大提高了炉膛温度。一般可达950～1000℃，比进稀相区前高50～100℃。对循环倍率不太高的CFBB是十分明显的。提高气化率即增加CO气体。它实际上是间接地提高了密相区燃烧份额，同时有利密相区热平衡的控制。

3．3 增大排渣量的份额

燃料中的灰份最终以炉渣和飞灰的形式排出炉外。炉渣中可燃物少，而飞灰中含碳量非常大。显然，增大排渣占然灰份中的份额，也就是减少了可燃物排出总量，减少q₄。从(附表)可以看到A^y为24．6％的燃料，若排渣含碳量为1．8％，飞灰含碳量为30％，渣灰比不同其q₄则有很大差别。针对煤种及其粒度分布，在保证运行可靠前提下，采取一些措施，把渣灰比例适当放大可以达到降低q₄的目的。

3．4 降低入炉煤碎煤率

福建无烟煤碎煤率高。据不少单位对煤场燃料的筛分试验，小于lmm的煤粒竟达50％左右。这些煤送入炉内(暂不考虑在筛分破碎过程细粒经比例增大)，很快被带入炉膛。其中那些分离器分离不下来的超细粒子(＜100μm)一次性通过炉膛燃烬度差，增大了q₄损失。因此降低入炉煤的碎煤率，减少超细粒子的数量，对提高燃烧效率也是至关重要的。

3．5 提高锅炉循环倍率

许多试验和生产证实，锅炉的燃烧效率随着循环倍率的增大而提高。循环倍率高，意味着分离器的分离效率高，能把相当小的灰粒子都捕集下来参加循环燃烧。另方面循环倍率高炉内的物料浓度大，一部分物料在稀相区、密相区来回运动形成内循环。大量地均匀地把热量带入稀相区，保持炉膛高温，缩小炉内温度梯度。同时使燃料得到较有效地燃烧。显然，循环倍率高对提高燃烧效率有明显的作用：

(1)物料在炉内循环次数增加，延长了燃烧时间。

(2)高浓度循环物在循环过程相互地碰撞，使灰壳破碎，改善了灰核的燃烧条件。

(3)循环倍率高，通过密相区的物料量大。可及时不断地把热量带出，有利于炉床热平衡和提高密相区燃烧份额。

(4)循环物料量增大，使部分细灰滞留密相区，增大排渣份额。

4 提高燃烧效率的技术措施

4．1 改进锅炉燃烧结构

4．1．1 密相区。密相区是锅炉燃烧的重要区域。其布风板面积应根据CFBB分级燃烧、燃烧份额、过量空气系数、炉型特点、有无埋管受热面以及低负荷时燃料正常流化等要求确定。为减轻飞灰扬析和增大冷渣比例，低倍率CFBB可以选择较低的断面风速。对于循环倍率较高的CFBB应避免风速过大。采取过高的截面燃烧热强度是不适宜的。它不仅会降低燃烧效率，甚至导致该区产热量下降，影响锅炉出力。密相区的高度关系到燃料正常化学反应过程的需要、埋管受热面布置以及向稀相区平稳过渡。不宜太矮，一般＞3m。

4．1．2 稀相区：稀相区是对飞灰燃烬有着决定性影响的区域。飞灰(含循环灰)在此应得到有效地燃烧。并让那些即将飞出炉体的飞灰粒子的含碳量降到设计q₄允许值以下。为此：

(1)从密相区到稀相区一定高度内设置卫燃带减弱换热强度，以保持烟气较高的温度。

(2)在稀相区入口设置高速二次风口。在补充空气的同时加强与燃料(循环灰) CO的扰动，强化燃烧。提高炉温并保持稳定。二次风口的高度要适当，应设在烟温降到850℃以下，以免灰粒熄火。

(3)稀相区的烟速一般取3 ～4．5m／s。循环倍率较高的CFBB取高值。并结合飞灰达到允许燃烬度所需时间确定炉膛有效高度。

4．1．3 配备高效、耐用的分离器和可靠的返料器

分离器和返料器是CFBB的核心装置，应慎重选择。在此，需强调两点：

(1)进一步提高分离器的分离效率。分离器必须满足所使用的CFBB对循环倍率和燃烧效率的要求。由于对实际运行的分离器的分离效率和CFBB的循环倍率目前还难以测出。另方面福建无烟煤的粒子在不同燃烧条件下的燃烧速度也缺乏资料。因此，至今没有一个选择分离器的具体标准。但我们可以根据CFBB运行情况，和分离器无法捕集的飞灰粒子的筛分特性和含碳量来判定分离器的性能。并以此作为选择分离器的参考。从目前收集到的数据看，要使CFBB达到较高的燃烧效率，分离器至少应把≥100μm的飞灰粒子绝大部分收集下来(确切地说，通过分离器的烟气中应只含有极少≥100μm的飞灰粒子)，参与循环燃烧。运行的情况表明，直径＞100μm干基含碳量Cg=70～80％的飞灰粒子在1000 ～900℃的炉温下燃烧4 ～5秒钟，不可能将其含碳量降到30％以下。而无限延长停留时间，加大增高锅炉本体是不可取的。为此，进一步改进分离器，选择优化设计的上排气旋风分离器或其它更好的分离器(如组合式分离器)是十分必要的。

(2)分离器的安装位置。分离器因安装位置不同有高、中、低温分离之别。对于福建无烟煤，因为分离下的循环灰还有较高的含碳量。目前中小型锅炉采用的非水冷、汽冷型分离器高温分离，其灰温高达900～850℃，在返料系统中与松动风混合往往产生二次燃烧和结焦，以致系统堵塞不能工作。但是我们又希望返料灰温高一些，以便一进入炉床便能迅速燃烧。而中温分离的灰温往往低于550℃不利于着火再燃。为此，建议采用次高温分离，分离器入口烟气温度在800 ～750℃之间，循环灰温度达700～750℃。即把分离器布置在一级对流受热面之后较为合适。

4．2 选择合适的燃料，控制入炉煤粒径

4．2，l 煤质选择

福建无烟煤碳化程度高，固定碳含量高，而挥发份和内部水分较低。从附表可以看到燃料的热值与固定碳含量成正比，灰份与固定碳含量成反比。不同的燃料在炉内燃烧，若其飞灰含炭量一样，则灰份低的排出可燃物的总量也低。但固定碳越高也更难烧，需要在炉内燃烧的时间也更长。在同样条件下燃烧，其飞灰含炭量也高。因此，选择燃料时要求热值较高，灰份较少。一般来说A^y不宜＞25％。但也并非固定碳越高灰份越少越好，应根据具体情况决定。

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