簡析影響CFB鍋爐底渣和飛灰含碳量因素及應對措施

摘要：準能矸石發電公司循環流化床（CFB）鍋爐在初期投產后存在底渣和飛灰含碳量大，燃燒煤種偏離設計的問題。本文以近10年的鍋爐優化實驗和運行實踐的經驗為基礎，對影響CFB鍋爐底渣和飛灰含碳量的因素進行了簡單分析，并提出了降低鍋爐底渣和飛灰含碳量的幾種方法，實現了CFB鍋爐發電煤耗的降低，從而對公司的節能降耗工作有著積極的意義。

關鍵詞：CFB鍋;底渣;飛灰;含碳量

引言

火力發電廠中經常存在由電站鍋爐燃用煤種偏離設計或鍋爐適應性較差等因素引起的鍋爐飛灰、底渣含碳量升高的現象。飛灰、底渣含碳量升高將導致CFB鍋爐的不完全燃燒熱損失增加，從而影響鍋爐機組的經濟性。

一、鍋爐設備簡況

制造廠家：東方鍋爐（集團）股份有限公司，鍋爐型號：DG1177/17.4-Ⅱ2亞臨界參數循環流化床鍋爐，型式：單汽包自然循環、CFB鍋爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、汽冷式旋風分離器、緊身封閉布置、全鋼爐架懸吊方式、固態排渣。

二、影響鍋爐底渣、飛灰含碳量的因素

2.1入爐煤顆粒度和粒徑分布以及煤質

合理的燃煤粒度和燃煤粒徑分布是保證燃煤燃盡的前提。由于準能矸石發電公司破碎系統的原因，燃煤粒度常常偏離設計值，從而影響到了CFB鍋爐的效率。在鍋爐設計的流化工況下，入爐煤平均粒徑偏大，相應的流化風夾帶出密相區的細煤粒減少，密相區積存較多的粗煤粒長時間燃燒，就會導致床層發生局部溝流和缺氧的現象。但為保證鍋爐運行時床壓穩定，需要繼續給煤和排渣，這樣就有未完全燃燒的粗煤粒排出，造成底渣含碳量升高，細顆粒比例過大的問題。在爐內燃燒時間較短，未燃盡的煤粒飛出爐膛，就會造成飛灰含碳量增大。

依據揮發份含量由低到高的順序將原煤分為無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等，揮發份含量越高的煤種著火性能越好，對煤粒的燃盡有利，一般來說采取揮發分含量高的原煤鍋爐底渣和飛灰含碳量低。

2.2一、二次風量配比

鍋爐運行中，一次風保證床料正常流化并參與初始燃燒，二次風有一定的剛度穿透物料補充爐內燃燒需氧量。合理調整配比一、二次風是提高鍋爐燃燒效率、降低鍋爐底渣和飛灰含碳量的重要因素。通常運行中從低負荷到100%負荷，一次風占比為60-40%，二次風占比為 40-60%。但受負荷、煤質、床層厚度、脫硫效率、氮氧化物的控制等各種其他因素的影響，一、二次風量配比靈活性和可操作性較差。

2.3床溫

鍋爐運行中，爐內床溫越高表明煤粒的燃燒溫度高、燃盡時間短，煤粒從而燃燒越完全，使鍋爐的底渣和飛灰含碳量降低。在準能矸石發電公司鍋爐運行實踐中，床層溫度主要受機組負荷的影響。在機組正常運行調整中、不考慮其他因素的情況下，床溫和整體溫度隨著負荷的升高而升高。反之負荷下降，床溫及整體溫度下降。可以觀察到在機組負荷率高的時段鍋爐底渣及飛灰含碳量有明顯的下降。

CFB鍋爐運行床溫因煤種和鍋爐容量不同而有所區別，一般在850℃～950℃之間。除了機組負荷之外，運行過程中鍋爐床溫還受到煤質、風量風壓配比、石灰石投入量、床層厚度、脫硫效率、氮氧化物的控制等其他因素的影響。這些因素通過床溫間接影響到了鍋爐底渣及飛灰含碳量。

2.4給料及排渣方式

保證煤粒在爐內的燃盡時間是降低底渣含碳量的重要因素。給煤口與排渣口布置距離過近將導致鍋爐燃煤在經過給煤口進入爐膛與爐內物料混合后出現燃燒時間短甚至來不及燃燒就從排渣口排出的現象，從而使得底渣含碳量升高。準能矸石發電公司的鍋爐前墻給煤后墻排渣的方式對煤粒在爐內的燃盡較為有利。

2.5布風板性能

CFB鍋爐布風均勻程度，直接影響到風帽小孔射流的動能。布風板性能好，風帽出風分布均勻使得床上物料流化良好，燃燒工況良好，煤粒燃燒較完全。布風板不均勻的布風，風帽出風口風量偏差導致流化不良，床上物料流化惡化直接影響床溫分布不均，從而影響底渣含碳量。因此加強對布風板上風帽進行定期檢查，保證CFB鍋爐均勻的布風，是降低底渣含碳量的方法之一。

2.6旋風分離器分離效率

近年來的CFB鍋爐旋風分離器有99%以上的分離效率。在其他條件相同時隨著分離器效率的提高，有更多的細灰粒從煙氣中分離下來，增加了物料在爐內的循環倍率和停留時間，提高了飛灰的燃盡度，減少了可燃物的流失。若分離效率降低，較細物料在爐內的循環倍率降低和停留時間縮短，使分離器出口夾帶未燃燒的細碳粒飛灰量增加，造成鍋爐飛灰含碳量升高。在CFB鍋爐運行中保證分離器效率就要保證燃料粒度和密度、控制分離器進口煙氣流速、煙氣溫度、調控返料器運行穩定、合理控制爐膛負壓。

2.7床壓

通常CFB鍋爐控制床壓也就是調控密相區內的物料厚度。物料厚度直接影響CFB鍋爐的運行工況和燃燒效率。物料過厚時，風室壓力隨之升高，鍋爐整體流化阻力隨之增加，這種情況為了保證負荷穩定和流化正常必須增加流化風量，導致顆粒的揚析率上升，帶出爐膛的未燃盡燃料量增加，造成飛灰含碳量增加;物料過厚床壓高，也會造成床溫下降，影響燃燒效率，此時為了降低床壓就需要同時增大排渣量，大量排渣會使未完全燃燒的物料排出爐膛帶入冷渣器，造成鍋爐底渣含碳量上升。物料厚度太薄時，床壓不穩定易發生吹空現象，影響鍋爐運行安全穩定性。所以合理床壓值必須根據實際通過試驗來確定。

2.8鍋爐爐內O2的含量

入爐煤達到迅速而又完全燃燒的條件之一就是就必須向爐膛供應適量的空氣，即保持爐內有適當的過量空氣系數。若空氣供應不足，即過量空氣系數過小，不完全燃燒熱損失將會增加;但過量空氣系數過大，不僅使床溫降低引起燃燒效率下降，還將使煙氣排放量增大，飛灰可燃物攜帶量增加，造成飛灰含碳量和排煙熱損失增加。因而為了保證燃料在爐內完全充分的燃燒，爐膛內應維持最佳的過量空氣系數。鍋爐的煙氣含氧量與過量空氣系數（α）的計算公式：

針對CFB鍋爐合理控制爐內過量空氣量，使燃燒區富氧運行，有助于提高燃燒效率。若爐膛出口過量空氣系數過高，將會使床溫和爐膛溫度下降，鍋爐整體的燃燒效率降低，風機能耗增加。

從鍋爐運行情況來看，通常爐膛過量空氣系數最佳范圍對應的爐內氧含量在3%～ 5%。根據實踐有關試驗數據表明，過量空氣系數與飛灰含碳量之間存在如下關系：鍋爐的飛灰含碳量隨過量空氣系數的增加呈下降趨勢，但是隨著下降趨勢超過一定范圍時，飛灰含碳量改變不會太大，更加說明了當氧含量控制在3%～5%時，即過量空氣系數在1.17～1.31為最佳控制值。準能矸石發電公司鍋爐運行規程規定運行調整中根據鍋爐說明書控制氧量在3.5～6%。實際運行中，以保證鍋爐的安全穩定運行為前提，在控制底渣、飛灰含碳量和滿足污染物排放標準的條件下需要盡量控制CFB鍋爐在低含氧量下運行。

2.9其它因素

除以上所述影響因素外，在實際的循環流化床鍋爐運行過程中，機組的運行穩定性、設備的改造等因素都會影響到鍋爐底渣和飛灰含碳量。比如鍋爐的給煤口改造，為了使進入爐內的煤粒播撒均勻，在給煤口下加裝播煤風。帶來的問題就是如果該播煤風開度太大，很容易將未經完全燃燒的煤粒吹到后墻排渣口排除，造成底渣含碳量上升，所以需要在運行中多次試驗，調節該風門開度與鍋爐的底渣含碳量匹配最佳位置。

三、降低鍋爐底渣、飛灰含碳量控制措施

3.1合理配置入爐煤。盡量保證煤質穩定，通過調整試驗找到鍋爐底渣、飛灰含碳量最低的入爐煤顆粒度和粒徑分布的最佳值。

3.2正確選擇原煤的破碎、篩分設備，并維護設備的可靠運行。

3.3機組運行中，調整運行工況，保證床溫、床壓在合理區間運行。

3.4根據不同負荷、不同煤種合理調整一、二次風，運行中適當提高過量空氣系數（含氧量），增加燃燒區的氧濃度。一次風量根據負荷變化盡量少作調整，穩定在保證流化良好的數值上，主要靠調整二次風量和風壓來控制密相區出口和稀相區的燃燒需要的氧量。

3.5鍋爐運行中加強維護，保證旋風分離器較高的分離效率。

3.6根據給煤口和排渣口布置位置合理調整給煤機運行方式和播煤風量。

3.7鍋爐設備改造一定要考慮對底渣和飛灰含碳量的影響，及時進行調試。

四、結束語

影響循環流化床鍋爐底渣和飛灰含碳量的因素歸納起來主要有鍋爐設備的制造安裝、運行調整與維護、入爐煤狀況幾個方面。作為發電企業設備安裝運行后只能從控制入爐煤、運行精心調整、加強設備維護等方面來降低底渣和飛灰含碳量。通過多年CFB鍋爐的運行實踐，公司鍋爐的底渣和飛灰含碳量從投產初期的4.5%下降到了2.7%，為降低發電煤耗起到了積極的作用。

參考文獻：

[1] ?王建峰.大型CFB鍋爐底渣、飛灰含碳量過高的原因分析[C] .全國電力行業CFB機組技術交流服務協作網技術交流會議，2007

[2] 齊曄，王杰峰.降低300MW循環流化床鍋爐底渣、飛灰含碳量[J].《科學與財富》，2012

作者簡介：

陳利平（1973-），男，內蒙古準格爾旗人，大專學歷，工程師，現從事火力發電廠鍋爐專業技術工作。