入爐煤粒徑對循環流化床鍋爐的影響分析

趙旭升

（陽煤集團壽陽化工有限責任公司，山西 壽陽 045400）

0 引言

熱能與動力工程作為一門非常專業的學科，涉及的領域非常廣泛。因此，相關工作人員必須對熱動有一個全面的認識，爐內煤粒度的研究對于提高鍋爐能效具有重要意義。

1 研究背景與意義

1.1 研究背景

隨著能源市場競爭的日益激烈，對燃煤鍋爐節能提出了更加嚴格的要求。為了使工業鍋爐的運行效率達到相應的國家標準，有關人員必須對其進行持續的研究，確保其在化工和電力等行業的廣泛應用。

1.2 研究意義

循環流化床鍋爐燃燒技術是一種發展了幾十年的新型潔凈煤技術。隨著人們環保意識的提高，該技術已受到各工廠的高度重視。近年來，國外越來越重視鍋爐技術的研究，并取得了明顯的成果，其發展趨勢主要是能源利用。然而，環保的要求和標準日益提高，工廠負荷調節的范圍也在不斷縮小。因此，迫切需要對鍋爐進行進一步改造。

2 循環流化床鍋爐技術特性及燃料顆粒特性要求

循環流化床鍋爐的技術特點是：在一定的氣流條件下，寬篩煤粉在燃燒室沸騰燃燒，未完全燃盡的煤粉大部分回收到爐膛，具有高效、環保、節能、穩定的特點。與其它鍋爐相比，具有氣固返混程度高、傳熱快、傳質速度快、節能等優點；其主要特點是：燃燒穩定，溫度分布比較平衡；由于其結構特點，循環流化床鍋爐具有良好的適應負荷變化的能力，在不同負荷條件下，密相區溫度大致相同，可以保證鍋爐在負荷和介質變化的條件下仍能實現穩定燃燒，不僅有利于促進水循環，而且有助于保證金屬的安全，負載調節范圍大，操作靈活。通過調節煤量、風量和物料流通量，可在不同負荷下進行調節[1-2]。一般來說，循環流化床鍋爐的負荷調節比可達（3～4）∶1，可在低負荷40%～50%時穩定運行，負荷調節速度較高，一般可達4%/min。

循環流化床鍋爐煤粒度的選擇是保證其正常運行的關鍵。在運行良好的循環流化床鍋爐中，不同粒徑的顆粒呈一定的分布。粗顆粒往往集中在密相區，細顆粒通過旋風分離器以粉煤灰的形式從高溫煙氣中分離出來，然后從鍋爐中排出，中等顆粒則在回路中不斷循環。但是，如果煤粒度不合理，就會干擾循環流化床內的顆粒流動，嚴重影響鍋爐的安全經濟運行。實踐證明，如果煤顆粒大小不合理，將導致鍋爐產汽量下降或影響其正常燃燒。入爐煤粒度分布要求允許波動范圍在0～10 mm 之間，D50=0.6 mm。

3 煤粒度對循環流化床鍋爐運行的影響

3.1 運行控制

正常情況下，煤粒入爐后要經歷干燥加熱、揮發沉淀和點火、膨脹和初碎、焦炭燃燒和燃盡四個階段。但煤粉的反應并不是按所經歷的階段進行的，每一階段的反應都是不同的，可能同時發生幾個不同的階段。煤顆粒粒徑越大，燃料燃燒時間越長，爐渣中可燃物質越多，灰渣的可燃性越強[3]。理想情況下，顆粒直徑越小越好，否則很可能最終造成鍋爐結渣、鍋爐結焦等一些問題，會對鍋爐的正常運行產生一定的影響。

3.2 點火啟動

煤粉顆粒越小，燃燒速率越高，對提高床溫加熱效率和平衡風熱具有重要作用。因此，在點火初期應選擇粒徑較小的煤，這樣可以縮短點火所需的時間，適當減少出油量，從而大大降低發電成本。循環硫化床鍋爐點火啟動是指將流化床鍋爐的底部溫度加熱到煤的著火點，然后通過正常的燃燒形式，在此過程中，流化床底部粒度、結構和進煤量等因素將在很大程度上影響燃燒效果。在控制好氣流分布和底料之后，煤粉顆粒的控制將直接決定鍋爐能否正常點火升溫。

3.3 燃燒效率

在正常工況下，循環流化床鍋爐的粒度是變化的。較粗的煤粉主要集中在密相區，較細的煤粉燃燒后，由于氣流的作用，飛灰可燃物將通過尾部受熱面從鍋爐排出，而對于中等大小的煤粉，則在固體顆粒循環系統中進行循環燃燒。由于煤的粒度不同，會導致循環流化床內顆粒的破壞，給鍋爐的正常運行帶來不良影響。隨著煤粉粒度的不斷增大，燃燒后的煤粉殼灰分層厚度會越來越大。在氧氣的影響下，燃燒速率會不斷提高。對于尺寸較小的煤粉顆粒而言，其能夠讓反應速率由擴散控制轉變為動力學控制區域，進而在根本上增大反應速率。在條件一定的情況下，不管煤粒徑尺寸如何都能夠在一定時間內燃盡，但因為循環流化床鍋爐本身的性質，在一定程度上，有些煤粒在未完全燃燒之前，就被空氣中的氣流給吹走了。所以，爐膛內的煤粉顆粒尺寸對鍋爐的燃燒性能有很大的影響。

3.4 設備損失

有關調查研究表明：床溫度相同的情況下，平均入爐燃料粒徑的流化風量越大，床料粒徑流化所需最小一次流化風量也就會越高；一定的情況下，床料流化阻力相對來說比較高，這就會使得床料的流化阻力往不利的方向發展[4]。為了妥善地解決這個問題，一般情況下會通過提高鍋爐一次風量的運行方式，把大顆粒的能量帶入到燃燒室的上端，從而使燃燒室上端的溫度顯著增加，這樣可以有效提高煤粉的燃燒速度以及蒸發量，進而在根本上增大生產效率。鍋爐中受熱面的腐蝕以及磨損量和其流速的三次方呈正比的關系，大顆粒煤以及較大風量操作會導致鍋爐中受熱面的磨損程度加劇，進而在很大程度上提高鍋爐維修和維護的成本，而且還會使得鍋爐使用壽命大大降低，并增加鍋爐的耗電量。

4 循環流化床鍋爐入爐煤粒徑控制措施分析

粒徑不合格的原因是在煤矸石中摻入劣質煤，對破碎系統產生影響。如何在不添加劣質煤和煤矸石的前提下，確保入爐煤粒徑達標是控制入爐煤粒徑的重要因素。

1）要確保劣質煤、煤矸石和優質煤的混合均勻，在破碎系統中盡可能地保持介質的穩定性，從而為破碎系統提供一個相對穩定的工作環境，提高破碎系統運行的可靠性。

2）要加強對破碎系統的維護，提高設備的使用壽命。加強對破碎系統的操作調節，當有可能影響到破碎效果的操作條件時，應進行相應的調整。在運轉過程中，若破碎機的入口煤量不均勻，兩邊煤量相差很大，而在同一破碎機的不同部位，由于負載的不一致，會導致不同部位的磨損率不同，如果沒有及時調節，則會使碎煤機產生嚴重的局部偏磨現象，從而很難確保破碎粒徑達到標準。

3）要加強對入爐煤粒徑的監測，對不達標的情況進行調整。通過對破碎系統進行實時監控，使顆粒尺寸對鍋爐的影響最小化。

5 結語

工業鍋爐在我國的工業生產中占有舉足輕重的地位，因此，如何合理地利用熱能與動力工程技術已成為當務之急。在全球能源短缺的情況下，為了滿足國內和全球的需要，需要加大對工廠的熱能、動力工程的開發力度，加大技術創新力度，提供有效的熱能供應，為社會和人類造福。