內容摘要 ：關鍵詞  循環流化床鍋爐  福建無煙煤   熱效率

出力足 、熱效率高 、安全穩定運行時間長及排放汙染物少是對循環流化床鍋爐(以下簡稱CFBB)的基本要求 。經過多年的努力 ，我省CFBB在提高鍋爐出力上已經積累了不少經驗 ，並取得成效 。如何盡快提高鍋爐熱效率已是當前迫切需要解決的問題之一 。從我省已投入運行的CFBB來看 ，其熱效率一般僅達65～72％ 。這不僅造成嚴重的資源浪費和經濟損失 ，同時也影響CFBB在我省的進一步發展 。根據我國的CFBB技術水平和本省一些熱效率較高的CFBB的經驗 ，在近期將我省CFBB的運行熱效率(有別於設計或鑒定測試熱效率)提高到接近80％或更多一些不僅必要而且是可能的 。

    l  影響我省CFBB熱效率的主要因素

    影響鍋爐熱效率的因素很多 。剖析我省CFBB熱效率不高的主要原因是鍋爐的機械未完全燃燒損失(q4)過高 。這項損失存在於鍋爐的排渣和飛灰之中 。對一般燃燒較正常的CFBB ，爐渣的含碳量均能達到1．8％以下 。而飛灰含碳量則高達30 ～50％ ，甚至更高 。這就使得鍋爐僅q4就達到10％以上甚至超過20％ 。加上其它各項不可避免的熱損失(約10％或更多一些) ，致使鍋爐熱效率非常之低 。

    我省CFBB的q4如此之高 ，主要是由於福建無煙煤的特殊性質以及CFBB設計還不能與之相適應 。福建無煙煤固定碳含量高 、揮發份低 、著火溫度高而灰熔點又偏低 。原煤機械強度低 ，碎煤率高 。熱穩定性差 ，入爐後加劇爆裂 ，增大了細煤粒子數量 。這些特性使得燃料在爐內燃燒的溫度區域十分狹窄 。高溫的限製影響到燃料的燃燒速率 。低於著火溫度燃料不再燃燒 ，以致大量的細煤粒子未能燃燼就被帶出爐外 。

    顯然 ，要提高CFBB的熱效率 ，必須在減少其它各項熱損失的同時 ，突出解決飛灰的燃燼度問題。使之達到允許的熱損失範圍之內 ，也就是要提高燃燒效率 。

    循環流化床燃燒技術所具有的流態化燃燒 、分級燃燒 、循環燃燒和微正壓燃燒特點 ，是可以有效地燃用福建無煙煤 。隻要凱時尊龍針對福建無煙煤的燃燒特性 ，進一步改進CFBB的設計並采取相應的措施 ，把燃燒效率提高到90％以上是可以做到的 。

    2  CFBB燃燒基本條件

    根據福建元煙煤的特點 ，CFBB應具備以下燃燒基本條件 ：

    2．1  建立爐內高溫 。在密相區爐溫應控製在950—1050℃之間 。進入稀相區煙氣溫度應達900--950℃ 。離開爐膛(或進入對流受熱麵)之前不低於850℃。

    2 ，2  提供必要的過量空氣 ，並使之與燃料劇烈擾動 ，加速爐內化學反應 。

    2．3  燃料在爐內有一定的停留時間 。那些分離器捕集不下來的飛灰粒子 ，至少有5秒左右的時間進行燃燒 。

    3  提高燃燒效率的重要途徑

    3．1  提高燃料在密相區的燃燒份額

    燃料在密相區的燃燒份額是指在額定工況下燃料在密相區燃燒量占鍋爐計算燃煤量的比例 。密相區物料濃度大 、蓄熱量大 、溫度高且便於控製 。燃料在爐床上流態化燃燒 ，反應強烈 ，且大部分燃料在此停留時間較長 ，燃燒效率高 。因此 ，提高密相區的燃燒份額 ，不僅減輕稀相區的燃燒負擔 ，而且提供足夠大的熱量 ，由煙氣 、循環灰攜入稀相區建立高溫 。加速飛灰(含循環灰)的燃燒 ，從而提高整個鍋爐的燃燒效率 。

    密相區燃燒份額視不同爐型而異 ，一般可達50--60％左右 ，對有埋管受熱麵的CFBB還可以高一些 。

    3．2  提高密相區氣化率

    固體燃料在高溫爐床上進行燃燒的同時還存在著還原反應 。循環流化床分級燃燒使密相區上部形成濃厚的還原氣氛 。使部分CO2 ，還原為CO 。即固體燃料的氣體 。具有一定濃度CO的煙氣進入稀相區與二次風混合後迅速燃燒 ，並大大提高了爐膛溫度 。一般可達950～1000℃ ，比進稀相區前高50～100℃ 。對循環倍率不太高的CFBB是十分明顯的 。提高氣化率即增加CO氣體 。它實際上是間接地提高了密相區燃燒份額 ，同時有利密相區熱平衡的控製 。

    3．3  增大排渣量的份額

    燃料中的灰份最終以爐渣和飛灰的形式排出爐外 。爐渣中可燃物少 ，而飛灰中含碳量非常大 。顯然 ，增大排渣占然灰份中的份額 ，也就是減少了可燃物排出總量 ，減少q4 。從(附表)可以看到Ay為24．6％的燃料 ，若排渣含碳量為1．8％ ，  飛灰含碳量為30％ ，渣灰比不同其q4則有很大差別 。針對煤種及其粒度分布 ，在保證運行可靠前提下 ，采取一些措施 ，把渣灰比例適當放大可以達到降低q4的目的 。

    3．4  降低入爐煤碎煤率

    福建無煙煤碎煤率高 。據不少單位對煤場燃料的篩分試驗 ，小於lmm的煤粒竟達50％左右 。這些煤送入爐內(暫不考慮在篩分破碎過程細粒經比例增大) ，很快被帶入爐膛 。其中那些分離器分離不下來的超細粒子(＜100μm)一次性通過爐膛燃燼度差 ，增大了q4損失 。因此降低入爐煤的碎煤率 ，減少超細粒子的數量 ，對提高燃燒效率也是至關重要的 。

    3．5  提高鍋爐循環倍率

    許多試驗和生產證實 ，鍋爐的燃燒效率隨著循環倍率的增大而提高 。循環倍率高 ，意味著分離器的分離效率高 ，能把相當小的灰粒子都捕集下來參加循環燃燒 。另方麵循環倍率高爐內的物料濃度大 ，一部分物料在稀相區 、密相區來回運動形成內循環 。大量地均勻地把熱量帶入稀相區 ，保持爐膛高溫 ，縮小爐內溫度梯度 。同時使燃料得到較有效地燃燒 。顯然 ，循環倍率高對提高燃燒效率有明顯的作用 ：

    (1)物料在爐內循環次數增加 ，延長了燃燒時間 。

    (2)高濃度循環物在循環過程相互地碰撞 ，使灰殼破碎 ，改善了灰核的燃燒條件 。

    (3)循環倍率高，通過密相區的物料量大 。可及時不斷地把熱量帶出 ，有利於爐床熱平衡和提高密相區燃燒份額 。

    (4)循環物料量增大 ，使部分細灰滯留密相區 ，增大排渣份額 。

    4  提高燃燒效率的技術措施

    4．1  改進鍋爐燃燒結構

    4．1．1  密相區 。密相區是鍋爐燃燒的重要區域 。其布風板麵積應根據CFBB分級燃燒 、燃燒份額 、過量空氣係數 、爐型特點 、有無埋管受熱麵以及低負荷時燃料正常流化等要求確定 。為減輕飛灰揚析和增大冷渣比例 ，低倍率CFBB可以選擇較低的斷麵風速 。對於循環倍率較高的CFBB應避免風速過大 。采取過高的截麵燃燒熱強度是不適宜的 。它不僅會降低燃燒效率 ，甚至導致該區產熱量下降 ，影響鍋爐出力 。密相區的高度關係到燃料正常化學反應過程的需要 、埋管受熱麵布置以及向稀相區平穩過渡 。不宜太矮 ，一般＞3m 。

    4．1．2  稀相區 ：稀相區是對飛灰燃燼有著決定性影響的區域 。飛灰(含循環灰)在此應得到有效地燃燒 。並讓那些即將飛出爐體的飛灰粒子的含碳量降到設計q4允許值以下 。為此 ：

    (1)從密相區到稀相區一定高度內設置衛燃帶減弱換熱強度 ，  以保持煙氣較高的溫度 。

    (2)在稀相區入口設置高速二次風口 。在補充空氣的同時加強與燃料(循環灰) CO的擾動 ，強化燃燒 。提高爐溫並保持穩定 。二次風口的高度要適當 ，應設在煙溫降到850℃以下 ，以免灰粒熄火 。

    (3)稀相區的煙速一般取3 ～4．5m／s 。循環倍率較高的CFBB取高值 。並結合飛灰達到允許燃燼度所需時間確定爐膛有效高度 。

    4．1．3  配備高效 、耐用的分離器和可靠的返料器

    分離器和返料器是CFBB的核心裝置 ，應慎重選擇 。在此 ，需強調兩點 ：

    (1)進一步提高分離器的分離效率 。分離器必須滿足所使用的CFBB對循環倍率和燃燒效率的要求 。由於對實際運行的分離器的分離效率和CFBB的循環倍率目前還難以測出 。另方麵福建無煙煤的粒子在不同燃燒條件下的燃燒速度也缺乏資料 。因此 ，至今沒有一個選擇分離器的具體標準 。但凱時尊龍可以根據CFBB運行情況 ，和分離器無法捕集的飛灰粒子的篩分特性和含碳量來判定分離器的性能 。並以此作為選擇分離器的參考 。從目前收集到的數據看 ，要使CFBB達到較高的燃燒效率 ，分離器至少應把≥100μm的飛灰粒子絕大部分收集下來(確切地說 ，通過分離器的煙氣中應隻含有極少≥100μm的飛灰粒子) ，參與循環燃燒 。運行的情況表明 ，直徑＞100μm幹基含碳量Cg=70～80％的飛灰粒子在1000 ～900℃的爐溫下燃燒4 ～5秒鍾 ，不可能將其含碳量降到30％以下 。而無限延長停留時間 ，加大增高鍋爐本體是不可取的 。為此 ，進一步改進分離器 ，選擇優化設計的上排氣旋風分離器或其它更好的分離器(如組合式分離器)是十分必要的 。

    (2)分離器的安裝位置 。分離器因安裝位置不同有高 、中 、低溫分離之別 。對於福建無煙煤 ，因為分離下的循環灰還有較高的含碳量 。目前中小型鍋爐采用的非水冷 、汽冷型分離器高溫分離 ，其灰溫高達900～850℃ ，在返料係統中與鬆動風混合往往產生二次燃燒和結焦 ，以致係統堵塞不能工作 。但是凱時尊龍又希望返料灰溫高一些 ，以便一進入爐床便能迅速燃燒 。而中溫分離的灰溫往往低於550℃不利於著火再燃 。為此 ，建議采用次高溫分離 ，分離器入口煙氣溫度在800 ～750℃之間 ，循環灰溫度達700～750℃ 。即把分離器布置在一級對流受熱麵之後較為合適 。

    4．2  選擇合適的燃料 ，控製入爐煤粒徑

    4．2 ，l  煤質選擇

    福建無煙煤碳化程度高 ，固定碳含量高 ，而揮發份和內部水分較低 。從附表可以看到燃料的熱值與固定碳含量成正比，灰份與固定碳含量成反比 。不同的燃料在爐內燃燒 ，若其飛灰含炭量一樣 ，則灰份低的排出可燃物的總量也低 。但固定碳越高也更難燒 ，需要在爐內燃燒的時間也更長 。在同樣條件下燃燒 ，其飛灰含炭量也高 。因此 ，選擇燃料時要求熱值較高 ，灰份較少 。一般來說Ay不宜＞25％ 。但也並非固定碳越高灰份越少越好 ，應根據具體情況決定 。

    灰熔點是燃燒的重要特性指標 。為了使爐內溫度燒得高一些以提高燃燒效率 。燃料的變形溫度tl大於1350℃為好 ，最低不低於1250℃ 。

    循環流化床燃燒技術對煤種適應性廣 ，但並非具體的某台CFBB對所有各種煤都能燒好 。福建無煙煤品種多 ，其成份和性能也有很大差異 。因此 ，為保證鍋爐燃燒穩定和較高的熱效率 ，在鍋爐設計和運行時 ，對煤種應有所選擇 。

    4．2．2入爐煤粒徑

    入爐煤粒徑對CFBB爐內燃燒穩定性及燃燒效率有極大影響 。燒福建無煙煤的CFBB對入爐煤的粒徑一般要求0～10mm或0～13mm是合適的 ，但應在控製＞13mm數量的同時嚴格控製其中小於1mm煤粒不大於30％ ，以減少q4損失 。為此可以采取以下辦法 ；

    (1)購煤時要配一些塊煤 。

    (2)原煤先通過篩分後進行破碎 。

    (3)調整環錘破碎機篩板與錘之間的距離 ，和選擇篩板合適的孔徑 。

    有的廠通過上述辦法可把＜lmm的粒子降低到20％左右 。

    4．3  提高運行操作水平

    在目前CFBB燃燒福建無煙煤的規律尚未摸透 ，鍋爐及其配套輔助係統尚不完善的情況下 ，要使鍋爐穩定運行並取得較高的燃燒效率仍有賴於運行人員的正確操作 。

    鍋爐燃燒控製是以控製爐溫為中心對風 、煤 、循環灰各量進行綜合調節 。以滿足對鍋爐蒸發量 、蒸汽參數和熱效率的要求 。顯然麵對這麽多的變量要及時 、正確地操作是困難的 ，必須摸出規律 ，掌握要領 。

    4．3．1  循環灰控製

    循環流化床燃燒技術的精髓是對循環灰(包括其它物料)的控製和利用 。離開了循環灰就不成其為循環流化床燃燒 。把循環灰僅僅當做飛灰回燃那是概念上的錯位 。必將給設計和運行帶來不良影響 。足夠的循環灰是強化爐內燃燒和換熱的重要條件 。改變灰量將引起燃燒的變化。CFBB的運行以控製循環灰為主 ，調整風 、煤為輔 。

    在鍋爐負荷相對穩定的情況下 ，循環灰在鬆動風的作用下 ，利用料腿與爐內壓力差自行平衡 ，源源不斷地把分離器捕集下的灰送入爐內 。因此 ，循環灰量無需調節 。

    當鍋爐負荷在小範圍波動時 ，對風 、煤的微調即可達到改變循環量並調整爐內溫度和鍋爐負荷的目的 。

    當鍋爐負荷變化較大時 ，應直接調節回灰量 ，同時調節給煤和配風 ，改變爐內燃燒狀況 。有些循環倍率較高的CFBB在設計中增設旁路貯灰鬥和管道就是為調節負荷用 。

    為使循環灰的控製不受外界幹擾設置單獨的鬆動風機是有益的 。

    4．3 ，2  料層高度

    密相區床料高度對燃燒的穩定性和燃燒效率有很大關係 。料層高 ，爐床蓄熱量大 ，床溫穩定 。給煤及返料灰能迅速著火燃燒 。此外 ，對於低倍率CFBB也增加了埋管受熱麵的浸埋高度 ，增加了有效換熱麵積 。但由於密相區的床料多是較粗的粒子 ，料層過高不僅風壓高多耗電 ，還會影響流化質量及燃燒效果 。因此一般床料高度控製在500mm左右為宜 。在運行中除適時排渣外一般不需調整 。對於設埋管受熱麵的CFBB ，在低負荷時為保持熱平衡相應降低料層高度是必要的 。

    4．3．3煤量 、風量調節

    (1)在CFBB運行中 ，煤量 、風量調節較為經常 。不恰當的操作往往是造成燃燒波動甚至出現事故的原因 。因此 ，操作人員應深知給煤 、循環灰 、一 、二次風在燃燒過程中的作用和相互關係 ，以便及時 、準確操作。

    (2)在日常運行中通常是兩種情況 ：一是鍋爐負荷相對穩定在某一蒸發量上 ，二是負荷增加或降低 。運行人員應根據鍋爐性能 、燃煤數據對若幹種負荷狀況的給煤 、配風做到心裏有數 。這樣 ，不僅在負荷穩定時能正確操作 。在負荷變化時也能迅速調節到位 。

(3)風量調節應恰當地掌握過量空氣值 。以一次風控製密相區還原反應的程度 。一次風量過大或不足都會使還原反應偏離正常要求 ，而使煙氣中CO含量偏低 ，或嚴重缺氧 。二次風應使進入稀相區的CO燃氣和飛灰得到充分燃燒 。風量不足將增大化學和機械未完全燃燒損失(q3 、q4) 。風量過大又會增大排煙損失(q2) 。為避免一 、二次風調節時互相幹擾 。35t／h以上的鍋爐應分別配置一 、二次風機 。

    4．4  減少外來影響

    鍋爐超負荷 、低負荷運行或負荷頻繁波動都會使燃燒效率降低 。然而對於以供熱為主的熱電站 ，這種情況又是不可避免的 。為使鍋爐運行相對穩定 ，必須加強對熱用戶供熱調度 。同時以調節發電量(抽凝機組)或配置蓄熱器等措施來減少外界對鍋爐燃燒的影響 。

    5  結束語

為促進CPBB在我省的進一步發展 ，更好利用福建無煙煤資源和提高企業經濟效益 ，盡快地提高鍋爐熱效率勢在必行 。解決問題的突破口是提高飛灰的燃燼度 ，降低機械未完全燃燒損失(q4) 。同時減少其它各項熱損失 。其措施首先應從改進鍋爐設計入手 ，使之適應所選煤種的特性 。同時在輔機配套 、燃煤製備和運行操作等方麵緊密配合 。本文中提出了一些關於提高鍋爐熱效率的思路和措施與同行們共同切磋 。可以確信 ，在我省有關部門的關心和指導下 ，在省內外同行們的共同努力下 ，把我省循環流化床鍋爐的運行燃燒效率和熱效率分別提高到或超過90％和80％的目標是可以實現的 。不久的將來 ，我省循環流化床鍋爐將會以嶄新的麵貌展示在人們麵前 。

附表 ：

文章作者 ：熊正德(石獅熱電有限公司 362700