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    甘建輝（1962－）
男,（贛能萍鄉(xiāng)電廠，江西 萍鄉(xiāng) 337016），曾先后擔(dān)任萍鄉(xiāng)發(fā)電廠燃料科公司經(jīng)理助理、副經(jīng)理、檢修分場(chǎng)熱工專業(yè)主任、分場(chǎng)書(shū)記兼熱工專業(yè)主任、檢修分場(chǎng)主任、熱化分場(chǎng)主任，現(xiàn)任贛能萍鄉(xiāng)電廠黨委辦公室主任。

摘要：本文主要論述了循環(huán)流化床鍋爐在國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀，著重探討了循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)和基本特征，并針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行當(dāng)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題提出了需要注意和解決的方法，尤其是對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理、爐膛內(nèi)部的物料流動(dòng)結(jié)構(gòu)做了比較深入的探討，并對(duì)機(jī)組在點(diǎn)火啟動(dòng)、給煤、燃燒控制（一次風(fēng)、二次風(fēng)）、分離器、返料器、排渣等分系統(tǒng)做了比較細(xì)致的描述。

關(guān)鍵詞：燃燒機(jī)制；分離效率；回料；結(jié)焦

Abstract:This paper mainly discusses internally circulating fluidized bed boiler in the development process and the development of the status quo, focused on the characteristics of circulating fluidized bed boiler and basic features, and for circulating fluidized bed boiler in the operation which easily lead to the need for attention to the problem and the solutions to these problems, especially for the circulating fluidized bed combustion boiler principle, flow of materials within the furnace structure done a more in-depth discussions, and units in the ignition start to the coal, combustion control (one wind, second wind ), the separator, back to the feeder, Deslagging sub-system to do a relatively detailed description.

Key Words: Combustion mechanism; Separation efficiency; Return Material; Coking

1　引言

    CFB鍋爐因其良好的環(huán)保特性（氮氧化物排量低、在燃燒的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)脫硫）、廣泛的燃料適應(yīng)性和燃燒的穩(wěn)定性、燃燒效率高、排出的灰渣易于綜合利用以及負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)得到了極大的推廣和應(yīng)用。

2　CFB鍋爐的發(fā)展歷程

    在1980-1990年國(guó)內(nèi)的主要鍋爐廠家就開(kāi)始研究國(guó)外35-75t/h的CFB鍋爐技術(shù)，并取得了成功，推廣應(yīng)用大約50臺(tái)機(jī)組；1991-2000年開(kāi)始研究75-130t/h的CFB鍋爐，推廣應(yīng)用大約200臺(tái)機(jī)組；在2000至2004年開(kāi)始研究大型CFB機(jī)組，其中國(guó)內(nèi)三大鍋爐廠分別引進(jìn)了三家國(guó)外公司大型CFB鍋爐技術(shù)（1996年?yáng)|方鍋爐廠引進(jìn)FW公司220-400T/hCFB技術(shù)；2001年哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)了EVT公司100MW-150MW機(jī)組CFB技術(shù)；2002年上海鍋爐廠引進(jìn)了ABB-CE公司的100MW-150MW機(jī)組CFB技術(shù)），并推廣應(yīng)用200余套。目前CFB機(jī)組正朝著大型化方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)200MWCFB機(jī)組將在江西分宜投入運(yùn)行，第一臺(tái)300MW機(jī)組將在四川內(nèi)江投入生產(chǎn)。

3　CFB的基本特點(diǎn)

    CFB鍋爐在結(jié)構(gòu)及燃燒方式上均與普通煤粉爐不同，循環(huán)流化床鍋爐采用布風(fēng)板上床層流化燃燒方式，爐膛內(nèi)分密相區(qū)和稀相區(qū)（見(jiàn)圖1），一次風(fēng)由鍋爐底部風(fēng)室進(jìn)入密相區(qū)，主要將密相區(qū)的床料良好流化；二次風(fēng)由爐膛中部分層進(jìn)入稀相區(qū)，將燃料充分混合燃燒，其中在密相區(qū)的燃燒為缺氧燃燒，在稀相區(qū)的燃燒為富氧燃燒。在燃料中伴有石灰石的加入進(jìn)行爐內(nèi)燃燒過(guò)程中的脫硫，爐膛內(nèi)溫度一般控制在850-900℃范圍內(nèi)，在此溫度區(qū)間脫硫效果最好而且氮氧化物的排放最低。另外，爐膛煙氣中的未燃的大顆粒將沿爐壁下沉到密相區(qū)再次被流化、摩擦、爆裂燃燒形成CFB鍋爐的內(nèi)部循環(huán)，而小顆粒將被煙氣攜帶出爐膛經(jīng)過(guò)安裝在爐膛出口的旋風(fēng)分離器后，細(xì)小顆粒被煙氣直接帶入尾部煙道排出，而稍大一點(diǎn)的顆粒被分離后進(jìn)入返料裝置在返料風(fēng)的作用下被重新回送爐膛繼續(xù)燃燒，這就構(gòu)成了CFB鍋爐的外部循環(huán)與內(nèi)部循環(huán)。

圖1  CFBB結(jié)構(gòu)示意圖

    CFB的特征構(gòu)件：

    ● 旋風(fēng)分離器（氣固分離）；

    ● J閥返料器（物料循環(huán)）；

    ● 冷渣器（排渣冷卻）；

    ● 給煤、石灰石脫硫、流化風(fēng)系統(tǒng)。

    CFB鍋爐燃燒特征：

    ● 流化 增加燃料和脫硫劑每顆粒受熱與接觸面積；

    ● 循環(huán) 延長(zhǎng)燃料和脫硫劑每顆粒受熱與接觸面積（包括內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)）；

    ● 低溫 在850℃-900℃脫硫脫氮效果最好。

4　CFBB的燃燒系統(tǒng)特點(diǎn)

    4.1　啟動(dòng)床料

    要保證循環(huán)流化床的正常運(yùn)行，必須要保證爐膛內(nèi)物料的正常流化和一定的物料循環(huán)，因此在初次啟動(dòng)時(shí)需要在爐膛內(nèi)加入一定的物料，初次啟動(dòng)一般加入粒徑在1mm以下的細(xì)河砂，床料的具體高度以鍋爐廠說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)（哈鍋440t/h：600mm），再次啟動(dòng)可以使用原有的床料。鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)閱?dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易造成床料中細(xì)物料的缺失，造成流化不良等，突然給煤易造成啟動(dòng)時(shí)局部結(jié)焦，隨著給煤量的持續(xù)加入和負(fù)荷的逐漸升高，結(jié)焦的范圍將逐步擴(kuò)大，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)將造成整個(gè)床層的結(jié)焦，將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。其實(shí)這種現(xiàn)象是完全可以通過(guò)仔細(xì)觀察床層每個(gè)區(qū)域的溫度曲線來(lái)得到避免，如果在初次加煤后，床層各點(diǎn)溫度均呈幅度基本相同的變化趨勢(shì)，則表示啟動(dòng)、流化、著火正常，如果出現(xiàn)發(fā)散特性，則應(yīng)停爐檢查，防止結(jié)焦的進(jìn)一步擴(kuò)大。

    4.2　啟動(dòng)加煤

    當(dāng)啟動(dòng)床料溫度升高到煤的著火點(diǎn)后（煤種不同其著火點(diǎn)不一樣，最好采用設(shè)計(jì)煤種，一般煙煤550℃、貧煤650℃、無(wú)煙煤750℃）應(yīng)采取脈動(dòng)給煤的方式，一般是加煤90S然后停90S，連續(xù)3次，期間仔細(xì)觀察床溫和氧量的變化，如果床溫的變化趨勢(shì)是先降后升，而氧量在持續(xù)下降，則表示煤已點(diǎn)著，升溫幅度一般控制在4-6℃/min。爐膛傳熱主要以輻射傳熱（55%）和對(duì)流傳熱（45%）為主，影響傳熱的主要因素為顆粒的粒度、濃度、流速及受熱面的面積等。煤的粒徑一般要求在8mm以下，但25um以下的顆粒最好不要超過(guò)25%。

    給煤系統(tǒng)主要容易出現(xiàn)的問(wèn)題是堵煤，這跟煤的粒度、水分以及煤斗的設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系，當(dāng)煤中的水分大于一定值（一般講如果水分>13%比較容易產(chǎn)生堵煤）、煤中的細(xì)顆粒過(guò)多，極易產(chǎn)生粘壁、搭橋現(xiàn)象，導(dǎo)致出口堵煤，因此煤在破碎前應(yīng)盡量進(jìn)行篩選避免細(xì)顆粒煤的再次破碎，這樣既可以有效防止堵煤同時(shí)又可以保證入爐膛煤的粒度。

    4.3　爐膛內(nèi)物料的流動(dòng)結(jié)構(gòu)

    物料在爐膛中呈核環(huán)結(jié)構(gòu)、壁區(qū)返混、揚(yáng)析夾帶流動(dòng)方式。根據(jù)循環(huán)流化床的流體動(dòng)力特性，可以將稀相區(qū)橫截面分為中心核心區(qū)和壁面環(huán)形區(qū)兩部分。在核心區(qū)，顆粒在其中由下向上運(yùn)動(dòng)，固體顆粒濃度較小；在床體壁面為密相環(huán)形區(qū)中，固體顆粒匯集成各種不同的密相結(jié)構(gòu)（顆粒團(tuán)），顆粒團(tuán)與固體顆粒分散在其中交替地與床壁面接觸，沿傳熱壁面下滑、離散，期間與受熱面進(jìn)行對(duì)流和輻射傳熱。

    4.4　燃燒機(jī)制

    燃燒機(jī)制的核心為殘?zhí)迹囱h(huán)流化床內(nèi)所有沒(méi)有燃盡的碳質(zhì)量，而鍋爐負(fù)荷則全部來(lái)自于所有殘?zhí)嫉娜紵皇莵?lái)自于瞬時(shí)的給煤量，給煤量只是用來(lái)補(bǔ)充燃燒中消耗的殘?zhí)迹ＷC在一定負(fù)荷下殘?zhí)伎偭康钠胶狻Ｒ虼苏f(shuō)要進(jìn)行循環(huán)流化床鍋爐的變負(fù)荷調(diào)節(jié)，關(guān)鍵是要調(diào)節(jié)殘?zhí)嫉娜紵蓊~，這樣才能保證調(diào)節(jié)的快速性和穩(wěn)定性。雖然煤在進(jìn)入爐膛后循環(huán)量有所增大，但由于鍋爐的循環(huán)倍率（CFB鍋爐循環(huán)倍率是指每小時(shí)的循環(huán)物料重量與進(jìn)入爐膛燃料量的比值。影響循環(huán)倍率的主要因素是燃料特性，尤其是粒度分布、分離器效率及運(yùn)行風(fēng)速等）一般至少為20～50，也就是說(shuō)增加的給煤量在爐膛中所占的份額很低，爐膛中96%左右為循環(huán)灰，況且煤進(jìn)入爐膛后要進(jìn)行一系列的吸熱、破裂、燃燒、放熱等過(guò)程，因此具有比較大的熱慣性。

    根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的殘?zhí)几拍睿瑢?duì)負(fù)荷的調(diào)節(jié)主要采用以調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的灰濃度為主進(jìn)行調(diào)節(jié)（灰濃度可以采用爐膛出口與密相區(qū)上部之間的差壓來(lái)表征），通過(guò)調(diào)整一、二次風(fēng)的配比來(lái)調(diào)整灰濃度（灰濃度與煙氣流速的平方成正比）及稀相區(qū)的燃燒份額。增負(fù)荷則增大一次風(fēng)量和給煤量，以氧量調(diào)整二次風(fēng)量。減負(fù)荷則減煤、減一次風(fēng)量，但減一次風(fēng)量的前提是必須要保證鍋爐的最小流化風(fēng)量（鍋爐最小流化風(fēng)量一般為總風(fēng)量的20%左右，最小一次風(fēng)量的限制最好要比最小流化風(fēng)量高出10%左右）。為防止突然較大負(fù)荷的減少導(dǎo)致主汽壓力的過(guò)度升高，建議在減負(fù)荷時(shí)，同時(shí)快速減少二次風(fēng)量，進(jìn)而降低稀相區(qū)的燃燒份額，也就是說(shuō)在降負(fù)荷時(shí)以增加飛灰含碳量為代價(jià)來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)為保證降負(fù)荷時(shí)因一次風(fēng)量的降低可能導(dǎo)致床溫的驟降，建議同時(shí)增大排渣量，降低床壓，以維持床溫在許可的范圍內(nèi)。

    4.5　分離器的分離效率

    鍋爐負(fù)荷在40%～100%的范圍內(nèi)，其分離效率一般可以達(dá)到98%，分離器的入口灰濃度一般在3～5Kg/Nm3左右，隨著分離效率的增加旋風(fēng)分離器入口灰的含碳量在逐漸減少，而分離器出口灰的含碳量基本變化不大，這表明大顆粒的物料在經(jīng)過(guò)分離器分離后循環(huán)燃燒的程度進(jìn)一步加大，提高了燃燒效率。但是在入口處50um以下的顆粒其含碳量較高與出口處相當(dāng)，這說(shuō)明這一部分粒徑小的顆粒沒(méi)有被分離器分離出來(lái)進(jìn)行循環(huán)燃燒，同時(shí)在旋風(fēng)分離器內(nèi)也沒(méi)有發(fā)生二次燃燒。同時(shí)分離器入口煙氣流速、飛灰濃度、煙氣溫度等都會(huì)對(duì)分離器的分離效率產(chǎn)生影響。

    4.6　回料閥

    回料閥是構(gòu)成循環(huán)流化床物料循環(huán)的重要構(gòu)件之一，一般為J型自平衡閥，由料腿壓力和回料器爐膛入口阻力形成一個(gè)自由循環(huán)。回料風(fēng)包括流化風(fēng)和松動(dòng)風(fēng)，一般在冷態(tài)調(diào)好后無(wú)需再調(diào)節(jié)，與鍋爐的負(fù)荷無(wú)關(guān)，一般在料腿設(shè)置最高和最低料位監(jiān)視測(cè)點(diǎn)。

    4.7　排渣

    目前采用的冷渣器一般為滾筒冷渣器和風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大，冷卻效果好，在國(guó)外是廣泛使用的定型產(chǎn)品，但在國(guó)內(nèi)大多CFB鍋爐上配套使用時(shí)，存在的問(wèn)題比較多，主要是鍋爐排出的底渣粒徑大。該型冷渣器由3個(gè)室組成，一室為空室，布置有水冷管束的二、三室之間設(shè)置了隔墻，依次并列的3個(gè)室均在底部安裝了布風(fēng)板，一室流化速度較高，約為1.0～1.3 m/s。而二、三室流化速度為0.3～0.5 m/s，爐渣分別經(jīng)過(guò)3個(gè)室風(fēng)水聯(lián)合冷卻后，由第三室后壁中部的溢流口排出。由此可見(jiàn)：風(fēng)水聯(lián)合冷渣器對(duì)底渣的粒度級(jí)是有一定要求的，比較適合于褐煤。而燃用貧煤、無(wú)煙煤等所產(chǎn)生的底渣就滿足不了冷渣器對(duì)粒徑的要求，造成一室被粗渣壓死，二、三室根本不能流化，結(jié)焦頻頻發(fā)生，往往導(dǎo)致停爐。因此說(shuō)從煤中雜質(zhì)及入爐煤粒度控制方面無(wú)法改進(jìn)的話，那么只能放棄這種冷渣器，轉(zhuǎn)而改用對(duì)底渣粒度不敏感的滾筒式冷渣器、螺旋式冷渣器或強(qiáng)力鋼帶式冷渣器。前兩者為國(guó)產(chǎn)，廉價(jià)，后者為進(jìn)口，價(jià)格昂貴，但使用效果都很好，能夠滿足運(yùn)行要求。

    為保證冷渣器的正常運(yùn)行，冷態(tài)時(shí)應(yīng)進(jìn)行各冷渣室的流化風(fēng)試驗(yàn)，保證各室的冷渣風(fēng)量，但因煤種的不同，渣的密度將不同時(shí)，因此應(yīng)密切注意各冷渣室的床壓（一般在17-19Kpa），但床壓超出規(guī)定值，應(yīng)適當(dāng)放出部分底渣（主要是1室的大顆粒渣，通過(guò)底部的事故排渣口排出），注意底渣不可放空，否則將導(dǎo)致冷渣器的低溫結(jié)焦。

5　CFBB鍋爐容易出現(xiàn)的幾個(gè)問(wèn)題

    5.1　點(diǎn)火啟動(dòng)階段：

    ● 床下燃燒器燒壞（床下燃燒器的冷卻風(fēng)量不足，運(yùn)行中要注意觀察冷卻風(fēng)量，保證壁溫?zé)犭娕嫉陌惭b質(zhì)量）；

    ● 爐內(nèi)結(jié)焦，有較大焦塊（爐內(nèi)局部流化不好，床料黏結(jié)，要注意觀察床層的溫度分布，防止局部結(jié)焦）。

    5.2　冷渣器容易出現(xiàn)的問(wèn)題

    ● 冷渣器內(nèi)結(jié)塊、結(jié)焦（底渣顆粒大在冷渣器內(nèi)流化困難，出現(xiàn)積聚及接塊現(xiàn)象；另外冷渣器內(nèi)要保證一定的冷渣，不能排空，并且要保證冷渣器流化風(fēng)量）；

    ● 排渣溫度高（入爐煤灰量大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)煤種，底渣量超過(guò)冷渣器的設(shè)計(jì)能力，冷卻速度慢，導(dǎo)致排渣溫度高）。

    5.3　給煤系統(tǒng)問(wèn)題
   
    堵煤、斷煤（原煤經(jīng)破碎后送入煤斗，當(dāng)入爐煤細(xì)粒子多，且其表面水分大于一定值，則煤斗內(nèi)煤粘壁壓實(shí)、搭橋、出煤口不下煤，旋轉(zhuǎn)給料器輪斗粘煤、堵煤；煤斗設(shè)計(jì)不合理, 注意改善煤斗型線、下煤口結(jié)構(gòu)以及煤斗內(nèi)襯材料等措施；給煤機(jī)斷鏈；應(yīng)控制給煤粒度，最重要的是要控制采購(gòu)時(shí)原煤中的細(xì)粒子粒度）。

6　對(duì)煤種適應(yīng)性的說(shuō)明

    循環(huán)流化床鍋爐與任何其他形式的鍋爐相比，其突出的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)煤種的適應(yīng)性強(qiáng)，但這并不意味著某一臺(tái)循環(huán)床鍋爐能燃用任何煤種。只有當(dāng)煤種變化后，還能建立正常的物料平衡和熱平衡，即煤質(zhì)特性、循環(huán)物料的濃度和粒度分布、煙氣流速、旋風(fēng)分離器的分離效率、床溫床壓等都還在匹配的范圍內(nèi)，鍋爐各項(xiàng)蒸汽參數(shù)能通過(guò)現(xiàn)有的調(diào)節(jié)手段來(lái)調(diào)節(jié)，并保證鍋爐各個(gè)受熱面不超溫，不結(jié)渣，同時(shí)鍋爐所有輔助設(shè)備，如煤的破碎和輸送、鍋爐所有風(fēng)機(jī)的容量、鍋爐除灰出渣設(shè)備等都能安全穩(wěn)定運(yùn)行，才能說(shuō)該鍋爐對(duì)變動(dòng)的煤種是適應(yīng)的。所謂循環(huán)床鍋爐對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，主要是指工程技術(shù)人員能夠按多種燃料設(shè)計(jì)相應(yīng)的循環(huán)流化床鍋爐，而幾乎不受煤種的限制。對(duì)于一臺(tái)已經(jīng)布置制造好的循環(huán)床鍋爐，當(dāng)煤種的變化范圍較寬時(shí)，其經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的出力等均會(huì)受到不同程度的影響，甚至不能安全穩(wěn)定運(yùn)行。如當(dāng)煤的發(fā)熱量和揮發(fā)份較低時(shí)，鍋爐可能會(huì)由于床溫偏低而導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，甚至熄火；當(dāng)煤的發(fā)熱量和揮發(fā)份較高時(shí)，又可能導(dǎo)致床溫和尾部對(duì)流煙井溫度偏高而造成爐膛結(jié)渣，爐內(nèi)和尾部對(duì)流受熱面管子超溫爆管。

    煤的種類、性質(zhì)與燃燒參數(shù)（床溫、分離器是否冷卻、旋風(fēng)分離器出口煙溫、過(guò)量空氣系數(shù)等）相結(jié)合，決定了循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)主回路和尾部對(duì)流受熱面之間的熱負(fù)荷分配。對(duì)于不同燃料，循環(huán)主回路和尾部對(duì)流受熱面之間的熱負(fù)荷分配是不同的，對(duì)于煙煤煙氣攜帶了大約42%～44%的熱量到尾部受熱面，對(duì)于同一種煤種煙煤，發(fā)熱量低，水份較高，鍋爐帶到尾部的熱負(fù)荷高，這說(shuō)明煙煤的發(fā)熱量越低，水份越高，帶到尾部的熱量也就越多，當(dāng)煤種的熱質(zhì)和水份接近時(shí)，含氫量高的煤，煙氣帶到尾部的熱量也就高。對(duì)于貧煤，由于其成分與煙煤接近，因此煙氣帶到尾部的熱量略高于煙煤。對(duì)于無(wú)煙煤，由于較難著火和燃盡，爐膛采用了較高的床溫，因此進(jìn)入尾部對(duì)流煙道的煙氣溫度高，攜帶的熱量也高，基本上在46～49%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙煤和貧煤；對(duì)于褐煤，由于煤種含水份高，熱質(zhì)低，但含水份高，再加上氫的成分亦高，生成的煙氣中水蒸汽的含量高，因此進(jìn)入尾部對(duì)流煙道的熱量介于煙煤、貧煤和無(wú)煙煤之間，約為45～46%左右。因此對(duì)于不同煤種，循環(huán)流化床鍋爐主循環(huán)回路和尾部對(duì)流煙道的熱量分配差別較大，煙煤最小，大部分熱量被爐膛和爐內(nèi)受熱面吸收，貧煤次之，無(wú)煙煤為最大。對(duì)于同種煤種，煤的發(fā)熱量、水分、氫的含量對(duì)熱量分配有一定的影響，總的趨勢(shì)是發(fā)熱量越低，水分和氫含量越高，進(jìn)入尾部的熱量越多，但在一定范圍內(nèi)差別不是很大。