300MW循环流化床锅炉运行参数对飞灰和灰渣特性的影响

王玺竣

摘 要： 循环流化床锅炉是一种极具环保性的燃烧技术，在我国极具适用性。它采用高效、节能、环保的外循环流化床锅炉燃煤新技术，应用范围比较广，且结构简单，操作方便，NOX排放低，能够达到良好的燃烧效果。但是，受运行参数的影响，它在实际应用中会出现结焦、积灰或飞灰含碳量高等问题。本文分别分析循环流化床锅炉运行参数对飞灰和灰渣特性的影响，为其实际应用提供依据。

关键词：循环流化床锅炉 运行参数 飞灰 灰渣

中图分类号：TK224 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）10-0259-02

前言

循环流化床锅炉技术发展比较快，它属于高效低污染清洁燃烧技术，主要被用以电站锅炉、废弃物处理和工业锅炉等诸多领域。其应用规模也日渐扩大。当前，我国部分火电厂已经开始对循环流化床锅炉技术进行应用，为火电厂工作开展提供了技术支持。研究循环流化床锅炉运行参数对飞灰和灰渣特性的影响，需先对循环流化床锅炉概况进行明确了解，再从多个层面阐释具体影响因素，以达到良好的研究效果，为火电厂后续各项专业性工作的开展提供辅助。

一、循环流化床锅炉概况

以某火电厂300MW循环流化床锅炉为例，它主要由以下三个部分构成：

1.炉膛、汽包和冷渣器。炉膛内部包含双面水冷壁，结构为全膜式。另包括水冷屏、屏式中温过热器、屏式高温过热器和屏式高温再热器。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室底部布置有一次热风道，进风型式为底部进风。本炉采用床上点火方式，一共设置了八支床上点火大功率油枪，左右侧墙各布置2台，前墙布置4台。主要功能是在锅炉启动过程中进行点火和低负荷稳燃。锅炉采用固态排渣，炉膛底部布置有4台滚筒冷渣器，冷渣器冷却后的炉渣由两条排渣线排至渣仓。

2.水冷式旋风分离器和回料阀。3台水冷式旋风分离器位置在炉膛和尾部烟道之间。3台非机械型回料装置分别布置在分离器下部。旋风分离器的作用是收集随烟气流出的飞灰颗粒，在回料装置中对其进行放置，并在尾部对流烟道中对颗粒燃烧形成的烟气进行引入。经收集到的固体颗粒会返回炉膛，再次燃烧。固体颗粒循环燃烧中离不开回料装置和气固分离装置的作用[1]。

3.尾部烟道及受热面。尾部竖井采用双烟道结构，前烟道布置有低温再热器，后烟道由上至下顺序布置有低温过热器和高温省煤器，向下双烟道合并，依次布置有低温省煤器和一台四分仓回转式空气预热器。经旋风分离器分离出的烟气经过尾部受热面和空预器后，进入电除尘装置进行烟气飞灰分离，飞灰收集在电除尘底部，经气力排灰至灰库，烟气经过引风机、烟囱排至大气。

二、循环流化床锅炉运行参数对飞灰特性的影响

飞灰的孔隙特征比较复杂，包含表面积、比体积和孔隙率等各项指标，与运行参数具有直接相关性。研究人员可采用分形理论对它的变化规律进行阐释。处于循环流化床锅炉燃烧背景下的煤会经历一个分形维数变化过程。它的变化趋势是从煤到灰这一过程中，分形维数经历着先增长再降低的变化。它的主要影响因素是煤的挥发过程、燃烧过程和燃尽过程等。故而，对飞灰的分形特性和运行参数变化规律进行探讨，能够对具体燃烧情况进行判定，使后期运行调试工作更加科学、合理。

1.氧量参数

确定负荷、一次风量和水冷风室压力等指标，单独变量为氧量，那么氧量增加，飞灰含碳量减少，分形维数降低。氧量界面内，飞灰含碳量和氧量呈线性关系，假定氧量增加，飞灰含碳量会呈线性降低。分形维数和氧量呈现非线性关系，随氧量增加而降低。因而，氧量直接影响了峰值区飞灰含碳量和分形特性。燃烧背景下，可对二次风进行改进，以调整氧量[2]。

二次风的作用包含两个方面：（1）提供充足的氧量，为燃料的后期燃烧提供助力；（2）借助空气和物料掺混，对炉内稀相区燃烧情况进行控制。飞灰分形维数表明，飞灰处于复杂的空间结构状态，且其结构特性受未燃尽残碳结构和无机质晶体机构复杂性影响。增加氧量，使二次风更具穿透性。二次风使氧量与煤炭颗粒碰撞加剧，增加煤炭颗粒表面和内部燃烧的充分性及均匀性，使飞灰含碳量和分形维数降低，孔隙更加均匀。

2.一次风量

分形维数随一次风量的增大而降低，飞灰含碳量和床温则分别呈现增加和升高趋势。燃烧过程中，受一次风量影响，物料流化状态、密相区和稀相区燃烧份额、煤炭颗粒在炉内的停留时间发生改变。增加一次风量会使颗粒在炉内的停留时间缩短。如果加强主流物料刚性，物料中心区域将不会被二次风穿透，以增加飞灰含碳量。反之，增加一次风量，会加快焦炭颗粒燃烧初期的孔隙扩张速度。既定尺度界面内，煤炭颗粒呈现均匀的孔隙结构状态。增加一次风量会对煤炭颗粒流化性能产生影响，降低飞灰分形维数，对颗粒团混情况进行控制。表明，分形维数与氧量、一次风量和含碳量具有耦合关系[3]。

3.水冷风室压力

假定工况背景是负荷200MW、一次风量220KNm3/h、含氧量3.5%，对水冷风室压力进行更改，明确水冷风室压力背景下分形维数和含碳量的具体变化情况。结果表明，分形维数和水冷风室压力二者的变化趋势是抛物线型，如果增加水冷风室压力，分形维数会先降低，继而升高，抛物线开口向上，极值所处位置在10KPa附近。可合理选择一次风量和氧量，以有效控制水冷风室压力对循环流化床锅炉燃烧的影响。如果一次风量和氧量比较低，可选择高水冷风室压力，故而，特定背景下，含碳量与水冷风室压力成反比。假定水冷风室压力从8KPa增加到10KPa，会增加煤炭颗粒燃烧程度，孔隙处于良好发育状态，分形维数降低。水冷风室压力继续增加直至12KPa，低一次风量和高风压会增加飞灰内循环。如果飞灰处于炉内较长时间，燃烧也会更加充分。但是，一旦机质碳燃尽，品格结构坍塌，受无机质填充和塑形形变影响，孔隙结构呈现不均匀状态，而分形维数也呈现增大趋势[4]。

4.床温

在单个运行参数背景下，分析其对分形特性的影响，会呈现一定的趋势，但是无规律可循。分别类举氧量和一次风量对飞灰分形维数的影响，前者接近抛物线关系，后者呈反比例关系。故而，需以中间变量为依据，对受多变量综合影响的飞灰分形特性进行考量。实践证实，床温即为该中间变量，以此为依据，采用线性回归方法对分形和运行参数的变化规律进行归纳和总结。

三、循环流化床锅炉运行参数对灰渣特性的影响

对300MW 负荷以下，不同运行工况背景的灰渣样品进行择取。借助压汞实验，对灰渣分形特征进行明确。研究结果表明，灰渣的分形维数与3趋近，而飞灰分形维数则与2趋近，阐明了锅炉内煤循环燃烧背景下，燃烧产物的微观特性会发生突变。研究飞灰分形特性表明，峰值区含碳量与飞灰分形维数呈反比，即飞灰分形维数随着其在炉内停留时间的增加而增大。假定灰渣背景为大颗粒灰，分形维数会随灰渣在炉内停留时间延长而增加。

负荷200MW、一次风量200KNm3/h背景下，更改氧量和水冷风室压力对灰渣分形特性的影响。氧量增加背景下，灰渣分形维数变化背景是先减小后增大。变化特性与水冷风室压力刚好相反。3.5%-4.0%氧量区间内，增加氧量，炉膛稀相区氧气浓度和扩散能力也会随之提高，使细颗粒燃烧加剧，细小颗粒飞灰返料量降低。故而，炉膛底部不经过外循环即进行排渣，炉内温度不会有太大变化，微观结构比较均匀，降低了分形维数。如果氧量增加到4.5%，总风量、过量空气系数和炉膛运行烟速等指标也会增加，使分离器颗粒逐渐增多，对外循环颗粒产生影响，加剧微观结构变化程度，分形维数也逐渐变大[5]。

特定一次风量和氧量环境下，物料流态化和物料沿炉膛高度分别会受水冷风室压力影响。假定水冷风室压力从8KPa增加到10KPa，一次风携带能力降低，增加内循环，并因稀相区和密相区燃烧环境差异因素，使灰渣微观结构发生变化，增大分形维数。继而对水冷风室压力进行增加，使其达到12KPa，该情况下风室压力比较高，使物料在稀相区的燃烧呈降低趋势，密相区背景下，焦炭颗粒的燃烧份额增加，环境并无太大变化，灰渣微观结构差异也不太明显，降低分形维数。

温度处于不断升高状态，分形维数和灰渣含碳量的变化趋势相同。但是，氧量和风室压力的差异性，使分形维数和含碳量的变化趋势相反。由此得出，灰渣含碳量和分形维数受温度影响，并且与氧量和风室压力耦合作用具有相关性[6]。

综合具体研究背景，对温度、氧量、风室压力等指标对灰渣含碳量和分形维数的影响规律进行考量。耦合作用对灰渣含碳量的影响程度取决于氧量和床压，而灰渣含碳量受床温影响。

四、结语

综上所述，采用分形维数描述循环流化床锅炉运行参数对飞灰和灰渣特性的影响，能够达到良好的研究效果。本文着重研究煤、飞灰和灰渣的微观特性，继而对循环流化床锅炉内煤的燃烧情况进行反应，为火电厂各项工作的开展奠定良好的基础，推进火电厂内部各项工作的顺利开展。

参考文献

[1]樊保国，刘兴国，等.循环流化床锅炉飞灰的分形特性[J].煤炭学报，2014，（06）：1154-1158.

[2]李斌，李建锋，等，尧国富，王元，朱超，黄海涛.我国大型循环流化床锅炉机组运行现状[J].锅炉技术，2012，（01）：22-28.

[3]邓雨生.混烧石油焦油页岩循环流化床灰渣特性的试验研究[J].热能动力工程，2011，（06）：716-720+775.

[4]吴剑恒.CFB锅炉燃用福建无烟煤二次风特性试验[J].华北电力技术，2010，（03）：15-22.

[5]李建锋，郝继红，等.中国循环流化床锅炉机组运行现状分析[J].锅炉技术，2010，（02）：33-37+75.

[6]黄中，潘贵涛，张品高，肖平，孙献斌.300MW大型循环流化床锅炉运行分析与发展建议[J].锅炉技术，2014，（06）：35-41.