火力发电厂循环流化床锅炉燃料及燃烧特点探析

陈利平

摘 要：在火力发电厂中，循环流化床锅炉具有重要的作用，不仅燃烧效率高，还可实现环保的目标。本文介绍了循环流化床锅炉，阐述了燃料评价指标以及燃料粒径的分布特点，提出了加强循环流化床锅炉使用效果的燃料选择要求，分析了循环流化床锅炉的控制应用，并且结合一些问题进行了解释，通过合理运用锅炉及燃料能够使其起到更好的效果。

关键词：发电厂;循环流化床锅炉;燃料

引言

传统的火力发电厂发电会对环境产生不良的影响，不利于电力工业的发展，为了实现环保目标，使电力行业得到可持续发展，需要改善发电技术。大部分单位开始进行低排放技术研究，其中CFB技术的应用发挥了重要的作用，利用该技术能够实现清洁燃烧需求，通过加入石灰石颗粒使污染气体被吸收。利用相应对应的循环流化床锅炉（CFBB）进行生产可使效果得到改善，减少对环境的影响。因此，应对循环流化床锅炉进行研究，分析燃料燃烧特点以及应用要点，使其能够发挥出更好的作用。

一、循环流化床锅炉概述

循环流化床锅炉是近年来所产生的新一代燃烧锅炉，相比传统的锅炉具有更多的优势，燃料适应性强、燃烧的效率高，同时氮氧化物的排放比较低，炉内脱硫率较高，还具有良好的负荷调节性能，在电力产业中得到了广泛的应用。循环流化床锅炉燃烧的自动化控制能够使燃料产生的热量满足锅炉蒸汽负荷的需求。在锅炉符合需求发生了变化的时候，可通过改变燃料量来动态适应负荷变化。在控制的过程中，需要保证锅炉的稳定运行，避免产生安全问题。燃烧系统中包含了以下几种功能。

循环流化床锅炉能够保持主汽压力平稳性，当主汽压力产生了变化，说明锅炉的产汽量、耗汽量之间不适应，需要对燃料量进行调整。锅炉能够保持炉膛负压，其中引风量及送风量之间的配合能够起到维持负压的作用[1]。循环流化床锅炉能够实现锅炉运行的经济性需求，通过改变锅炉燃料量和锅炉总风量可以实现负荷的需求。同时，能够发挥出脱硝的作用，为了确保氮氧化物排放得到控制，需要对料床温度进行控制。锅炉能够保证流化的效果，通过返料量以及排渣量的控制能够使循环流化床锅炉的循环倍率产生变化，并且能够保证合理的料层高度，其高度与锅炉的安全运行之间存在密切联系，适合的厚度能够使炉料达到完全流化的状态，能够避免流化不良造成的床温骤变。

二、燃料评价指标

（一）挥发份

当锅炉使用的燃料是油页岩或者烟煤等物质的时候，这类燃料具有结构较松软的特点，在受热的时候，产生的挥发份会分解并且释放出去，导致燃烧速度加快，但是着火的温度比较低。采用石煤等燃料进行燃烧的时候，这种燃料的结构密度比较大，不容易挥发，当受热的时候挥发份析出难度也比较大，使燃烧消耗的时间延长，同时需提高着火温度。当煤种等级存在着不同的时候，不能进行互换，同时煤种等级区别会使其燃烧过程受到影响，还会使燃烧的经济性产生影响。在选择的过程中，应对不同煤种的性质进行分析，当煤种之间的差异比较大的时候，应进行合理的一、二次风配比调整。

（二）发热量

如果锅炉在生产过程中所使用燃料的发热量与设计煤种之间存在较大差值，例如，实际发热量小于设计发热量的时候，密度相区的温度将会大幅度下降，燃烧时限将会受到较大影响。如果所采用的燃料属于低热值，将会含有大量的折算水分与折算灰分，会对锅炉内部的燃烧配额造成一定的影响，导致锅炉热效率较低。实际发热量>设计发热量，将会导致床温大幅度上升，极易造成结焦问题。

（三）硫分

采用循环流化床锅炉进行燃烧可通过添加石灰石的方式来减少排放出的硫化物，这样可使空气污染问题得到有效的控制，还可避免锅炉被腐蚀影响。因此，在使用的时候，应对煤种中的硫分进行相应的控制，使其含量值低于标准值。

（四）灰分

灰分对于循环流化床锅炉的使用有着较大的影响，当受热面损坏的程度比较大的时候，会产生爆管，使锅炉的作业出现安全问题[2]。灰渣会带来物理热损失问题，在除尘器运行的过程中差压较大。同时，飞灰在受热面后部的沉积会使传热效果受到影响，导致锅炉燃烧的效率降低。为了使锅炉的使用发挥出有效的作用，灰分发挥了重要的功能，床层物料中主要为灰分，通过对灰分量进行控制能够实现循环的目标。在进行煤种灰分选择的时候，应考虑到除尘器以及冷渣器的作用，控制好入炉的燃料的粒径。

（五）水分

当煤种存在着较多的水分的时候，会使着火的难度提高，造成炉膛温度难以达到预期的情况，不能实现充分地燃烧，导致热量损失。同时，这种情况下还会使锅炉内部的烟气体积变大，使引风机消耗更多的电能，造成锅炉排煙热损失问题。水分种类中，分别包括外在及内在水分，当煤种的外在水分含量比较高的时候，可将其置于干煤棚进行预干燥处理，当处理过程中缺少预干燥处理的时候，会使燃料的流动性降低，造成落煤管堵塞的情况。

三、燃料粒径的分布特点

循环流化床锅炉燃烧中，整个过程比较复杂，燃料的粒径对锅炉的经济性具有较大的影响，还会使运行的安全受到影响。燃料粒径带来的不良影响的原因包括以下内容。首先，燃料粒径的分布对物料循环有着直接的影响，为了保证循环的效果，需要控制好分布情况，在确定了流化速度后，燃烧在稀相区份额恒定，将其作为床料，使物料能够处于平衡的状态。其次，燃料粒径的分布应满足实际要求，当煤种的挥发份较高的时候，粒径应偏大，而挥发份含量低的时候，应减小粒径。最后，应保证燃料粒径分布能够得到有效的调控，在锅炉运行过程中，通常会产生中间颗粒份额比较小，粗细颗粒份额大等情况，在这种情况下，燃料粒径的区别会对燃烧的效果产生影响，因此，需要重视燃料粒径的分布情况。

四、加强循环流化床锅炉使用效果的燃料选择要求

为了保证锅炉的使用效果，需要选择合适的防磨材料。首先，在优化循环流化床锅炉材料的时候，应合理选择金属材料，其中碳钢及合金钢比较关键，这类材料能够用于制作锅炉的承压管，管子的结构布置比较复杂，需要加强对循环流化床锅炉金属材料的性质控制，利用先进的技术，能够避免循环流化床锅炉磨损的问题。

其次应选择循环流化床锅炉耐火材料，需要了解耐火材料的性质，考虑到期物化性质，还应结合其经济性特点进行分析[3]。通过对循环流化床锅炉结构的了解，从耐火内衬部分开始进行研究，考虑到耐高温及耐磨的性能，综合进行比较，使应用的效果得到保障。

五、循环流化床锅炉的控制应用

循环流化床锅炉与煤粉炉之间具有一定的相似性，都有着多参数以及非线性等特点，同时，这种锅炉比一般的锅炉具有更多的输入及输出变量，耦合关系较为复杂。循环流化床锅炉在应用中具备了以下的功能，例如负荷指令回路、床温调节以及给煤量调节、燃油母管压力调节等。为了保证其应用的效果，应对锅炉进行分析，了解其使用的特点，通过合理应用循环流化床锅炉，可使其发挥出更好的作用，减少对燃烧过程产生的影响。在系统控制上，由于这种锅炉与一般锅炉之间存在着较大的差异，因此，应对其控制过程进行详细的分析。

（一）锅炉燃烧控制

循环流化床锅炉燃烧过程中，主要差異在于循环与流化这两方面，这种锅炉的燃料一般包括了煤、石灰，物料从给料口进入到了炉膛密相区的下部之后，被高温物料所包围，并且迅速地着火，之后在燃烧室中伴随着高速风流在悬浮状态之中燃烧。其中，高温烟气带着炉料以及没有完全燃烧的煤粒飞出燃烧室的上部，经过了旋风分离器的分离之后，留下了没有完全燃烧的燃料，再送回到炉膛底部，进入循环燃烧状态中。

（二）石灰石量控制

燃烧的过程中，添加的石灰石能够与产生的二氧化硫之间出现反应，并且发挥出脱硫的功能。通过对石灰石量进行调节能够使锅炉的排放需求得到满足。在控制回路中通常利用串级调节的方式。上级调节器为二氧化硫调节器，下级调节器为石灰石量调节器，在二氧化硫产生了变化的时候，调节给石灰石旋转给料机的运行速度，控制石灰石量。在调节的时候，总煤量是前馈信号，将其加入到调节器之中，当煤量发生了变化，二氧化硫也会产生变化。仅仅结合二氧化硫信号调节石灰石的量会产生较大的延迟，而将煤量作为前馈信号，结合煤量进行调节能够到达更好的效果，可避免延迟带来的影响，实现有效的调节。

（三）风量控制

循环流化床锅炉的风系统结构比较复杂，其中包括了一二次风以及返料风等部分，结合不同的锅炉，在设计中需要对一次风以及二次风等部分进行分析，针对不同需求的锅炉进行不同的设计。其中一次风可分为两路，在燃烧的时候，一路一次风由炉膛下部的一次风箱进入，经过布风板之后再进入到燃烧室中，使床料产生流化，并且带着床料向上进行移动，经过整个燃烧室。另一路一次风，也称作下二次风，能够由二次风总管送入，在应用中一次风与二次风分别从炉膛的不同高度进入到燃烧室，并且补充悬浮区燃烧使用的空气量，使燃料能够在上升的过程中实现分级燃烧，这几种方式都是循环流化床锅炉使用的送风特点。在燃烧中所需的一次风和二次风从不同高度进入到炉膛之中，达到分级燃烧的目的，使炉膛内部的温度降低，减少了氮氧化物的排放，提升了燃烧的效率。二次风从炉膛的密相区上部四周炉墙分层给入，可使煤粒实现充分燃烧。其中，部分一次风可作为播煤风以及正压输煤系统的密封风。在比例上，一次风与二次风的比例通常在1∶1-6∶4的范围之内，可达到良好的效果。同时，一次风以及二次风的风压也应控制在合理范围之内。

（四）返料风控制

循环流化床锅炉返料器使用的是非机械密封阀，循环的过程中，动力来自于返料器进口侧立管产生的物料差压，为了保证物料循环稳定性，锅炉中还包括了一路高压的返料风。返料风的风量比较小，风压与返料阀的形式之间存在着密切的联系，不同规格的锅炉的风压之间存在不同。

六、锅炉设备基本情况及使用问题

循环流化床锅炉作为一种具有耐高压特性，利用特殊分离器将燃料中的气固分离的锅炉，结构中包括了燃烧室、分离器、返料装置、对流烟道四个部分。使用的点火方式比较独特，通过床下及床上进行点火，使用点火燃烧器分别放置在水冷风室的下部以及距离炉膛恰当距离的位置处，借助滚筒冷渣器将底渣排出。

（一）燃料水分较高堵煤问题

锅炉应用的燃料主要是来源于洗煤厂，洗煤厂通过设备进行洗选处理产生相应的燃料物质，这些物质通常会含有大量的水分，对以往燃料水分进行分析发现，其水分含量一般位于9到11个百分比之间。但是锅炉设备运行对燃料水分含量具有一定要的要求，要求燃料水分需要控制在百分之5以下，经常燃用一些水分含量较高的燃料会导致输煤系统下煤管和锅炉煤仓及落煤管出现堵塞情况，运行中若不能及时对该问题进行处理，会造成非常严重的经济损失。例如：某集团没有对燃料水分进行控制，导致锅炉设备一年时间中出现了五次非计划停运，对集团造成的经济损失近百万。为了消除负面因素对经济效益的影响，利用资金采购了燃料烘干设备，对燃料水分进行了严格控制，下煤管堵塞问题也得到了避免。

（二）设备磨损消耗问题

循环流化床锅炉设备内部结构与普通锅炉设备内部结构有着较大的差异性，需要特别注重的是循环流化床锅炉设备对设备内部结构耐高温和内磨性能有着更高的要求，实际运行中该锅炉设备的磨损损害程度也会高出普通类型的锅炉设备很多。锅炉设备在设计制作过程中技术人员要进行多次的调研实验工作，除了要保证选用材料综合性能较为良好之外，同时也要保障材料具备良好的性价比，从而有效延长锅炉设备的应用年限。运行中对于进入锅炉的燃料颗粒直径尺寸越小越好，尺寸越小燃烧效果越好，最好能够将其直径尺寸控制在8mm以下。设计制造过程中对于水冷壁焊接处要进行妥善处理，要应用设备对壁面进行抛光处理，对于磨损较为严重部位应当需要利用特殊物质进行喷涂，从而增强该部位的使用寿命。

（三）锅炉启动故障问题

锅炉设备实际运行中一般有床下和床上两种点火方式，点火主要应用设备为电子打火装置和油枪设备。循环流化床锅炉设备在点火阶段中，点火风道耐火材料在油枪出力控制不当情况下易出现脱落问题。在向锅炉点火投油调整不当时，使得经常出现点火风道内部温度较高且含氧量较低的情况出现，这时为了增强燃料的燃烧效果需要增加锅炉设备内部的含氧量，需要加大锅炉内部通风量，但是在一些因素干扰下会使得锅炉内部温度急剧降低，甚至会导致锅炉油枪出现熄火问题。为了对该问题进行改善制定了新型的点火发方案，便于更为良好的保障锅炉设备应用性能发挥[4]。点火过程中为了避免对耐火性材料造成损坏，经过实践了解锅炉设备从点火到满负荷运行的方法，将锅炉设备从基础的20℃加热到稳定状态下的燃烧温度需要消耗将近5-6h的时间。锅炉设备内部温度达到相对稳定燃烧温度后在进行燃料的投放，通常情况下在500℃左右。燃料投放完成后运行人员也要对炉内床温以及锅炉内部含氧量进行实时的监控，发现出现较大波动应及时进行调整。

（四）物料流化问题

在实际运行中，锅炉运行存在着床料流化不良的问题，这种情况下，进行冷态实验，锅炉床面上的床料大约有三分之二不能流化，当加大风量的时候，还是存在二分之一的床料难以流化，而当突然加大风量的时候，床料会出现松动，不会产生异常的问题，同时床料能够保持平整。在正常流化情况下拉掉引风机，待床面静止后，观察床面是否平整，如有凹陷的地方应进行检查。

（五）灰渣含碳量较高问题

灰渣中含碳量较高的时候，需要采取有效措施进行处理，提升锅炉的燃烧效率。产生这种问题是由于燃烧的时候没有对炉中的燃料及氧气的结合进行控制，可采取以下措施进行解决。第一种方式为控制燃料的粒径，当燃料粒径较大的时候，锅炉中的受热面磨损会加快，导致锅炉使用产生安全问题。大多数循环流化床锅炉使用的是粒径不超过13mm的煤燃料，但是效果也不理想，当粒径控制在了5-10mm范围内的时候，这类煤燃料占所有煤的比例为70%-80%，能够使含碳量得到有效的控制，实现高效的燃烧。第二种方式是对床温进行控制，需要根据燃烧的特点以及设备使用情况等进行分析，在锅炉使用中旋风分离器产生的可燃物为焦炭，这种物质燃烧温度需要达到800℃以上，同时颗粒燃烧一般在稀相区中完成，当床温度较低的时候，燃点在稀相区的温度达不到要求，导致燃烧不完全，碳含量会增加。而将温度控制在900℃-930℃范围之内的时候，物料会充分燃烧，含碳量能够有效降低，保证了锅炉的使用效果，能够使锅炉的运行效率提升，同时能够满足运行的需求，减少锅炉热损失降低了煤耗。

七、结语

火力发电厂发电使用的循环流化床锅炉具有比较复杂的特点，为了保证锅炉的使用效果，需要对其使用要点进行明确，了解燃料燃烧的特点，使锅炉的使用能够得到保障。通过对锅炉使用进行详细的分析，解決使用中存在的问题，合理调整锅炉可靠运行，能够为发电厂带来更好的条件，实现生产的目标，提升发电厂生产的效率。

参考文献：

[1] 胡信韬，彭义林，姜聪，杜奇迹，田新民.某燃煤循环流化床锅炉改烧生物质研究[J].  科技经济导刊. 2019（31）

[2] 谷建.浅谈循环流化床锅炉点火节油的技术改造方案[J]. 科技风. 2019（20）

[3] 张临锋.200MW循环流化床锅炉中心筒改造[J].  锅炉制造. 2017（03）

[4] 梁娜娜.电石渣作为循环流化床锅炉炉内和炉外湿法脱硫剂的应用[J]. 应用能源技术. 2017（08）