【摘要】本文通过循环流化床锅炉燃料燃烧机理着重分析飞灰、炉渣含碳量高的原因，通过燃烧实验验证，提出降低锅炉灰渣含碳量的方法和措施，有效地降低灰渣的含碳量。
【关键词】流化床锅炉；灰渣含碳量；安全经济运行
【中图分类号】TD407 【文献标识码】A 【文章编号】1672－5158(2012)09－0417－02
1、前言
循环流化床锅炉因其燃料适应性广、燃烧效率高、清洁燃烧、适合环保要求等优点而得到广泛推广。由于循环流化床锅炉在国内的研发起步比较晚，设计、运行方面的技术不太成熟，如磨损严重、灰渣含碳量高等问题，仍制约着锅炉的安全、经济运行。循环流化床锅炉灰渣含碳量的高低，直接反映出锅炉的燃烧效率，进而影响到企业的经济效益。
2、循环流化床锅炉燃烧原理
循环流化床锅炉运行中，煤粒的燃烧是一个非常复杂的过程。经过宽筛分、破碎的煤粒被送入炉膛后，与900℃左右的物料强烈混合，当煤粒被加热升温到一定温度时开始析出挥发份。对于细微颗粒，挥发份析出很快，着火快，故燃尽时间很短。一般细颗粒煤从给煤口进入炉床，到从炉膛出口飞出炉膛，一个过程就可燃尽，不需要循环返送炉内再燃烧。但对于那些较大颗粒，如平均直径3mm的煤粒，需要近15s的时间才能析出全部的挥发份，因此着火慢得多。且由于大粒径煤粒基本沉集于炉膛下部，加上密相区氧量又不足，因此大粒径煤粒一次循环是很难燃尽的，故要求其在炉内的停留时间要长的多。
3、循环流化床锅炉炉渣含碳量高的原因和应对措施
3.1 循环流化床锅炉炉渣含碳量高的原因分析
循环流化床锅炉运行中若风煤配比不当、排渣不均，都有可能把未燃尽的碳粒排掉，造成炉渣含碳量升高。式(1－1)是经过实验确定的碳颗粒燃尽时间的经验公式：
Tc＝8.77×109exp(－0.01276Tb)dc1.16(1－1)
式中：
Tc——碳颗粒的燃尽时间
Tb——床温℃
dc——碳粒子的直径cm
由公式可见，碳颗粒的燃尽时间与床温、颗粒直径有关。床温升高，燃尽时间缩短；碳颗粒直径加大，燃尽时间延长。
3.2 降低炉渣含碳量应采取的措施
(1)合理控制入炉煤粒度；
(2)适当提高床温，当床温从800℃提高到950℃时，碳颗粒燃尽时间将缩短为原来的1／6～1／7；
(3)延长低热值煤粒在燃烧室内的停留时间，应在合理燃烧温度的条件下，适当提高料层厚度；
(4)采用小流量、连续排渣的工作方式；
(5)运行中采用大动量的二次风，增加二次风的穿透深度，改善燃烧室中心区的燃烧效果。另外在给煤侧适当增大二次风量，非给煤侧则减少二次风量，以适应它们对氧量的不同要求。
4、循环流化床锅炉飞灰含碳量高的原因和应对措施
4.1 循环流化床锅炉飞灰含碳量高的原因分析
煤粒在循环流化床锅炉燃烧过程中，一般直径为20um以下的焦炭粒子，由于其燃尽时间小于粒子在燃烧室内一次通过的停留时间，故这些粒子的燃尽度是很高的，它们对飞灰含碳量的影响可以忽略不计。对直径为50～100um的焦炭粒子，分离器的收集效率不高，大部分颗粒被引风机抽走，导致焦炭粒子在燃烧室内的停留时间小于其燃尽时间，这是飞灰含碳量升高的主要原因。而对直径200um左右的焦炭粒子，分离器可全部收回实现其循环燃烧，故其对飞灰含碳量的影响也可以忽略不计。飞灰含碳量高的其他原因，如燃烧室温度偏低，燃烧室内氧量分布不均匀、炉膛负压较大等，都会造成飞灰含碳量增加。
4.2 降低飞灰含碳量应采取的措施
(1)合理控制燃料粒度；
(2)合理选择燃烧室温度；
(3)提高分离器的分离效率，增加碳颗粒的停留时间；
(4)选择合理的飞灰循环倍率，可采用飞灰再循环燃烧，能显著提高燃烧效率，降低飞灰含碳量。
5、运行实验及效果分析
5.1 运行实验
2011年以来通过上述降低灰、渣含碳量的方案，在徐州华美热电公司两台上海锅炉制造厂生产的260T／H循环硫化床锅炉进行实验验证。表1是该厂两台循环硫化床锅炉运行规范和试验调整参数的变化量对照表。
该实验#1炉通过控制灰渣含碳量的措施优化燃烧与也炉原运行方式进行了比较，在此实验过程中将一二次风配比进行了调整，并且增大了下二次风的送风量。表2是#1、#2炉煤质和燃烧后的灰渣对照表。
5.2 效果分析
降低循环流化床锅炉灰渣含碳量，不能片面的从某一方面降低灰或渣的含碳量，只有通过合理的燃烧来综合降低灰渣含碳量。从实验运行工况的调整分析，主要由以下几方面进行燃烧调整控制：
(1)合理控制入炉煤的粒径，尽可能控制入炉煤的粒比度，达到设计级配要求。循环流化床锅炉对入炉煤粒径的大小要求范围比较大，但入炉煤粗细份额大小直接影响到灰渣的含碳量。粗煤粒份额比较大，使得许多大煤粒沉于密相区底部，燃烧不充分，并随炉渣一起排出炉外。这时为保证物料流化，会加大一次风量，这就使大量细煤粒被烟气携带排出。国内目前循环流化床锅炉采用的燃煤径粒一般为0～10mm或0～8mm，通过多次实验，燃煤粒径在5～10mm的占80％且最大的不要超过13mm，灰渣的含碳量最理想，飞灰含碳量可在2.5％以下，渣的含碳量可控制在1％以下。
(2)合理控制锅炉床温。循环流化床锅炉床温应根据燃烧的稳定性，运行的经济性及安全性等要求综合确定。循环流化床锅炉燃烧从旋风分离器分离出来的可燃物基本是焦炭，焦炭的燃烧温度在800~C以上，这些焦炭颗粒的燃烧大部分在稀相区完成。由于二次风口一般布置在稀相区和密相区交界处，床温过低，稀相区温度达不到焦炭燃烧温度，使燃烧不完全，灰渣含碳量升高。所以应控制床温在930℃－980℃之间。
(3)控制合理的一、二次风配比。一、二次风合理配比，不但保证锅炉灰渣含碳量在最佳范围内，还可保证锅炉安全、经济运行。对于不同型式的循环流化床锅炉，由于设计工况的不同，运行中所使用的煤种不同，一次风和二次风配比与其燃烧份额也不相同。这就要求运行人员在实际运行中，保证燃烧充分、风机电耗率低，尽量提高锅炉热效率来精心调整，并摸索出适合本厂循环流化床锅炉的一次风和二次风合理配比值。
(4)合理控制料层差压。料层差压对循环流化床锅炉灰渣(特别是渣)的含碳量的高低有很大影响。由于循环流化床锅炉炉内存在着很厚的物料层，而且这些物料又在不断的进行上下循环翻腾，大大延长了燃料颗粒在流化床内的停留时间，因而为任何难于燃尽的燃料提供了足以保证其燃尽的时间。在做燃烧调整时，只要能保证床料流化，料层安全经济的情况下，尽量提高料层差压，使炉渣在炉内停留的时间延长，对降低炉渣的含碳量很是明显。
6、结束语
有效地降低循环流化床锅炉灰渣含碳量，从运行调整方面主要是控制入炉煤粒径、合理的床温以及选择合理的一、二次风配比与控制适当的料层厚度。本文通过实验验证，所采取的调整措施，对锅炉的燃烧效率以及热效率都有较大的提高，具有非常可观的经济效益。