影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率的因素與提高策略分析

陳鵬飛

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030000）

循環(huán)流化床鍋爐可作為一項綠色環(huán)保型鍋爐投入使用，且在設(shè)計過程中的熱效率可達85%，但相比于煤粉爐，循環(huán)流化床鍋爐的灰渣可燃物更高，尤其是煤炭飛灰過程中可能產(chǎn)生較高的碳損失，導(dǎo)致飛灰含碳量增加，無法真正保障鍋爐熱效率的穩(wěn)定性，因此，在循環(huán)流化床鍋爐運行過程中，可從控制排放煙氣含氧量、床層壓差、床層溫度、煤種適應(yīng)程度等角度著手弱化以上因素對循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率產(chǎn)生的影響。

1 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的主要特點

1）燃燒使用效率高。流化床作為一項流體動力學(xué)術(shù)語，其可以直觀清晰地反映出循環(huán)流化床鍋爐的特點，即強硬顆粒和其他氣體混合而成的系統(tǒng)始終處于運動狀態(tài)的動態(tài)過程。通過深入探究循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)特點可知，此系統(tǒng)還可以視為鼓和湍流床。對流化床系統(tǒng)進行設(shè)計時，可以將其合理配置為分離特定的動力循環(huán)，以此形成高效的固體顆粒流，有效促進強化燃燒區(qū)中的熱風(fēng)流動速率，促使氣體在整個燃燒過程中進行更高深層次地有機混合，從整體上提高系統(tǒng)中的氣體燃燒效率和流動速率。

2）負荷調(diào)節(jié)速率快。循環(huán)流化床鍋爐的運行流程與運行原理較為簡便，依托于材料循環(huán)過程、煤以及空氣即可快速調(diào)節(jié)負荷，并且其調(diào)節(jié)范圍也具有良好的廣泛性。相比于移動爐，流化床的燃燒熱效率更高，其在土壤、廢氣中形成的未燃燒有機物含量也相對較低。有效控制流化床的整個燃燒過程，將燃燒所需的剩余空氣量限制在可控范圍內(nèi)，還能在一定程度上降低煙霧的熱損失量。

2 影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率的因素

影響循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率的因素主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，排放煙氣含氧量。適當(dāng)提高煙氣中的含氧量，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的氧含量也會隨之增多，有助于實現(xiàn)煤的充分燃燒，從整體上提升鍋爐的燃燒效率。但排放煙氣中的氧含量升高時，其排煙熱損失也會逐步增加。因此，在保證鍋爐燃燒熱效率的基礎(chǔ)上還應(yīng)將排煙熱損失控制在合理范圍內(nèi)，通過科學(xué)提升煙氣中的過剩氧含量，還能有效提高過量空氣系數(shù)。若鍋爐負荷分別為85% 、65%、50%，其煙氣中的含氧量應(yīng)控制在5.2%、5.5%以及5.8%。其次，對某公司的循環(huán)流化床鍋爐進行試驗時，其鍋爐風(fēng)量表測量結(jié)果不準(zhǔn)確，為規(guī)避爐膛層床內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)焦風(fēng)險，該公司選擇將首次風(fēng)機門的開度調(diào)高，并適當(dāng)降低二次風(fēng)機的開度，以此造成首次風(fēng)機與二次風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)的穿透力以及擾動程度過低，致使燃燒室內(nèi)部中的中、上部燃燒核心區(qū)域的氧含量低于下部的氧含量，進而無法保證循環(huán)流化床鍋爐的燃燒程度。針對此，必須及時調(diào)整首次與二次風(fēng)機的開度，有效提高二次風(fēng)的風(fēng)向、擾動程度以及穿透能力，將燃燒核心區(qū)域的氧含量升高至合理范圍內(nèi)，最大限度地提升鍋爐燃燒效率。第二，床層壓差。在循環(huán)流化床鍋爐運行過程中，其冷渣機通常以連續(xù)排渣的方式進行作業(yè)，并且床層壓差也較為穩(wěn)定。在床層壓差不斷增加的前提下，煤灰中的碳含量也會隨之升高，若床層壓差達到某特定值，但床層壓差仍在繼續(xù)升高，從而對鍋爐設(shè)備的燃燒熱效率造成不同程度的影響。第三，床層溫度。提高循環(huán)流化床鍋爐床層溫度時，煤炭燃燒時間也會適當(dāng)減少，有效縮減了細顆粒分出分離器時的含碳量，以此降低固體中未充分燃燒的熱損失。在煤種易燃程度不足的前提下，通過提高床層溫度可以適當(dāng)提升燃燒熱效率的穩(wěn)定性，以此減少燃燒熱損失。第四，媒質(zhì)。在提升循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率時，不但需要選擇適合的煤種，還應(yīng)充分考慮煤價、水分含量以及運費等因素的影響，從根本上保證鍋爐設(shè)備運行的穩(wěn)定性。針對鶴壁煤和山西煤的進行試驗時，前者的熱值相對較低，但灰分含量與揮發(fā)分含量更高，而后者的熱值高，灰分含量與揮發(fā)分含量卻相對較低。其中山西煤與無煙煤性質(zhì)較為相似，通常難以實現(xiàn)燃盡的目標(biāo)，但相比于鶴壁煤，山西煤的設(shè)計更符合鍋爐運行條件。

3 提高循環(huán)流化床鍋爐燃燒熱效率的策略

1）優(yōu)化燃燒空氣總量?；谡w角度管理燃燒空氣流通時，應(yīng)將煤和流化風(fēng)的一次和二次空氣流通進行有效控制。與此同時，科學(xué)把控煤的風(fēng)量還能提高流化床流量的穩(wěn)定性，為煤炭燃燒提供充足的氧氣，以此實現(xiàn)煤的充分燃燒。實際上，飛灰含碳量與燃燒總流量呈負相關(guān)的主要原因在于循環(huán)硫化床鍋爐在燃料更新與使用燃料時的空氣系數(shù)過高。另一方面，燃燒空氣總量還會直接影響煙氣速率，在一定程度上減少了顆粒在爐內(nèi)的停留時間，造成分離器的運行效率偏低，而飛灰含碳量則會隨之增高。

2）調(diào)整料層壓差。循環(huán)流化床鍋爐的壓差將會對其燃燒溫度、流態(tài)造成不同程度的影響，并且床層厚度增加時，氣流也會隨之升高，導(dǎo)致鍋爐設(shè)備的能量損耗呈上升趨勢，進一步產(chǎn)生不均勻的流化現(xiàn)象，形成顯著的局部高溫縮放現(xiàn)象。與此同時，床層厚度不足也會直接影響密度較高區(qū)域的燃燒效率，整體提高飛灰含碳量，甚至產(chǎn)生嚴重的結(jié)焦問題。

3）控制一次風(fēng)量。調(diào)整循環(huán)流化床鍋爐的首次風(fēng)量時，可將其控制在每小時1.7×105nm3，以此在降低一次空氣量的同時增加燃料在高密度區(qū)域中的停留時間，有效提高焦炭燃燒效率，減少飛灰含碳量，真正意義上實現(xiàn)鍋爐熱效率的提升，同時弱化首次空氣對循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備產(chǎn)生的各種影響。另外，將干氣量降至合理范圍內(nèi)，還能在一定程度上降低煙氣損失率，整體增強循環(huán)硫化床鍋爐運行的穩(wěn)定性。實際上，在減少排出空氣時，飛灰含碳量也會隨之降低。

4）降低二次風(fēng)量。在調(diào)整循環(huán)硫化床鍋爐運行情況時，若在正常運行條件下提高二次空氣含量，其鍋爐內(nèi)的煙氣流通速率也會適當(dāng)提升，造成正壓送風(fēng)系統(tǒng)的冷壁磨損程度惡化。針對此，將次要氣流降低至1.7×105nm3，并持續(xù)調(diào)整二次風(fēng)量，可以有效減少粉煤灰中的碳含量。

5）加大鍋爐運行的管理力度。在優(yōu)化鍋爐運行系統(tǒng)時，不但需要適當(dāng)調(diào)整與改善鍋爐系統(tǒng)的工作條件與工作技術(shù)，還要嚴格按照具體的管理規(guī)范條例有效運行鍋爐系統(tǒng)，以此提升鍋爐的熱效率，促使其呈持續(xù)輸出狀態(tài)，有效避免可能發(fā)生安全故障的風(fēng)險。對循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)進行優(yōu)化與改造時，還應(yīng)選擇適合的復(fù)合鍋爐設(shè)計煤種，從整體上加強煤與鍋爐之間的適配關(guān)系，真正為鍋爐運行的安全性和穩(wěn)定性提供基本保障。因此，將鍋爐系統(tǒng)技術(shù)進行有效改良與創(chuàng)新，可以在一定程度上提高鍋爐設(shè)備的運行效率和煤種適應(yīng)性。

4 結(jié)語

循環(huán)硫化床鍋爐不但具有廣泛的應(yīng)用前景，其運行效率也較為高效、能源損耗普遍偏低、污染程度更低。循環(huán)流化床鍋爐本質(zhì)上可歸屬于低溫燃燒鍋爐，其氮氧化物的排放量可稱之為高溫燃燒鍋爐，并且在燃燒過程中還能處于完全脫硫狀態(tài)，因此循環(huán)流化床鍋爐還可以視為一種綠色環(huán)保型鍋爐。在提高設(shè)備的燃燒熱效率時，具體可選擇優(yōu)化燃燒空氣總量、調(diào)整料層壓差、控制一次風(fēng)量、降低二次風(fēng)量、加大鍋爐運行的管理力度。