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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、檢修分場熱工專業(yè)主任、分場書記兼熱工專業(yè)主任、檢修分場主任、熱化分場主任，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)流化床鍋爐的特點和基本特征，并針對循環(huán)流化床鍋爐在運行當中容易出現(xiàn)的問題提出了需要注意和解決的方法，尤其是對循環(huán)流化床鍋爐的燃燒原理、爐膛內(nèi)部的物料流動結(jié)構做了比較深入的探討，并對機組在點火啟動、給煤、燃燒控制（一次風、二次風）、分離器、返料器、排渣等分系統(tǒng)做了比較細致的描述。

關鍵詞：燃燒機制；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、在燃燒的過程中可以實現(xiàn)脫硫）、廣泛的燃料適應性和燃燒的穩(wěn)定性、燃燒效率高、排出的灰渣易于綜合利用以及負荷調(diào)節(jié)范圍廣等特點，目前已經(jīng)在國內(nèi)得到了極大的推廣和應用。

2　CFB鍋爐的發(fā)展歷程

    在1980-1990年國內(nèi)的主要鍋爐廠家就開始研究國外35-75t/h的CFB鍋爐技術，并取得了成功，推廣應用大約50臺機組；1991-2000年開始研究75-130t/h的CFB鍋爐，推廣應用大約200臺機組；在2000至2004年開始研究大型CFB機組，其中國內(nèi)三大鍋爐廠分別引進了三家國外公司大型CFB鍋爐技術（1996年東方鍋爐廠引進FW公司220-400T/hCFB技術；2001年哈爾濱鍋爐廠引進了EVT公司100MW-150MW機組CFB技術；2002年上海鍋爐廠引進了ABB-CE公司的100MW-150MW機組CFB技術），并推廣應用200余套。目前CFB機組正朝著大型化方向發(fā)展，國內(nèi)第一臺200MWCFB機組將在江西分宜投入運行，第一臺300MW機組將在四川內(nèi)江投入生產(chǎn)。

3　CFB的基本特點

    CFB鍋爐在結(jié)構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)（見圖1），一次風由鍋爐底部風室進入密相區(qū)，主要將密相區(qū)的床料良好流化；二次風由爐膛中部分層進入稀相區(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行爐內(nèi)燃燒過程中的脫硫，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)過安裝在爐膛出口的旋風分離器后，細小顆粒被煙氣直接帶入尾部煙道排出，而稍大一點的顆粒被分離后進入返料裝置在返料風的作用下被重新回送爐膛繼續(xù)燃燒，這就構成了CFB鍋爐的外部循環(huán)與內(nèi)部循環(huán)。

圖1  CFBB結(jié)構示意圖

    CFB的特征構件：

    ● 旋風分離器（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

    4.1　啟動床料

    要保證循環(huán)流化床的正常運行，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)，因此在初次啟動時需要在爐膛內(nèi)加入一定的物料，初次啟動一般加入粒徑在1mm以下的細河砂，床料的具體高度以鍋爐廠說明書為準（哈鍋440t/h：600mm），再次啟動可以使用原有的床料。鍋爐點火啟動時間不易過長，因為啟動時間過長容易造成床料中細物料的缺失，造成流化不良等，突然給煤易造成啟動時局部結(jié)焦，隨著給煤量的持續(xù)加入和負荷的逐漸升高，結(jié)焦的范圍將逐步擴大，如果發(fā)現(xiàn)不及時將造成整個床層的結(jié)焦，將嚴重影響正常生產(chǎn)。其實這種現(xiàn)象是完全可以通過仔細觀察床層每個區(qū)域的溫度曲線來得到避免，如果在初次加煤后，床層各點溫度均呈幅度基本相同的變化趨勢，則表示啟動、流化、著火正常，如果出現(xiàn)發(fā)散特性，則應停爐檢查，防止結(jié)焦的進一步擴大。

    4.2　啟動加煤

    當啟動床料溫度升高到煤的著火點后（煤種不同其著火點不一樣，最好采用設計煤種，一般煙煤550℃、貧煤650℃、無煙煤750℃）應采取脈動給煤的方式，一般是加煤90S然后停90S，連續(xù)3次，期間仔細觀察床溫和氧量的變化，如果床溫的變化趨勢是先降后升，而氧量在持續(xù)下降，則表示煤已點著，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25%。

    給煤系統(tǒng)主要容易出現(xiàn)的問題是堵煤，這跟煤的粒度、水分以及煤斗的設計有很大的關系，當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）、煤中的細顆粒過多，極易產(chǎn)生粘壁、搭橋現(xiàn)象，導致出口堵煤，因此煤在破碎前應盡量進行篩選避免細顆粒煤的再次破碎，這樣既可以有效防止堵煤同時又可以保證入爐膛煤的粒度。

    4.3　爐膛內(nèi)物料的流動結(jié)構

    物料在爐膛中呈核環(huán)結(jié)構、壁區(qū)返混、揚析夾帶流動方式。根據(jù)循環(huán)流化床的流體動力特性，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動，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（顆粒團），顆粒團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，期間與受熱面進行對流和輻射傳熱。

    4.4　燃燒機制

    燃燒機制的核心為殘?zhí)迹囱h(huán)流化床內(nèi)所有沒有燃盡的碳質(zhì)量，而鍋爐負荷則全部來自于所有殘?zhí)嫉娜紵皇莵碜杂谒矔r的給煤量，給煤量只是用來補充燃燒中消耗的殘?zhí)迹ＷC在一定負荷下殘?zhí)伎偭康钠胶狻Ｒ虼苏f要進行循環(huán)流化床鍋爐的變負荷調(diào)節(jié)，關鍵是要調(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)倍率是指每小時的循環(huán)物料重量與進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、分離器效率及運行風速等）一般至少為20～50，也就是說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，況且煤進入爐膛后要進行一系列的吸熱、破裂、燃燒、放熱等過程，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ω摵傻恼{(diào)節(jié)主要采用以調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的灰濃度為主進行調(diào)節(jié)（灰濃度可以采用爐膛出口與密相區(qū)上部之間的差壓來表征），通過調(diào)整一、二次風的配比來調(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。增負荷則增大一次風量和給煤量，以氧量調(diào)整二次風量。減負荷則減煤、減一次風量，但減一次風量的前提是必須要保證鍋爐的最小流化風量（鍋爐最小流化風量一般為總風量的20%左右，最小一次風量的限制最好要比最小流化風量高出10%左右）。為防止突然較大負荷的減少導致主汽壓力的過度升高，建議在減負荷時，同時快速減少二次風量，進而降低稀相區(qū)的燃燒份額，也就是說在降負荷時以增加飛灰含碳量為代價來換取系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，同時為保證降負荷時因一次風量的降低可能導致床溫的驟降，建議同時增大排渣量，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

    鍋爐負荷在40%～100%的范圍內(nèi)，其分離效率一般可以達到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)過分離器分離后循環(huán)燃燒的程度進一步加大，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，這說明這一部分粒徑小的顆粒沒有被分離器分離出來進行循環(huán)燃燒，同時在旋風分離器內(nèi)也沒有發(fā)生二次燃燒。同時分離器入口煙氣流速、飛灰濃度、煙氣溫度等都會對分離器的分離效率產(chǎn)生影響。

    4.6　回料閥

    回料閥是構成循環(huán)流化床物料循環(huán)的重要構件之一，一般為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自由循環(huán)。回料風包括流化風和松動風，一般在冷態(tài)調(diào)好后無需再調(diào)節(jié)，與鍋爐的負荷無關，一般在料腿設置最高和最低料位監(jiān)視測點。

    4.7　排渣

    目前采用的冷渣器一般為滾筒冷渣器和風水聯(lián)合冷渣器，風水聯(lián)合冷渣器的主要優(yōu)點是容量大，冷卻效果好，在國外是廣泛使用的定型產(chǎn)品，但在國內(nèi)大多CFB鍋爐上配套使用時，存在的問題比較多，主要是鍋爐排出的底渣粒徑大。該型冷渣器由3個室組成，一室為空室，布置有水冷管束的二、三室之間設置了隔墻，依次并列的3個室均在底部安裝了布風板，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3個室風水聯(lián)合冷卻后，由第三室后壁中部的溢流口排出。由此可見：風水聯(lián)合冷渣器對底渣的粒度級是有一定要求的，比較適合于褐煤。而燃用貧煤、無煙煤等所產(chǎn)生的底渣就滿足不了冷渣器對粒徑的要求，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，往往導致停爐。因此說從煤中雜質(zhì)及入爐煤粒度控制方面無法改進的話，那么只能放棄這種冷渣器，轉(zhuǎn)而改用對底渣粒度不敏感的滾筒式冷渣器、螺旋式冷渣器或強力鋼帶式冷渣器。前兩者為國產(chǎn)，廉價，后者為進口，價格昂貴，但使用效果都很好，能夠滿足運行要求。

    為保證冷渣器的正常運行，冷態(tài)時應進行各冷渣室的流化風試驗，保證各室的冷渣風量，但因煤種的不同，渣的密度將不同時，因此應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，應適當放出部分底渣（主要是1室的大顆粒渣，通過底部的事故排渣口排出），注意底渣不可放空，否則將導致冷渣器的低溫結(jié)焦。

5　CFBB鍋爐容易出現(xiàn)的幾個問題

    5.1　點火啟動階段：

    ● 床下燃燒器燒壞（床下燃燒器的冷卻風量不足，運行中要注意觀察冷卻風量，保證壁溫熱電偶的安裝質(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量）；

    ● 排渣溫度高（入爐煤灰量大，遠遠超過設計煤種，底渣量超過冷渣器的設計能力，冷卻速度慢，導致排渣溫度高）。

    5.3　給煤系統(tǒng)問題
   
    堵煤、斷煤（原煤經(jīng)破碎后送入煤斗，當入爐煤細粒子多，且其表面水分大于一定值，則煤斗內(nèi)煤粘壁壓實、搭橋、出煤口不下煤，旋轉(zhuǎn)給料器輪斗粘煤、堵煤；煤斗設計不合理, 注意改善煤斗型線、下煤口結(jié)構以及煤斗內(nèi)襯材料等措施；給煤機斷鏈；應控制給煤粒度，最重要的是要控制采購時原煤中的細粒子粒度）。

6　對煤種適應性的說明

    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)點是對煤種的適應性強，但這并不意味著某一臺循環(huán)床鍋爐能燃用任何煤種。只有當煤種變化后，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)，鍋爐各項蒸汽參數(shù)能通過現(xiàn)有的調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)，并保證鍋爐各個受熱面不超溫，不結(jié)渣，同時鍋爐所有輔助設備，如煤的破碎和輸送、鍋爐所有風機的容量、鍋爐除灰出渣設備等都能安全穩(wěn)定運行，才能說該鍋爐對變動的煤種是適應的。所謂循環(huán)床鍋爐對燃料的適應性強，主要是指工程技術人員能夠按多種燃料設計相應的循環(huán)流化床鍋爐，而幾乎不受煤種的限制。對于一臺已經(jīng)布置制造好的循環(huán)床鍋爐，當煤種的變化范圍較寬時，其經(jīng)濟性和鍋爐的出力等均會受到不同程度的影響，甚至不能安全穩(wěn)定運行。如當煤的發(fā)熱量和揮發(fā)份較低時，鍋爐可能會由于床溫偏低而導致燃燒不穩(wěn)定，甚至熄火；當煤的發(fā)熱量和揮發(fā)份較高時，又可能導致床溫和尾部對流煙井溫度偏高而造成爐膛結(jié)渣，爐內(nèi)和尾部對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、旋風分離器出口煙溫、過量空氣系數(shù)等）相結(jié)合，決定了循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)主回路和尾部對流受熱面之間的熱負荷分配。對于不同燃料，循環(huán)主回路和尾部對流受熱面之間的熱負荷分配是不同的，對于煙煤煙氣攜帶了大約42%～44%的熱量到尾部受熱面，對于同一種煤種煙煤，發(fā)熱量低，水份較高，鍋爐帶到尾部的熱負荷高，這說明煙煤的發(fā)熱量越低，水份越高，帶到尾部的熱量也就越多，當煤種的熱質(zhì)和水份接近時，含氫量高的煤，煙氣帶到尾部的熱量也就高。對于貧煤，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。對于無煙煤，由于較難著火和燃盡，爐膛采用了較高的床溫，因此進入尾部對流煙道的煙氣溫度高，攜帶的熱量也高，基本上在46～49%左右，遠遠高于煙煤和貧煤；對于褐煤，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，因此進入尾部對流煙道的熱量介于煙煤、貧煤和無煙煤之間，約為45～46%左右。因此對于不同煤種，循環(huán)流化床鍋爐主循環(huán)回路和尾部對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，無煙煤為最大。對于同種煤種，煤的發(fā)熱量、水分、氫的含量對熱量分配有一定的影響，總的趨勢是發(fā)熱量越低，水分和氫含量越高，進入尾部的熱量越多，但在一定范圍內(nèi)差別不是很大。