煤炭是我國重要的能源，據(jù)國家能源局公布的“十二五”能源規(guī)劃內(nèi)容中所述，預(yù)計(jì)到“十二五”階段末即2015年，煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重為63%，可見，煤炭在一次能源消費(fèi)中仍占主導(dǎo)地位。而這些煤炭中又有84%是直接用于燃燒的，其燃燒效率的高低，燃燒所產(chǎn)生大氣污染物的治理程度等，直接影響到建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會(huì)的目標(biāo)。
    循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有燃燒效率高、污染物排放量少、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、灰渣易于實(shí)現(xiàn)綜合利用、易于進(jìn)行舊鍋爐改造等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，在我國得到了快速的發(fā)展。但與西方發(fā)達(dá)國家以燃煤脫硫、脫硝為主要目的不同，我國使用循環(huán)流化床鍋爐的主要目的是能燃用劣質(zhì)燃料，因此，有著為數(shù)眾多的小容量機(jī)組，鍋爐也多為75 t/h以下的中小型鍋爐，在實(shí)際投運(yùn)中存在諸多問題。下面結(jié)合某電廠40 t/h循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行情況，分析循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中常見的出力不足，無法達(dá)到設(shè)計(jì)值的問題，并找出相應(yīng)的解決辦法。
1、案例分析
1.1  40 t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行現(xiàn)狀
    某廠是以煤矸石為燃料的發(fā)電兼供熱的小型熱電站，在消化煤矸石的同時(shí)，產(chǎn)生了大量S02及粉塵，對(duì)環(huán)境造成了很大污染，為適應(yīng)國家新的環(huán)保要求，該廠進(jìn)行了供熱環(huán)保改造，將原來落后鍋爐淘汰，改為現(xiàn)在使用的循環(huán)流化床鍋爐，型號(hào)為：JG - 40/3. 82 -M。投產(chǎn)后，鍋爐的運(yùn)行狀況一直不理想，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，主要表現(xiàn)在出力不足，爐膛出口溫度偏低。由于鍋爐運(yùn)行狀況不理想，使得該廠煤耗較大、用電居高不下，并對(duì)該廠肩負(fù)的冬季供暖任務(wù)的完成帶來很大困難。
1.2鍋爐運(yùn)行技術(shù)參數(shù)
    2010年11月～2011年2月鍋爐蒸發(fā)量見表1．鍋爐運(yùn)行技術(shù)參數(shù)見表2。
    通過分析鍋爐運(yùn)行技術(shù)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量均值為34.5 t/h，僅能達(dá)到設(shè)計(jì)值的86%，而爐膛出口溫度為750C，僅能達(dá)到設(shè)計(jì)值的87%，可見，爐膛出口溫度的偏低使得蒸發(fā)量不足，進(jìn)而使得鍋爐出力達(dá)不到額定值，最終影響到了整個(gè)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1.3影響鍋爐運(yùn)行狀況的主要因素
對(duì)循環(huán)流化床鍋爐而言，可能引起爐膛出口溫度降低的原因有：風(fēng)機(jī)出力低、爐膛漏風(fēng)大、主副床物料循環(huán)不好、懸浮段溫差大、煤質(zhì)差、燃料顆粒粗細(xì)配比不合適等，經(jīng)過該廠技術(shù)人員的逐步分析與排查，結(jié)合該廠實(shí)際生產(chǎn)情況，最終確定了如下幾項(xiàng)主要因素。
    三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，這種生物質(zhì)鍋爐主要燃燒和使用秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料等，如下圖所示：    1)主副床物料循環(huán)不好。循環(huán)流化床燃煤技術(shù)對(duì)煤在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間有一定要求(通常至少要求4 s)，由于40 t/h及以下鍋爐受成本等因素的制約，爐膛高度有限，因此，常用增加副床的辦法來彌補(bǔ)煙程的不足，副床流化速度較低，物料在其中充分燃燒后，副床渣中可燃物含量低于1010，從而使得鍋爐整體效率得以提高。在主副床溫的選擇上，綜合考慮結(jié)渣的危險(xiǎn)性、脫硫效果、氮氧化物的控制等相關(guān)因素，最終設(shè)計(jì)確定主床溫度850—950C，副床比主床低50℃，副床上中下相差50℃。但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，副床溫度明顯低于規(guī)程要求的溫度，而主床溫度高，見表3。主床物料交換不到副床的物料，從而影響到爐膛出口溫度。
    2)粗細(xì)顆粒配比不合適。循環(huán)流化床鍋爐因?yàn)闆]有制粉系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)破碎后的燃煤直接進(jìn)入爐膛燃燒，同時(shí)它不要求所有送人的燃料在一次通過爐膛就實(shí)現(xiàn)完全燃燒，因此．對(duì)燃煤顆粒粒度的分布要求比較嚴(yán)格。臨界流化速度、運(yùn)行速度和飛出速度與顆粒粒徑的關(guān)系見圖1。
    由圖l可知，當(dāng)顆粒直徑d= 2.6 mm時(shí)，其運(yùn)行速度已經(jīng)超過了d =0.8 mm粒徑的飛出速度，這樣，當(dāng)2.6 mm直徑的粒徑燃燒時(shí)，0.8 mm直徑的粒徑很容易被飛灰?guī)С鰻t膛，使得鍋爐煤耗增加，經(jīng)濟(jì)性差。
    可見，這些顆粒粒度的具體構(gòu)成對(duì)燃燒和傳熱起著很重要的作用。通常，按尺寸大小可將顆�？煞譃�
    圖1臨界流化、運(yùn)行和飛出速度與顆粒粒徑關(guān)系圖三種形式：第一部分是粗顆粒，主要在床內(nèi)停留與燃燒，最終以底渣的形式排出爐外，第二部分是細(xì)顆粒，它們會(huì)逃離爐膛和旋風(fēng)分離器作為飛灰排出；第三部分是中等顆粒，它們?cè)诖矁?nèi)循環(huán)燃燒直至磨細(xì)作為飛灰排除。
    若粗顆粒太多，則會(huì)降低傳熱并且使流化不均；若中等顆粒太多（由于在目前循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行中，一般都不排放循環(huán)灰），又會(huì)使循環(huán)灰在爐內(nèi)會(huì)越積越多，使床壓升高，爐膛上部顆粒濃度升高，使實(shí)際運(yùn)行鍋爐偏離設(shè)計(jì)值。因此，適當(dāng)選取顆粒粒度對(duì)循環(huán)流化床鍋爐流化、傳熱與燃燒非常重要。
    該廠機(jī)組投運(yùn)后，經(jīng)過對(duì)燃料粒度統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，雖然經(jīng)過了破碎篩分系統(tǒng)，但燃料中粗顆粒偏多，粗細(xì)顆粒配比達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，使得鍋爐流化不均勻，降低了傳熱與燃燒，最終使?fàn)t膛出口溫度低于設(shè)計(jì)值。顆粒粒徑見表4。
    3)懸浮段溫差大。由煙氣夾帶出床層的細(xì)顆炭粒和少量揮發(fā)分在懸浮段內(nèi)繼續(xù)燃燒釋放的熱量和受熱面吸收的熱量的熱平衡決定了懸浮段的煙溫分布。由于該電廠為矸石電廠，燃料為煤矸石，化學(xué)反應(yīng)活性較差，燃燒不充分，放熱量不足，因此，溫度衰減很塊，造成整個(gè)懸浮段溫差降很大，實(shí)際檢測(cè)到懸浮段溫差約170℃，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求的73℃。溫差值見表5。
2、解決問題的辦法
2.1  改造煙風(fēng)系統(tǒng)
1)調(diào)整一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比。循環(huán)流化床鍋爐由于自身燃燒特點(diǎn)，使得其煙風(fēng)系統(tǒng)與其它鍋爐有很大區(qū)別，風(fēng)機(jī)數(shù)量多，壓頭差異大，管路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其中，一次風(fēng)的主要作用是作為床料的流化風(fēng)以及為燃料初期燃燒提供氧量，需要克服布風(fēng)板阻力、料層阻力，因此，一次風(fēng)機(jī)壓頭高，流量大；二次風(fēng)的主要作用是為燃料燃燒提供后續(xù)氧量，進(jìn)入爐膛加強(qiáng)爐內(nèi)空氣擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)燃料的分級(jí)燃燒，并盡量實(shí)現(xiàn)燃料的充分燃燒。
    在原來的煙風(fēng)系統(tǒng)條件下，一次風(fēng)比過高，這必然導(dǎo)致高的密相區(qū)燃燒份額，此時(shí)就要求有較多的溫度低的循環(huán)物料返回密相床，而實(shí)際運(yùn)行中，物料循環(huán)很不充分，直接導(dǎo)致鍋爐出力上不去。返料量和一次風(fēng)量的關(guān)系見圖2。
    該廠結(jié)合煙風(fēng)系統(tǒng)的獨(dú)特性，經(jīng)過研究與總結(jié)，在運(yùn)行時(shí)，調(diào)整了一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比，將一次風(fēng)降低到流化狀態(tài)運(yùn)行，同時(shí)適當(dāng)增加二次風(fēng)量，保證副床物料流化，達(dá)到主副床物料良好循環(huán)的效果。
    2)拆除主副床間的擋墻。在冷態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)副床物料流回到主床的物料比例較少，主副床循環(huán)差，主床溫度高，給煤困難。因此，將原來煙風(fēng)系統(tǒng)中主副床間的擋墻全部拆除，使得主副床間循環(huán)量增加，副床溫度得以提高。
    通過對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整與結(jié)構(gòu)改造，主床溫度在900℃—950℃之間運(yùn)行，副床溫度在850℃～900℃之間運(yùn)行，沸下點(diǎn)溫度也能達(dá)到780℃～830℃。
2.2改造破碎篩分系統(tǒng)
    該廠使用的破碎機(jī)為環(huán)錘式破碎機(jī)，燃料以煤矸石為主，燃料由進(jìn)料口進(jìn)入破碎室后，在高速旋轉(zhuǎn)、交錯(cuò)排放的錘頭沖擊下，受到剪切、研磨、擠壓、滾碾等綜合力的作用，從而破碎到相應(yīng)的粒度。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于破碎機(jī)二次篩分篩板間隙為10 mm，導(dǎo)致最終破碎后的顆粒較大，無法滿足JG - 40/3. 82 -M循環(huán)流化床鍋爐對(duì)入爐煤粒度的設(shè)計(jì)要求(8 mm以下顆粒占95%)，將原來二次篩條狀篩板間隙由原來的10mm調(diào)整為8 mm，大顆粒經(jīng)過返料皮帶，經(jīng)過再次破碎后，再回到皮帶，從而提高了8 mm以下細(xì)顆粒的比例，通過調(diào)整后，8 mm以下顆粒所占比例由之前的75%上升到了85%，大大改善了鍋爐的傳熱與燃燒性能。
2.3增加衛(wèi)燃帶高度，降低懸浮段溫差
    在爐膛四周使衛(wèi)燃帶高度由原來的?16.3 m增加到V 19.3 m，增加3m后，水冷壁吸熱減少，爐膛溫度提高，同時(shí)懸浮段飛灰顆粒因爐膛溫度高而能夠充分燃燒，這樣，新的熱平衡形成了，爐膛出口溫度也相應(yīng)提高了。
    通過調(diào)整后，爐膛出口溫度提高到820℃～860℃，懸浮段溫差減小，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3、結(jié)語
    循環(huán)流化床鍋爐作為一種新型燃燒方式，雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但其獨(dú)特的燃燒方式也對(duì)煙風(fēng)系統(tǒng)、破碎篩分系統(tǒng)以及其它相關(guān)輔機(jī)設(shè)備具有特別的要求，只有各系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整達(dá)到相應(yīng)要求，才能使循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定、高效。
    通過調(diào)整后，爐膛出口溫度達(dá)到了要求，相應(yīng)地，鍋爐蒸發(fā)量也提高了5.5 t/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)值40 t/h。同時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量達(dá)到設(shè)計(jì)值后，也使得該廠能夠圓滿完成冬季的發(fā)電供熱任務(wù)。