摘要：本文介紹了循環流化牀鍋爐的發展歷史，並針對現階段中小型循環流化牀鍋爐運行中突出的飛灰含碳量高的問題展開討論，提出一些降低飛灰含碳量的措施。
關 鍵 字：中小型循環流化牀鍋爐 飛灰含碳量偏高
0 循環流化牀鍋爐發展概況
循環流化牀燃燒技術是國內外公認的一種潔淨煤燃燒技術。循環流化牀鍋爐具有煤種適應性廣、燃燒效率高、環境性能好、符合調節範圍大和灰渣綜合利用等優點，近十年來在工業鍋爐、電站鍋爐、舊鍋爐改造和燃燒各種固體廢棄物等領域得到迅速的發展。我國是以煤爲主要一次能源的國家，燃用的煤種最爲齊全。近十幾年來，我國循環流化牀技術發展迅速。
1981年國家計委下達了“煤的流化牀燃燒技術研究”課題，清華大學與中國科學院工程熱物理研究所分別率先開展了循環流化牀燃燒技術的研究，標誌着我國循環流化牀鍋爐的研究和產品開發技術正式啓動。到2005年4月爲止，我國運行的循環流化牀鍋爐CFBB已超過100臺，已經投運的最大機組是安裝在四川內江、從奧斯龍公司進口的410t/h（100WM）循環流化牀高壓電站鍋爐，由於運行臺數較少，各方面的經驗還有待積累。
另外，我國正在引進一臺Alstom公司的1025t/h的常壓循環流化牀鍋爐及相應的關鍵配套設備，在四川白馬電廠建立300MW循環流化牀示範工程；國家電力公司熱工研究院夜設計了300MW循環流化牀鍋爐方案標誌着我國循環流化牀鍋爐將朝着大型化方向發展。現在，我國已成爲世界上CFB機組數量最多、總裝機容量最大和發展速度最快的國家。
1 循環流化牀鍋爐目前存在的問題
但是這種超常規的循環流化牀鍋爐的發展速度使循環流化牀鍋爐運行出現了一些問題。諸如：①爐膛、分離器以及回送裝置及其之間的膨脹和密封問題。特別是鍋爐經過一段時間運行後，由於選型不當和材質不合格，加上鍋爐的頻繁起停，導致一些部位出現顆粒向爐外泄漏現象。②由於設計和施工工藝不當導致的磨損問題。爐膛、分離器以及返料裝置內由於大量顆粒的循環流動，容易出現材料的磨損、破壞問題。一些施工單位對循環流化牀內某些局部部位處理不當，出現凸臺、接縫等，導致從這些部位開始磨損，然後磨損擴大，導致爐牆損壞。③爐膛溫度偏高以及石灰石選擇不合理導致的脫硫效率降低問題。早期設計及運行的循環流化牀鍋爐片面追求鍋爐出力，對脫硫問題重視不夠，爐膛溫度居高不下，石灰石種類和粒度的選擇沒有經過仔細的試驗研究，導致現有循環流化牀鍋爐脫硫效率不高，許多鍋爐脫硫系統沒有投入運行，缺乏實踐經驗的積累。④灰渣綜合利用率低的問題。一般認爲，循環流化牀鍋爐的灰渣利於綜合利用，而且利用價值很高，但由於各種原因，我國循環流化牀鍋爐的灰渣未能得到充分利用，或者只進行了一些低值，需要進一步做工作。⑤飛灰含碳量高的問題。這些問題的存在影響了循環流化牀鍋爐的連續、安全、經濟運行，還帶來了維修工作量大、運行費用高等問題。就中小型循環流化牀鍋爐來說，飛灰含碳量高是一個比較普遍的問題。
2 飛灰含碳量的影響因素及應採取的措施
影響循環流化牀鍋爐飛灰含碳量的主要因素如下：
1、 燃料特性的影響。循環流化牀鍋爐煤種適應性廣，但對於已經設計成型的循環流化牀鍋爐，只能燃燒特定的煤種（即設計煤種）時才能達到較高的燃燒效率。由於煤的結構特性、揮發份含量、發熱量、水分、灰份的影響，循環流化牀鍋爐的燃燒效率有很大差別。我國主要按煤的乾燥無灰基揮發分含量對煤進行分類，按照揮發分含量由低到高的順序將煤分成無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等。揮發分含量的大小實際上反映了煤形成過程中碳化程度的高低，與煤的年齡密切相關。不同煤種本身的物理組成和化學特性決定了它們在燃燒後的飛灰具有不同的形態和特性。東南大學收集了山西大同煙煤、廣西合山劣質煙煤和福建龍巖無煙煤等幾種典型煤種在電站鍋爐中燃燒生成的飛灰，製成樣品，用掃描電鏡進行了微結構分析。收到基灰髮分含量爲10%的廣西合山劣質煙煤所生成的飛灰大部分是較密實的灰塊，表面不光滑，沒有熔融的玻璃體形態存在，大部分粒子的孔隙率都較小，僅有少數球狀空心煤胞出現，但孔隙率也不大，壁面較厚，表面粗糙。該飛灰形態表明，該煤種燃盡率不高，取樣分析其飛灰含碳量爲10%左右。福建龍巖無煙煤揮發分含量較低，只有4%左右，屬典型難燃煤種，表現爲着火延遲、燃盡困難。雖然發熱值高，燃燒時火焰溫度可達1500℃以上，但燃盡率低，生成的球狀煤胞中絕大多數爲無孔或少孔，雖然也出現多孔薄壁球狀煤胞，但數量極少。無孔或少孔的球狀煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃體形態存在，對燃盡是極爲不利的。從煤粉鍋爐種採取飛灰樣，分析其含碳量在10%以上。山西大同煙煤飛灰中雖然也發現有極少部分少孔的密實球狀煤胞，但絕大部分爲多孔的疏鬆空心煤胞和骨質狀疏鬆結構煤胞，這兩種煤胞的孔隙率很大，這樣就形成了很大的反映表面積，對煤粉的燃盡十分有利，因而這種煙煤的飛灰含碳量很低。
2、 入爐煤的粒徑和水分的影響。顆粒過大，一方面牀層流化不好，另一方面，碳粒總表面積減少，煤粒的擴散阻力大，導致反應面積小，延長了顆粒燃盡的時間，顆粒中心的碳粒無法燃盡而出現黑芯，降低了燃燒效率，同時造成循環灰量不足，稀相區燃燒不充分，出力下降。另外，大塊沉積，流化不暢，局部結焦的可能性增大，排渣困難。顆粒過小，牀層膨脹高，易燃燒，但是易造成煙氣夾帶，不能被分離器捕捉分離而逃逸出去的細顆粒多，對燃盡不利，飛灰含碳量高。通過實驗發現：顆粒太小，由於煤粉在爐內停留時間過短，燃不盡，飛灰含碳量就大。相對而言，燃用優質煤，煤顆粒可粗些；燃用劣質煤，煤顆粒要細些。所以對於不同的煤質要調整二級破碎機的破碎能力來調整煤的粒度。煤中水分過大不僅降低牀溫，同時易造成輸煤系統的堵塞，故對於水分高的煤進行摻燒。
3、 過量空氣係數的影響。一次風作用是保證鍋爐密相區料層的流化與燃燒，二次風則是補充密相區出口和稀相區的'氧濃度。調整好一二次風的配比，有效地降低飛灰、灰渣含碳量，是保證鍋爐經濟燃燒的主要手段。運行中適當提高過量空氣係數，增加燃燒區的氧濃度，有助於提高燃燒效率。但爐膛出口過量空氣係數超過一定數值，將造成牀溫下降，爐膛溫度下降，總燃燒效率將下降，風機電耗增大。所以在符合變化不大時，一次風量儘量穩定在一個較合適的數值上，少作調整，主要靠調整二次風比例來控制密相區出口和稀相區的氧濃度。一二次風的配比，與鍋爐負荷、煤種等有關，通過進行燃燒調整試驗可建立鍋爐不同負荷與一二次風量配比的經驗曲線或表格，供運行調整時參考。
4、 燃燒溫度的影響。和煤粉鍋爐爐膛溫度高達1400~1500℃相比，循環流化牀運行溫度通常控制在850~900℃之間，屬低溫燃燒，在此條件下煤粒的本正燃燒速率低得多，加上流化牀內顆粒粒徑比煤粉爐內煤粉粗得多，所需的燃盡時間長得多。提高燃燒溫度，飛灰含碳量低；相反，燃燒溫度低，飛灰含碳量高。
5、 分離器分離效率的影響。分離器分離效率高，切割粒徑小，飛灰含碳量低；相反，分離器分離效率低，切割粒徑大，飛灰含碳量高。經過20年的發展，目前我國循環流化牀鍋爐使用的高效分離器有三種：上排氣高溫旋風分離器、下排氣中溫旋風分離器和水冷方形分離器。
6、 飛灰再循環倍率的影響。飛灰再循環的合理選取要根據鍋爐爐型、鍋爐容量大小、對受熱面和耐火內襯的磨損、燃煤種類、脫硫劑的利用率和負荷調節範圍來確定。
7、 鍋爐蒸發量的影響。鍋爐蒸發量大，相應的燃燒室溫度高，一次通過燃燒室燃燒的粒子（分離器收集不下來的粒子）燃燒時間長，燃盡度較高，飛灰含碳量低；相反，飛灰含碳量高。
8、 除塵灰再循環燃燒的影響。對難燃盡的無煙煤，採取分離灰循環燃燒之後，飛灰含碳量仍比較高。爲了進一步降低飛灰含碳量，一個比較有效的措施是採用除塵灰再循環燃燒。德國一臺循環流化牀鍋爐，當分離灰再循環倍率爲10~15時，飛灰含碳量仍有23%左右。爲了降低飛灰含碳量，採用了除塵灰再循環燃燒。當除塵灰再循環倍率爲0.3時，飛灰含碳量降低到了10%左右；除塵灰再循環倍率爲0.6時，飛灰含碳量降低到了4%。
3 結論
降低飛灰含碳量的措施有多種，應根據實際情況選擇最經濟最實用的措施。我廠四臺循環流化牀鍋爐也存在飛灰含碳量高的問題，我們會借鑑前人的經驗，嘗試一些措施以降低飛灰含碳量。
參考文獻：
[1] 路春美等，循環流化牀鍋爐設備與運行[M]，中國電力出版社，2003
[2] 劉德昌等，循環流化牀鍋爐運行及事故處理[M]，中國電力出版社，2006