循环流化床锅炉灰渣中残炭量高的原因分析与措施

苗红军

河南省煤业化工集团鹤煤公司 鹤壁 458000

王双岩

新奥集团新能凤凰(滕州)能源有限公司 滕州 277500

张振保 王 伟 李明明

河南金大地化工有限责任公司 漯河 462400

1 概述

某煤化集团公司520kt/a 尿素装置，由于天然气短缺和涨价，2001年4月该公司决定用煤替代天然气。循环流化床锅炉自建成投产以来，运行基本稳定，但由于对循环流化床锅炉燃烧规律掌握不够，缺乏优化控制运行经验，一度出现灰渣中残炭量7%～16%，灰中残炭量18%～28%的现象，造成锅炉热效率下降，运行很不经济。为此，技术人员不断消化吸收循环流化床锅炉燃烧技术，并结合实际运行工况，分析残炭量过高的原因，提出合理控制与调整燃烧的办法，从而降低了灰渣中的残炭含量。

2 锅炉的燃烧和烟气系统流程

锅炉的一次风大部分作为流化风经布风板入炉膛,小部分作为给煤机的加压密封和播煤风；高压返料风机提供的风量大部分作为返料风，小部分作为送煤风；二次风通过炉膛床层上部三排21个风嘴供入。

炉膛采用膜式水冷壁结构,高温烟气夹带部分颗粒由炉膛出口入高温旋风分离器,分离下来的颗粒经L型回料阀送回炉膛,热烟气夹带少量细颗粒进入尾部烟道。水平烟道内布置着高温过热器，尾部竖井烟道内从上到下依次布置悬吊管、低温过热器、省煤器和二级、一级空气预热器。预热器出口烟气经除尘器除去飞灰颗粒后,再经引风机排大气。

3 运行工况优化调整试验参数及结果

为便于分析残炭量高、锅炉热效率下降的原因，以锅炉常用工况为基础, 测定不同负荷、过剩氧量、床压、床温等运行参数和煤质特性对燃烧效率及灰渣中残炭量的影响, 找出相互作用的规律或趋势。煤种主要成分见表1，燃烧试验数据见表2，运行及分析数据见表3。

表1 煤种主要成分表 (%)

表2 燃烧试验数据

表3 运行及分析数据

说明：①受分析条件限制，燃料煤的粒径筛分数据未做，排渣中残炭含量做具体分析，定期分析时均在7%～16%，此次计算时均按设计2%进行计算，这些对于燃烧调整和结果分析均有一定影响；②工况9和工况10使用的是山西煤，没用鹤壁煤。该数据来源于实际工况。受实际运行限制，同样的工况不可能出现两种煤。

4 原因分析、措施和效果

4.1 排烟氧量

4.1.1 原因

锅炉在运行时， 因风量表不准，为确保流化良好，一次风机风门开度较大，造成二次风机风门开度较小，风压都在5 kPa 以下。由于压头低，二次风的穿透深度和扰动能力差，燃烧室中、上部的核心区域氧量低，甚至会出现负氧区，导致燃烧不充分。排烟氧量与灰中残炭含量的关系，见图1。

图1 排烟氧量与灰中残炭含量关系图

由图1可知，当排烟氧量增加时，灰中残炭含量降低。这是由于当排烟氧量增加时，炉内氧浓度相应提高，有利于煤的燃尽，使灰中残炭含量下降。

锅炉燃烧效率与排烟氧量的关系，见图2。

图2 锅炉燃烧效率与排烟氧量关系图

由图2可知，随着排烟氧量增加，燃烧效率上升。但排烟氧量过大会增加排烟热损失，应综合考虑不致使排烟热损失过度增大的前提下，适当提高过剩氧量。

4.1.2 措施

当炉内处于缺氧燃烧状态，灰渣中残炭含量就会较高。因此，根据锅炉负荷情况，保持二次风压在5kPa 以上，并适当调整炉本体二次风门开度和一次风量，使烟气含氧量保持在3%～6%。

4.1.3 效果

调整一、二次风配比，适当提高二次风压，灰渣含炭量可维持在3%～5%，操作条件明显趋好。

4.2 床压

4.2.1 原因

试验期间冷渣器采取连续排渣,控制床压。床压与灰中残炭含量的关系见图3，其负荷约为85%,因测量范围较小，只作为参考。

图3 床压与灰中残炭含量关系图

由图3可知，随着床压升高, 灰渣中残炭含量升高，床压升高到一定程度后，灰渣中残炭含量又有所降低。床压的大小间接表明了炉内床层的高低,在一定流化风速下, 床压低时物料燃烧较充分，床压升高后炉膛内床层相对增高,炉内物料浓度增大,燃烧效率下降，灰渣中残炭含量升高，继续升高床压后，由于使得随流化风从炉底向上运动的细小煤粒与床料碰撞的几率增大,难以飞出炉膛,这就延长了细小颗粒在炉内停留时间, 提高其燃尽度。

4.2.2 措施

在综合考虑其它因素(如床层良好流化、煤质、烟气氧量、一、二次风配比、合理的风机电耗)的前提下,床压控制在7～8 kPa。

4.2.3 效果

通过大量试验表明，床压维持在7～8 kPa，灰渣含炭量有一定降低。

4.3 煤质

4.3.1 原因

由于厂内可供选择的煤种有限,试验煤种不多，但对比效果很好。由表1可见,试验期间燃煤有两种。第一种是山西煤，高热值、低挥发分、灰分偏低；第二种煤为鹤壁煤，热值偏低, 挥发分稍高。但两种煤均属于低反应能力的贫煤。相对而言，山西煤更接近锅炉设计的煤种。

要降低灰渣中残炭含量,提高锅炉效率,应尽可能采用高热值、高挥发分的煤种,但也需综合考虑有关因素,如燃烧、煤价、运费等,这样才能使营运方式更加合理。

燃煤的粒度分布对燃烧和传热也有很大影响，因分析条件受限，未进行粒度分析。从给煤机入口检查和锅炉排渣情况看,入炉煤中存在相当多的细粒径颗粒和较大的粗颗粒，中粒径(×50)(2mm)的较少。由于该厂上煤系统采取一级破碎，加之所用煤杂质较多，使得入炉煤的粒度不符合设计要求,一方面存在粒度很大的颗粒,严重影响锅炉的正常流化和安全运行；另一方面入炉煤中细颗粒组分偏高,操作中因防大颗粒造成流化不好而加大流化风量后，造成风速过大，细颗粒煤在炉膛内停留时间缩短，未燃烧完就会被带出炉膛，使灰渣中残炭含量升高,还易出现炉膛水冷壁管磨损等问题。

4.3.2 措施

根据分析结果，在采购原煤时，尽可能使用接近锅炉设计煤种。

4.3.3 效果

使用煤种与锅炉原设计煤种接近的情况下，炉膛内有足够的空间燃烧，通过化验分析对比，原煤热值提高后，排渣量减少，随着渣排放的未燃尽原煤颗粒大幅减少，灰渣含炭量明显降低。

4.4 床温

4.4.1 原因

床温是CFB锅炉的重要运行参数,从有利于燃烧的角度看,提高床温是有益的。因为,提高燃烧温度可缩短燃尽时间，从而降低灰渣中残炭含量。

4.4.2 措施

根据煤种变化，适当调整床温。对于难燃烧煤种,可适当考虑提高床温在900～950℃，以保证燃烧稳定与减少固体未燃烧损失。当然要控制床温低于煤的变形温度100～200℃，以防止结焦, 还要考虑脱硫反应的最佳温度约为850 ℃,因此床温不宜超过950℃。对于烟煤床温可以控制在850～920℃。

4.4.3 效果

通过实验，床温变化对灰渣含炭量的影响非常显著，可以减少20%损失量。

4.5 负荷

4.5.1 原因

负荷与灰渣中残炭量关系见图4。

图4 负荷与灰渣中残炭量关系图

由图4可以看出，飞灰可燃物含量随着锅炉负荷升高而升高，特别是高负荷时。这是由于使用煤种与锅炉原设计煤种相差较大，发热量较低，随着负荷升高，所用煤量超过锅炉的设计给煤量，满负荷时超过原设计给煤量的40%，这样就造成煤在炉膛内没有足够的空间，它对于燃烧速度控制的动力和扩散都有影响，造成炭粒在炉膛内不能完全燃烧，致使灰渣中残炭含量升高。

4.5.2 措施

在使用劣质煤种时，锅炉负荷应保持在50%～80%，在使用接近设计煤种时，负荷可以控制在40%～110%。多台锅炉运行时，可以适当调整各个锅炉负荷，使其在最佳工况下运行。

4.5.3 效果

随使用煤种变化情况，应适当调整锅炉负荷，可有效降低灰渣中残炭含量。

5 建议

(1)当排烟氧量增加,灰渣中残炭含量降低,燃烧效率上升时,应综合考虑不使排烟热损失过度增大的前提下,可适当提高过剩氧量。推荐的排烟氧量控制值如下：5.0%(85%MCR)；5.5%(65%MCR)；6.0%(50%MCR)(MCR为锅炉额定负荷)。

(2)当二次风风压低时,建议对测风流量计进行改换，确保降低一次风量，增加二次风量，但又不致引起床层结焦，另外可将三排风嘴关掉一排以增加二次风的风压。

(3)随着床压升高, 灰渣中残炭含量有规律地上升和下降。在综合考虑其它因素(如合理的风机电耗、煤质、安全)的前提下,可适当控制床压在8.0～8.5kPa,以降低灰渣中残炭含量。

(4)如要降低飞灰可燃物就应尽可能采用锅炉设计的煤种,同时需综合考虑各有关技术经济因素, 如返料温度、结焦、运行成本、检修周期及费用、煤价及运费等。

必须严格控制入炉煤粒度<13 mm,煤的粒度分布也要符合要求，这样也可以优化一、二次风的配比，达到节能降耗的目的。

需要加强燃料设备维护,当破碎机筛板、环锤磨损超标时应及时维修或更换。

(5)对于难燃煤种,适当提高床温可以降低飞灰可燃物。当然要综合考虑脱硫反应的最佳温度和煤的变形温度等,但床温不宜超过950℃。

(6)为降低飞灰可燃物含量，提高旋风分离器的效率，既可适当加长中心筒长度，也可将入口烟道缩口，以提高分离器进口风速。

6 结语

综上所述，采取以上措施并实施后，该锅炉运行正常，效果良好。