燃煤的颗粒级配变化对锅炉飞灰可燃物的影响

摘要：粒径不同的燃煤在流化床锅炉内流化、循环的这一燃烧特点，决定了入炉煤须有相适应的颗粒级配及最大粒径要求。文章分析了燃煤的颗粒级配变化对锅炉飞灰可燃物的影响，初步归纳了循环流化床锅炉入炉煤粒径的最佳分布,对流化床锅炉的调试和运行有一定的指导意义。

关 键 字：CFB锅炉飞灰 燃煤粒径 比例变化 CFB锅炉 飞灰可燃物 影响

0　前言

在一个正常运行的循环流化床锅炉中，不同尺寸的颗粒成一定的分布。粗颗粒趋向集中在密相区，细颗粒作为飞灰被气流曳带离开分离装置，经过尾部受热面离开锅炉，中间尺寸的颗粒成为循环的主体。燃煤颗粒级配是指在允许的粒径范围内，不同等级的粒径的配比。燃煤颗粒粒径与级配的正确确定，对CFB锅炉的正常运行有着非常重大的意义。

燃煤的粒径范围及级配是根据不同的炉型和不同的煤种而确定的。中国华电集团石家庄热电厂四台循环流化床锅炉系东锅制造，自2003年5月正式投产以来，至今已经一年有余，在国内创造了数项ＣＦＢ锅炉的最佳运行纪录。锅炉蒸发量为410t/h,主汽压力9.81MPa，主汽温度540℃，给水温度 225℃，汽包压力11.08 MPa，床温896℃，给煤量46.93 t/h，石灰石量4.8 t/h，总空气量361000Nm3/h。设计煤种为山西晋中贫煤, 设计与校核煤种的主要数据为:收到基碳63.11%/56.15%,收到基灰份23.1%/29.4%,收到基低位发热量24200 /21130( KJ/Kg)哈式可磨系数为66/53.3。入炉煤的颗粒度为0~8mm，锅炉厂没有对燃料颗粒级配做出明确的规定。目前流化床锅炉燃煤一般要经过一级破碎和二级破碎，化学车间提供的粒径报告分为9个不同的粒径比例，其报告单见表一。

单位:　mm
 

1　燃煤粒径与级配的认识过程和煤粒的燃烧

1.1　燃煤粒径与级配的认识过程。经过了不同的发展道路后，国内外对流化床锅炉燃煤粒径与级配基本上达成了共识。国外经历了由细变粗的认识过程。鲁奇公司对入炉煤粒径要求从０．９ｍｍ增大到了６ｍｍ；国内则经历了由粗变细的认识过程。我国早期流化床锅炉采用了简单的机械破碎设备，入炉煤的粒径要求在０～２５ｍｍ，导致磨损严重和出力不足等问题。现在国内对入炉煤一般要求在０～８ｍｍ以内。欧州大型流化床锅炉的燃煤颗粒级配大体为：0.1ｍｍ以下份额<10%;1.0ｍｍ以下份额<60%；4.0ｍｍ以下份额<95%；10ｍｍ以上份额0。目前，国内外采用煤颗粒的制备公式为：

Vdaf+A=（85～90）%

公式中Vdaf??燃煤干燥无灰基挥发分，%；

A??入炉煤颗粒中<1mm的份额，%。

1.2　流化床煤粒的燃烧。流化床燃烧具有低温循环燃烧的特点。由于循环燃烧的特点,使其同煤粉炉相比燃烧时间较长。煤粉炉的燃烧时间一般为 3～5秒，而流化床锅炉随着循环倍率的不同而有所区别，大都是煤粉炉的数十倍。流化床的循环燃烧主要有内循环和外循环，较粗的粒子在炉内循环，细颗粒经过旋风分离器捕集后返回炉内燃烧，极细的燃料颗粒由烟气携带进入尾部烟道排出。由于这一部分燃料粒子相对燃烧时间短，同煤粉炉的燃烧温度相比，燃烧温度又大大降低。所以，这些不参与燃烧循环的细颗粒构成了流化床锅炉不完全燃烧的主要部分。入炉煤的燃烧一般要经过干燥加热、挥发份的析出和燃烧、膨胀和一级破碎、焦炭燃烧和二级破碎、磨损等四个过程。其中磨损过程特指较大的颗粒与其他颗粒在机械作用下产生细颗粒的过程。因此，不参与燃烧循环的细颗粒应由入炉煤中原始细颗粒和燃烧磨损产生的细颗粒两部分组成，不仅与入炉前的燃料破碎有关，同时与燃料的可磨性系数、燃烧调整也紧密相连。

对单位重量的燃料而言,粒径的减小会缩短挥发份的完全析出时间和碳粒的完全燃烧时间,可燃物的损失就会减小,因此,适当的减小粒径和控制粒径分布,对于提高燃烧效率是一项有效措施。

2　数据的采集和分析方案的确定

通过对四台流化床锅炉480份煤质分析和锅炉飞灰可燃物报告单的统计，从中找出低位发热量、灰份和颗粒级配变化对飞灰可燃物的影响。

2.1　低位发热量变化时相对应飞灰可燃物变化情况调查。随机抽取三次调查,每次数值为12个,发现锅炉飞灰可燃物与燃料低位发热量联动关系不明显。下表为2004年4月6\7\8\9日低位发热量与#23炉飞灰可燃物变化情况。

2.2　对灰份变化时飞灰可燃物情况的调查。采用如上办法，随机抽取三次数据进行比较，灰份对锅炉飞灰影响不明显，任选四日燃料灰份和当日四台锅炉平均飞灰可燃物的比较图如下：

2.3　颗粒级配变化时飞灰可燃物情况。从理论上分析,造成飞灰可燃物升高的主要原因是旋风分离器捕集不到的且没有经过循环燃烧的燃煤粒子。因此，首先对燃料中最小的细颗粒与锅炉飞灰的对应关系进行讨论。重点分析其在哪个比例区间对飞灰的影响较明显。通过数据和图例的比较，发现0.125- 0.45mm颗粒的变化同飞灰可燃物的变化关系比较明显，0-0.45mm范围所占总份额低于20%会导致飞灰可燃物升高,在30%到50%之间变化对飞灰可燃物影响不大,其对飞灰可燃物的影响随燃烧工况的不同而改变。

考虑到各台锅炉燃烧调整对数据分析的干扰,选取了四台锅炉飞灰可燃物变化趋势相同,且又同时起伏的变化区间,分析四台锅炉飞灰可燃物的变化趋势的原因。下表选取了2004年7月19日至20日四个班次飞灰及燃料粒径的分析报告。

由此可见,平均粒径对锅炉飞灰的影响参考价值很小, 0.45mm以下燃煤粒径影响飞灰可燃物的作用比较明显,其份额应控制在30%-50%之间。对于大型高循环倍率的循环流化床锅炉来讲,燃料的平均粒径变化会导致飞灰可燃物的变化,但不是线性关系。过去认为流化床锅炉燃烧稳定，燃烧调整相对有限的观点是错误的。同煤粉炉相比，流化床锅炉的燃烧调整更加复杂,同时也具有更大的现实意义。

3　结论

3.1　燃煤的合理级配是影响流化床锅炉飞灰可燃物的主要因素之一，平均燃料粒径的参照作用较小，0.45mm以下的燃料配比对锅炉飞灰可燃物有较为明显的影响。

3.2　循环流化床锅炉中小于0.45mm的燃煤比例应控制在30-50%的范围内。

3.3　燃料灰份和低位发热量的变化对煤粉炉的燃烧效率影响明显，但流化床锅炉的飞灰可燃物高低基本不受其影响。

附表1：

参考文献：

[1]　岑可法，倪明江等。循环流化床锅炉理论设计与运行。北京：中国电力出版社，1997。

[2]　刘德昌主编。流化床燃烧技术的工业应用。北京：中国电力出版社，1998。