无烟煤燃烧的锅炉发电厂的 无烟煤燃烧的锅炉发电厂的讨论 发电厂 2010-3-13 前言 福建省的能源资源以煤为主，其中无烟煤占 98.3%。福建无烟煤结构致密、 反应性较差，灰熔点低、具有强烈的热破碎性质、难于着火和燃尽，在燃烧 利用上存在有不少困难。循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧效率高， 污染物排放低等优点，近年来已成为燃烧福建无烟煤的首选炉型，在福建省 的应用发展很快，目前已投运有 60 多台，单机最大容量已达 440t/h，总蒸 发量已达 6000t/h，在我省能源工业与经济建设发展中正扮演着越来越重要 的角。开展 CFB 锅炉清洁燃烧福建无烟煤的研究，显然具有重要的现实 意义。 近年来，关于 CFB 锅炉清洁燃烧福建无烟煤的研究主要集中在两个方面： 其一是有关燃尽技术的研究；其二是有关低污染排放的燃烧技术研究。本文 拟对这些研究进行总结综述并在此基础上指出今后 CFB 锅炉清洁燃烧福建 无烟煤的若干研究方向。 1 福建无烟煤在 CFB 锅炉中燃烬技术的研究 理论上，循环流化床锅炉燃烧效率可以达到 98%以上[1]，但由于福建无烟煤 燃烧性质特殊，目前福建省内已投运的中小型 CFB 锅炉 (75t/h 及以下) 的 实际燃烧效率一般却不超过 90%[2]。据了解，造成燃烧效率偏低的主要原因 是飞灰含碳量较高，机械不完全燃烧损失较大。扫地车设计
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影响煤在 CFB 锅炉中燃尽的因素不外有煤质因素、锅炉结构与煤种的适配 性和锅炉燃烧运行参数等，近年来关于福建无烟煤在 CFB 锅炉中燃尽技术 的研究也主要围绕着这三方面展开。 1.1 煤质及其燃烧特性对燃尽影响的研究 福建无烟煤颗粒结构致密，颗粒中的孔隙以 1.0μm 以下的微孔为主。以典型 的福建龙岩无烟煤为例，其真密度在 1.6g/cm3 以上，颗粒中绝大多数孔隙 的孔径在 0.1μm 以下。 研究发 现[3]， 宏观上， 福建无烟煤入炉煤可分为三类： 表面乌黑发亮、光洁致密的亮煤；表面黑暗无光泽、但附着有很多粉状微小 粒子的暗煤；表面光泽度介于暗煤和亮煤之间的灰煤。其中亮煤颗粒的结构 较密实， 内部孔隙以亚微孔(0.01∼0.1μm)居多， 大孔径较少； 暗煤颗粒中细孔、 微孔、 亚微孔都存在， 但以微孔和亚微孔为主； 灰煤颗粒中的孔隙最不发达， 能检测到的孔隙极少且以超微孔(<0.01μm)为主。 福建无烟煤颗粒密实的内部 结构意味着一方面燃烧时氧气不容易扩散到颗粒内部参与反应，另一方面， 燃烧生成的气体也不容易及时输出，因此燃烧反应速度慢，是造成其难于燃 烧和燃尽的一个重要因素[4]。 与我国其它烟煤或无烟煤相比，福建无烟煤具有很高的着火和燃尽温度，难 于着火和燃尽的。以典型的福建龙岩无烟煤为例，其热天平着火温度和燃尽 温度分别为：Ti=575℃，Tb =753℃，远高于我国其它烟煤和无烟煤的着火 和燃尽温度。 另外， 研究发现[5]， 福建无烟煤的活化能极高， 一般在 200kJ/mol 左右。活化能高，意味着反应性差，难于被燃烧，这是 CFB 锅炉在燃烧福 建无烟煤时飞灰碳含量远高于燃烧其它煤种时的一个主要内在原因。
山药去皮机>dcdc电路福建无烟煤的热破碎性质也是影响其在 CFB 锅炉中燃尽的重要因素之一。 煤的破碎影响了煤的燃烧反应性、并显著改变了给煤的粒度分布，直接决定 了炉床内的固体颗粒浓度、物料的扬析夹带过程、炉内的传热过程和煤颗粒 的燃烧过程， 同时对燃烧室内热负荷的分布有极为重要的影响[6]，福建无烟煤 不同宏观煤岩颗粒的燃烧性质不同，破碎性质差异很大。流化床燃烧中，亮 煤与灰煤发生了严重破碎（包括一次破碎和二次破碎） ，产生了大量的、粒 径小于 0.3mm 的细小颗粒， 被扬析到炉膛
中上部燃烧； 暗煤虽不发生破碎或 仅发生轻微破碎，但因颗粒表面孔隙较发达，吸附了许多微细颗粒，这些微 细颗粒在流态化燃烧时也会从其母体颗粒表面脱落， 被扬析到炉膛中上部燃 烧，从而增加炉膛中上部细颗粒的浓度[7]。因此 CFB 锅炉在燃烧福建无烟 煤时， 其炉膛中细颗粒特别是 0.1mm 以下不可循环的微小颗粒的实际浓度远 高于一般工业循环流化床锅炉的设计值。这些微小颗粒的反应性较差，具有 明显的后燃性，一次通过炉膛时有很大一部分未能被完全燃尽，其中没有被 旋风分离器捕捉回炉膛再燃烧的细小颗粒便构成了飞灰残碳。 1.2 关于 CFB 锅炉炉膛结构及运行参数适配性方面的研究 这方面的研究内容主要包括有炉型、受热面布置、循环倍率和分离器等结构 参数设计和燃烧温度、入炉煤粒径、流化气速、过量空气系数、二次风率等 运行参数选择。 1.2.1 CFB 锅炉设计结构与煤种适配性方面的研究 较高的炉膛高度有利于延长细颗粒一次性通过燃烧室的停留时间， 有利于如 福建无烟煤这类后燃性煤种的燃烬。工业实践发现，“瘦高”炉型比“矮
光端机箱胖”炉型锅炉更适合于燃烧福建无烟煤[8]。 福建无烟煤的反应性差，要求有较高的燃烧温度以利于燃烬。在炉膛燃烧室 密相区至稀相区之间敷设一定高度的耐磨材料作为卫燃带， 可以有效提高燃 烧室的燃烧强度，有利于福建无烟煤的燃烬。卫燃带一方面使颗粒在绝热状 态下燃烧，可以使燃烧室内保持高温；另一方面也可以充分发挥炉膛底部的 “热池”作用，让物料将热量源源不断带到炉膛上部。工业运行实践表明， 敷设卫燃带可以有效提高燃烧效率[2]。 循环倍率是影响福建无烟煤在 CFB 锅炉中燃尽的一个重要设计参数。研究 发现，当循环倍率较小时，随着锅炉循环倍率的增加，煤的燃烬程度
迅速提 高，锅炉的燃烧效率也明显提高；在分离器效率相同的条件下，对于不同煤 种，其循环倍率也不同。对于高灰煤，宜于采用低循环倍率，对于低灰煤， 宜于采用中高循环倍率，研究认为[9]，福建无烟煤属中灰煤，采用中低循环 倍率，对福建无烟煤在 CFB 锅炉中的燃尽有促进作用。 气固分离器是 CFB 锅炉系统的核心部件之一。经过近年来的发展，燃烧福 建无烟煤 CFB 锅炉的气固分离器已由最初的惯性分离装置发展到现在的异 型水汽共冷分离器。由于燃烧福建无烟煤 CFB 锅炉炉膛中细粉浓度较大， 气固分离器的分离效率已成为影响其燃烧效率的最重要因素。 分离器的切割 粒径越小，能捕捉到的细颗粒份额就越大，细颗粒的在炉膛高温区域的燃烧 停留时间就越长，燃尽率就越高。研究表明，当旋风分离器的切割粒径由 30μm 减小到 10μm 时，飞灰碳含量可降低 10 个百分点，见图 1[10].
背心袋1.2.2 CFB 锅炉运行参数对燃烬影响的研究 福建无烟煤的着火温度和燃尽温度比一般无烟煤高，因而燃烧福建无烟煤 CFB 锅炉运行温度也要比燃烧其它煤种的锅炉高， 以利于提高焦炭的反应速 度，缩短细颗粒煤焦的燃尽时间，加快煤焦的燃尽；同时，提高燃烧温度还 可以提高颗粒的破碎程度， 增加颗粒燃烧的表面积， 加快颗粒的燃烧和燃尽。 研究发现，对于燃烧福建无烟煤的 CFB 锅炉，当燃烧温度小于 950℃时，提 高燃烧温度对降低飞灰含碳量有明显效果，但当燃烧温度高于 1000℃时，进 一步提高燃烧温度对提高燃尽率意义不大，见图 2[10]。
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