摘要：随着流化床燃烧技术突飞猛进的发展，循环流化床锅炉能够变废为宝，实现煤泥掺烧，极大地提高煤炭资源的综合利用率，同时减轻固废物对环境的污染。主要针对黄陵矿业集团煤矸石发电公司三期电厂1058t／h循环流化床锅炉掺烧煤泥后运行参数的变化进行综合分析，简要介绍了其工作原理及燃烧特性，并研究了不同煤泥掺烧比例对锅炉系统整体性能的影响，旨在摸索总结出一套煤泥掺烧的工艺数据，在保证锅炉运行参数的前提下，提升燃煤利用率，降低其对环境的污染。
关键词：300MW；循环流化床锅炉；煤泥掺烧；研究
煤泥是煤矿经洗选工序之后所排出的固体废弃物，具有含水量高、粒度细以及粘度大等物理特性，遇到下雨或大风天气容易流失飞扬，不仅对环境造成较大破坏，同时也浪费了其中蕴含的煤矿资源。随着流化床燃烧技术突飞猛进的发展。本文介绍了我厂煤泥、煤矸石掺烧,简要介绍了其工作原理及燃烧特性，并研究了不同给料位置、掺烧比例对锅炉系统整体性能的影响，旨在摸索总结出一套煤泥掺烧的工艺数据，在保证锅炉运行参数的前提下，提升燃煤利用率，降低其对环境的污染。
一、循环流化床锅炉的工作原理及燃烧特点
循环流化床锅炉是基于鼓泡流化床锅炉的前提下发展起来的，其基本原理是利用风室空气将燃料惰性颗粒吹起，然后在颗粒重力作用下沉降，在一升一降的过程中，燃料颗粒便如液体沸腾一般进入流化状态。由于固态燃料处于硫化状态，锅炉具备燃烧效率高、脱硫效果好等燃烧特点。
1、循环流化床锅炉的工作原理
经过洗选、破碎、筛分之后的细颗粒煤燃料由螺旋给料机输送至炉膛之中，而煤泥燃料则从炉顶或者炉中进入，从而形成固定床层。炉膛空气由鼓风风机经布风板后进入炉膛之中，并作用于固定床层，将床层燃料向上吹起，由于料层阻力及燃料自身重力的影响，燃料颗粒被吹至一定高度时，又会出现下落现象。当空气速率大于临界风速之后，床层物料便进入流化状态，由于运动速率加剧，床层内大量的细小颗粒会迅速聚集成粒子团，随着粒子团的不断增长，粒子团趋于炉膛边壁运动，而边壁逆着气流引带着大团粒子朝下运动，这使得粒子团与上升气流间形成了较大的相对速度，粒子团被气流重新打散，并随着上升气流来到炉膛中间，上升过程中再次形成粒子团偏向炉膛内部，从而形成团聚、下沉、打散、上升的内循环过程。燃烧过后的气相随风道进入旋风分离器之中进行气固分离，分离出来的固体颗粒经过返料管道再次回到炉膛进行燃烧利用，进而形成外循环，在整个循环过程中，燃料在炉膛与空气充分接触，完全燃烧，整个炉膛温度十分稳定，极大地提高了锅炉的燃烧效率。
1.2燃烧特点
在循环流化床锅炉燃烧过程中，由于燃料处于流化状态，并且在炉膛内、外部均形成循环，使得其燃烧主要具备以下特点。第一，燃烧效率高。由于煤粉燃料在炉膛中处于悬浮流化状态，鼓风机送入的空气与燃料充分接触，使其完全燃烧，在很大程度上提高了燃烧效率。一般来说，传统的火床锅炉燃烧效率大约在85%～88%之间，鼓泡流化床锅炉燃烧效率可以达到90%～95%，而循环流化床锅炉的燃烧效率高达97%以上，几乎接近于煤粉炉的平均水平。第二，脱硫效果好。为了减少二氧化硫、三氧化硫等酸性气体对环境的影响，锅炉都会填充粉末状的石灰石燃料脱硫剂。就一般锅炉而言，脱硫剂在炉膛烟气接触时间仅为几秒，并且脱硫温度高达上千度，使得锅炉脱硫效果欠佳。循环流化床锅炉具有内、外循环系统，增加了脱硫剂与烟气的接触时间和面积，并且外循环还将飞出炉膛的脱硫剂重新返料，进一步提升了脱硫效果，实际可达80%以上。
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2煤泥掺烧对锅炉整体性能影响的研究
常规的循环流化床锅炉的设计燃料大多为燃煤和煤矸石，此次在床层中掺烧水分含量高、灰度大、粒度细的煤泥，这对锅炉系统的整体性能或多或少会产生一定影响。在保证炉膛出口负压、氧含量以及床压等条件情况下，现就研究煤泥投入量对锅炉各参数的具体影响。
2.1对床温的影响
在300MW负荷条件下，循环流化床逐步增大煤泥的掺烧比例，同时对锅炉密相区上、中、下部的床温进行监测，所得到的数据可以看出，在煤泥掺入量逐渐增大的过程中，无论床层哪个部位的温度都会下降，以床层中部温度为例，掺烧30%的煤泥与不掺烧相比床温由890℃降至850℃。当炉膛温度较低时，煤泥不容易发生爆裂反而容易团聚，最终增加底渣的碳含量，因此往锅炉炉膛掺烧煤泥时，要时刻调整锥形阀开度来控制床温处于正常范围。
2.2对引风机运行的影响
由于煤泥中水分含量较高，进入炉膛燃烧时，水分迅速汽化，在一定程度上增加了烟气总量，从而加大引风机的运行负荷，其电流也会相应增加。通过对300MW循环流化床锅炉的实验研究，其引风机电流与煤泥掺入量当床温控制在880℃左右时，未掺烧煤泥的引风机电流为190A，而煤泥掺烧量达到30%时，引风机的电流增长到205A，可以看出，引风机的电流随煤泥掺烧量呈线性关系。如果循环流化床锅炉要进行煤泥掺烧，那么在引风机选型上一定要预留相应的裕量。
2.3对底渣含碳量的影响
当水分含量高的煤泥进入炉膛时，由于炉膛温度高达850℃以上，煤泥中的水分迅速被蒸发，煤泥团脱水后爆裂，并经历流化燃烧过程。随着煤泥掺烧比例的不断加重，部分煤泥团并未脱水爆裂参与燃烧，而是从冷渣器排出炉膛，因此使得底渣含碳量上升。煤泥掺烧比例同底渣含碳量之间的关系，当煤泥掺烧比例低于20%时，此时炉膛温度能够将煤泥脱水爆裂，流化燃烧，底渣含碳量几乎不变。随着煤泥掺烧比例的不断升高，越来越多的煤泥来不及爆裂燃烧，便通过冷渣器排出，从而提升了底渣含碳量。
2.4对排烟温度的影响
煤泥的粒径通常较小，仅有0.2mm左右，其灰分含量相对较高，当煤泥投入锅炉炉膛之中后，炉膛整体的灰分将会大大增加。由于灰分中携带着较多热量，并且粘度较大，进入到烟道之后容易积灰，阻碍热量传递交换，从而致使排烟温度升高。随着煤泥掺烧比例的不断加大，锅炉排烟温度将会逐步上升，在吹灰频率保持一致的前提下，未投入掺烧煤泥的烟道温度与投入30%掺烧煤泥的烟道温度之间的温度相差5～10℃。排烟温度的不断上升使得烟气带走了大量热量，直接地降低了锅炉的燃烧效率。
结束语
总而言之，随着节能减排力度的不断加大，循环流化床锅炉中掺烧煤泥不仅将废弃资源回收利用，而且减轻其对环境的污染，这毫无疑问将会成为未来发展的趋势。煤泥掺烧对于循环流化床锅炉的整体性能会产生一定的影响，特别是当煤泥掺烧达到一定比例时，炉膛床温明显下降了40℃、底渣含碳量增加了一倍多、烟道排温上升5～10℃，这些影响都会降低锅炉的燃烧效率。如何提高大型循环流化床锅炉的掺烧比例，提高燃烧稳定性，这将是未来发电领域的重点方向。
参考文献
[1]张献斌，黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2009.
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[3]殷庆勇，王爱喜.循环流化床锅炉混烧煤泥、煤矸石的研究分析[J].煤炭加工与综合利用，2005，（2）.
论文作者:胡寻健
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 流化床论文; 燃料论文; 温度论文; 比例论文; 粒子论文; 《电力设备》2018年第20期论文;