浅谈220t/hCFB锅炉在燃用无烟煤掺烧煤矸石的运行实践

福建省安溪煤矸石发电有限公司     黄立亮

1    锅炉概况

    福建省安溪煤矸石发电有限公司，是利用天湖山矿区无烟煤、煤矸石和脏杂煤等低热值燃料资源建设的综合利用发电厂，集节约能源、资源综合利用与保护环境等特点为一体。是目前福建省单机容量最大的煤矸石发电厂。现有2台220t/h循环流化床锅炉是由济南锅炉集团有限公司设计制造的单汽包自然循环、集中下降管、平衡通风、汽水冷组合式旋风分离器、两级喷水减温调节系统的高温高压CFB锅炉。

    锅炉炉膛采用全膜式水冷壁悬吊结构；炉膛内布置有6片屏式过热器，高温、低温过热器采用悬吊结构布置于尾部竖井上部，旋风分离器采用汽、水冷组合式分离器，其中汽段作为过热器受热面的一部分，水段作为水冷系统中的一部分，分离器下部安装由U型返料器，将循环物料送回炉膛燃烧；省煤器采用蛇形光管支撑结构；管式空气预热器采用卧式结构。

流化床采用水冷布风板，大钟罩式风帽，设四个排渣口，通过滚筒冷渣器冷却后由皮带送入渣仓。

2   混合燃用无烟煤及煤矸石的设计和运行特点

2.1点火启动过程

   针对福建无烟煤和煤矸石燃点较高，难于着火的特点，为了保证点火启动过程平稳进行并把温升控制在合理范围内，锅炉点火采用床上、床下联合点火的方式。床下2组点火燃烧器，即在风室后侧一次风的两个进风口各布置一组；床上靠落煤口处布置3组点火油枪。启动过程先投入床下油枪，按照锅炉温升要求逐步投入床上油枪，启动过程中床温400℃左右，脉冲投入烟煤进行引燃，当床温850℃左右即可逐步切换无烟煤燃烧。

2.2锅炉燃烧特点

   因我公司两台220t/h循环流化床锅炉设计煤种为无烟煤（45%）+煤矸石（55%），设计低位发热量为：2886Kcal/Kg。因此，机组满负荷时锅炉入炉煤量及排渣量较大。考虑福建煤矸石的碳粒子坚硬难燃，较大碳粒子的核心很难燃尽，燃烧时间长，对此必须采取加大物料量，增强炉膛热惰性，使大颗粒碳粒子在炉内停留时间加长，促使较大碳粒子全部燃尽。本锅炉的床面比一般炉型的床面扩大30%，床面积达到32m2，实践证明扩大床面对于燃尽煤矸石及无烟煤非常有利。为保证物料正常流化，炉膛床面采用大钟罩式风帽，数量为1143个，并沿床面中心横向布置4个排渣口。为便于灰渣中较大颗粒顺利从炉底排出，床面风帽布置四周略高于床面中心。

2.3旋风分离器的设计特点

    循环流化床锅炉性能的优劣很大程度上取决于分离器分离效率的高低，提高分离器的效率是CFB锅炉稳定运行的关键问题。汽、水冷组合式蜗壳旋风分离器是将分离器的上段（指从锥段下部以上）通过饱和蒸汽使之成为过热器受热面的一部分，而把锥段下部及回料腿部分作为水冷系统的一部分使其形成单独的自然回路。

    旋风分离器作为过热器受热面的部分在蒸汽流程上布置在屏式过热器之前，起到冷却分离器分离下来热灰的作用，其冷却效果明显，上段壳体为蜗壳式结构，分离器采用整体悬吊结构便于整个分离器的膨胀。

    U型返料器的作用是将分离器分离下来的灰送回到炉膛，另一方面还要阻止炉膛内烟气反串到分离器内。运行过程中，通过分离器和返料器的循环灰温度均在理想范围内，表明大量的循环物料能够顺利返回炉膛，保证了炉内传热和床温控制所需要的物料浓度，实现物料平衡和飞灰循环。

2.4蒸发器的特点及作用

    为了提高运行中的炉膛温度，满足煤颗粒燃尽的要求，本锅炉在设计中取消了炉堂内的水冷屏，而改为在过热器后设置一组自然循环的水冷蒸发器，蒸发器采用φ38×5螺旋鳍片管制成，烟气横向冲刷管束，具有良好的换热效果。蒸发器能平衡过热器后的高温烟气，防止省煤器沸腾度过高，提高锅炉给水质量，延长省煤器的使用寿命，降低排烟温度等方面都有非常大的作用。

2.5二次风的设计及运行中的控制

    为了提高煤的燃尽率，降低耗氧量，解决好氧量在炉膛内分布均匀的问题，设计中采用了较高的二次风速，另外采用较大口径的二次风喷口，以增加二次风的刚度和穿透能力。二次风采用三层布置，可满足在不同高度炉膛所需风量的要求。这样锅炉在较低负荷时可将部分二次风口关闭，以保持二次风的压力，保证二次风喷口的风速和穿透能力，达到良好的风煤混合燃烧的目的。

2.6锅炉防磨措施

    锅炉防磨是提高循环流化床锅炉长周期安全稳定运行的一项重要保证。CFB锅炉在燃用福建无烟煤和煤矸石混合燃料时，磨损问题显得尤为重要。因炉膛灰渣浓度及内循环灰量较大，贴壁回流的灰渣对水冷壁和卫燃带耐火材料磨损是不可避免的，特别是水冷壁与耐火材料结合处尤为严重，因此设计中采用了三种防磨措施：1、采取水冷壁让弯技术，在四面水冷壁与耐火材料结合处使管子让开一定距离， 使管子避开磨损区域。2、在让弯区下的耐火材料部位沿炉膛四周浇注一道防磨圈梁。3、对磨损部位仍采取超音速喷涂耐磨合金材料。这样三项防磨措施，基本保证水冷壁的长期安全运行。另外，分离器及返料器均采用敷设耐磨浇注料以保护受热面免遭飞灰的直接冲刷；尾部受热面在防磨重点部位安装防磨保护瓦。即使采取了以上措施，锅炉磨损仍然是将来困扰锅炉机组长周期安全稳定运行的首要问题，也是同类型锅炉努力改善和避免因磨损造成爆管的关键之处。

3性能测试

    2006年4月我公司委托杭州华电电力试验研究所对#1锅炉进行额定负荷下的锅炉效率、空预器漏风、锅炉最大出力等几项性能指标进行测试，主要实验数据见下表：

此处有图，网站显示不出

   从试验结果看，#1锅炉的整个燃烧情况经过一段时间的运行和调整后，最佳钙硫比下的锅炉效率的达到84%左右。主要问题是飞灰含碳量较高。一般运行期间，飞灰含碳量值都在18%以上。主要原因是燃料采用福建无烟煤和煤矸石的混合煤种。

4运行中存在的主要问题

4.1入炉煤颗粒度的问题  

  由于煤矸石煤质坚硬，破碎较为困难，目前我公司采用的是齿辊式破碎机，该破碎机很难保证入炉煤的颗粒度，一般颗粒度≥10mm的高达15%以上，严重时可达25%左右。主要原因是破碎机齿板磨损十分严重，间隙调整频繁，故障率较高。因此导致入炉煤颗粒度难以保证。入炉煤颗粒度直接影响到锅炉的正常流化及稳定排渣，大颗粒沉积在炉膛底部容易造成流化困难及排渣不畅等现象发生。目前我公司正准备对燃料破碎系统进行改造，以满足锅炉对燃料颗粒度的要求，防止粒度过大或过细的情况发生。

4.2锅炉尾部受热面积灰问题

   由于锅炉没有安装吹灰系统，当锅炉连续运行15~20天左右，尾部受热面积灰较为严重，尤其是过热器管束上积灰较多，影响换热效果，减温水量急剧减少甚至关闭，主蒸汽温度难以保证。现已通过安装声波吹灰器试运行效果明显。目前锅炉吹灰系统正在完善之中。

4.3锅炉原煤仓堵煤问题

   煤仓堵煤是一直困扰锅炉稳定运行的难题，尤其是雨季，煤仓中燃煤水份含量较高的情况下，煤仓堵煤的情况更是频繁发生，严重时如疏通不及时，极易引起锅炉灭火事故。目前通常是通过改变煤仓结构、增加高分子材料的衬板以及安装煤仓疏通机等方法改善煤仓堵煤的现象。另外严格控制入炉煤的表面水分含量是防止煤仓堵煤的有效措施之一。

4.4煤矸石掺烧比例的控制及经济性分析

为了提高我厂两台循环流化床锅炉安全性、经济性，确保煤矸石综合利用效益的最大化，规范燃烧调整、优化锅炉运行操作，目前我们正在进行对循环流化床锅炉燃用福建无烟煤掺烧煤矸石的燃烧效果及经济分析等方面进行全面的燃烧试验。因该试验正在进行中，尚未完成，在这里不做深入探讨。