滕斌
[甘肃刘化（集团）有限责任公司，甘肃 永靖731603]
［摘 要］甘肃刘化（集团）有限责任公司有5台循环流化床锅炉，1#、2#、3#、5#锅炉设计产汽量均为38 t/h，炉膛密相区均设有埋管；4#锅炉设计产汽量为75 t/h，炉膛密相区没有埋管。针对1#、2#、3#锅炉运行中存在燃料燃烧不充分、飞灰含碳量高的问题，分析与探讨炉膛出口分离器、炉膛高度、炉膛温度等对飞灰含碳量的影响。2023年6月全厂大修时实施了将1#、2#、3#锅炉飞灰全部通过返烧输灰管返回4#锅炉异炉返烧的技改后，不仅解决了1#、2#、3#锅炉飞灰含碳量高的问题，还实现了合理控制4#锅炉炉膛稀相区组分配置及燃烧温度，有效提高了锅炉热效率，降低了飞灰含碳量及烟气中NOx含量，且外销粉煤灰品质升级（含碳量大致由20%降至6%）也取得了一定的经济效益。
［关键词］循环流化床锅炉；热效率；飞灰含碳量高；原因分析；优化改造；飞灰异炉返烧；综合评价
［中图分类号］TK229.6+6 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）05-0037-04
0 引 言
循环流化床（CFB）锅炉采用洁净煤流态化燃烧技术，是一种工业化程度较高的新型、环保、高效、低污染的锅炉设备，具有燃料适应性广、负荷调节范围宽、燃烧效率高、炉内脱硫工艺简单且高效、NOx排放量低、结构简单、操作方便等优点，被国内外广泛应用于化工、热力发电等领域中；但在“双碳”目标管理与新能源行业快速崛起的时代背景下，面临着如何提高化石燃料的燃烧效率与减少碳排放等诸多现实问题。通常而言，在循环流化床锅炉炉膛高度一定、燃料在炉内停留时间一定的情况下，适当提高燃烧室稀相区燃烧温度可增强燃烧效果，达到降低飞灰含碳量、提高锅炉热效率的目的；但是，过度提高燃烧温度会使炉内燃烧生成更多的NOx，尤其是当炉膛稀相区燃烧温度超过900 ℃时，会加速NOx的生成，导致NOx排放量超标，加剧环境污染。
2023年以来，甘肃刘化（集团）有限责任公司（简称刘化公司）就如何提高循环流化床锅炉热效率及燃烧温度对炉内石灰石脱硫的影响问题，组织专业团队对锅炉运行中床温、钙硫比、石灰石粒度、炉膛各高度处的物料浓度与温度、石灰石输送系统控制及投加位置、烟气温度与流速控制等工艺操作因素进行分析，同时对炉膛高度布局、烟道位置及尺寸、飞灰收集等设备设计安装因素进行研究。针对1#、2#、3#锅炉运行中存在燃料燃烧不充分、飞灰含碳量高的问题，提出在4#锅炉旋风分离器二级返料箱上增设返烧输灰管的建议，即通过正压气力输送系统将1#、2#、3#锅炉送往灰库的飞灰通过返烧输灰管返回4#锅炉二级返料系统中进行异炉返烧，不仅解决了1#、2#、3#锅炉飞灰（含碳量高）再利用问题，还实现了合理控制4#锅炉炉膛稀相区组分配置及燃烧温度。实践表明，循环流化床锅炉炉膛最佳燃烧温度在830～900 ℃之间，此温度区间既能有效提高锅炉热效率，又能有效降低飞灰含碳量及烟气中NOx含量，一举多得。以下对有关情况作一介绍。
1 CFB锅炉结构型式及运行情况
1.1 CFB锅炉结构型式
刘化公司现有循环流化床锅炉5台，1#、2#、3#、4#锅炉（设计产汽量分别为38 t/h、38 t/h、38 t/h、75 t/h）集中安装在刘化公司动力厂区，5#锅炉（设计产汽量为38 t/h）安装在刘化公司催化剂厂区。
1#、2#、3#、5#锅炉结构相同，均为埋管式UG38/5.3-Ⅲ型，额定蒸汽温度450 ℃、给水温度104 ℃；以汽包中心线标高计，1#、2#、3#锅炉炉膛高度18.4 m，5#锅炉炉膛高度21.4 m；炉膛密相区设有埋管，炉膛出口设置两级分离装置——一级分离采用带有鳍片的简单重力分离槽型分离器，二级分离采用顶部侧向螺旋进气、中部旋风筒排气、下侧出灰的中温旋风分离器。为减缓槽型分离器承压管烟尘磨损、延长其使用寿命，在汲取以往运行过程中槽型分离器爆管事故教训的基础上，刘化公司对一级返料槽型分离器承压管段做了防冲刷保护（加装了保护套管），同时将原有水膜除尘器改造为了静电除尘器。
4#锅炉结构型式为UG75/5.3-M3型，额定蒸汽温度450 ℃、给水温度104 ℃；以汽包中心线标高计，4#锅炉炉膛高度27 m；炉膛密相区没有埋管，炉膛出口设置百叶窗重力分离器和旋风子分离器两级分离装置。
1.2 CFB锅炉运行情况
近几年的生产运行中，1#、2#、3#、5#锅炉陆续出现锅炉热效率达不到设计要求的问题，造成资源浪费，运行成本居高不下。刘化公司组织人员分别对进场燃料煤（原煤）、石灰石进行采样分析。
进场燃料煤典型分析数据：收到基碳（Car）46.50%（质量分数，下同）、收到基水分（Mar）8.49%、空气干燥基水分（Mad）0.51%、收到基氢（Har）3.02%、收到基氧（Oar）6.03%、收到基氮（Nar）0.79%、收到基全硫（St，ar）2.05%、收到基挥发分（Var）10.66%、可燃基挥发分（Vdaf）19.79%、收到基灰分（Aar）33.12%，收到基低位发热量（Qnet,ar）17.576 MJ/kg。
石灰石典型分析数据：哈氏可磨性指数（HGI）51，灼烧减量（LOI）45.02%，成分（质量分数）CaO 89.60%、MgO 4.04%、SiO2 1.87%、Fe2O3 0.27%、Al2O3 0.13%、Na2O 0.11%、K2O 0.02%、TiO2＜0.02%、SO3＜0.01%、MnO2 0.01%、杂质3.92%。
将5台锅炉炉膛温度控制在830～900 ℃之间，对烟气飞灰含碳量（质量分数，下同）等进行了分析，锅炉典型运行数据见表1（注：当地SO2、NOx排放限值均为400 mg/m3）。可以看到，1#、2#、3#、5#锅炉在炉膛燃烧温度为830～900 ℃时，烟气飞灰含碳量高居不下，最高含碳量达23.0%，而燃料煤进场分析时收到基碳（Car）46.50%，即煤没有完全燃烧，造成了很大的浪费。
2 锅炉飞灰含碳量高原因分析
2.1 炉膛出口分离器对飞灰含碳量的影响
更多内容详见《中氮肥》2024年第5期