135 MW循環(huán)流化床鍋爐運行調整試驗研究

李虎貞，吳禹

（國投大同能源有限公司，山西大同037001）

135 MW循環(huán)流化床鍋爐運行調整試驗研究

李虎貞，吳禹

（國投大同能源有限公司，山西大同037001）

以某公司2×480 t/h鍋爐投運為例，闡述為了提高鍋爐長周期穩(wěn)定運行，運行中采取了降低一次風量、控制總風量和料層厚度，以及優(yōu)化煤粒粒徑級配等措施，取得了較好的運行效果。針對影響鍋爐運行的因素進行了全面的總結，以供同類型的鍋爐參考應用。

一次風量；氧量；料層厚度；煤粒粒徑；穩(wěn)定運行

0 引言

鑒于我國面臨的環(huán)境壓力越來越大，發(fā)展高效、低污染的清潔燃煤技術是當前亟待解決的問題，其宗旨是一方面提高發(fā)電效率，另一方面滿足低污染排放的要求。循環(huán)流化床燃燒技術是一種先進的燃燒技術，其燃燒方式是爐內物質在流化風的作用下形成一種特殊的流動狀態(tài)，一部分較細顆粒被煙氣攜帶通過爐膛，一部分顆粒產生回落，被攜帶出的顆粒經氣固分離器再送回爐內進行反復燃燒，多次循環(huán)，與固定床、鼓泡床相比，爐內紊流運動強烈，燃燒強化。由于循環(huán)流化床中燃料及脫硫劑都多次循環(huán)，因而能達到理想的脫硫效率和燃燒效率，并具有爐內燃料著火、燃燒條件好的優(yōu)勢，使得燃料適應性廣，能燃劣質煤；爐內溫度不但有利于脫硫，控制SO2氣體的排放，并且由于爐膛溫度較低，燃燒過程中能有效控制有害氣體NOx的產生和排放；負荷調節(jié)性能好，且調節(jié)范圍大，實際表明，可以在25%的負荷下穩(wěn)定運行，負荷變化速度也可以很快；灰渣可綜合利用，可以作為水泥混合料或其他建筑材料；雖然爐內床內溫度不是很高，但由于灰及燃料的多次循環(huán)，不同負荷下燃燒效率卻比較高，可達98～99%。

但很多循環(huán)流化床鍋爐投產以來，一直因為磨損泄漏導致鍋爐不能穩(wěn)定長周期運行。某公司從投產初期就從優(yōu)化一次風量、氧量、料層厚度等參數著手，以保證鍋爐機組的安全穩(wěn)定經濟運行。

1 設備介紹

某公司2臺HG-480/13.7L.MG31型循環(huán)流化床鍋爐，采用單汽包、自然循環(huán)、高溫超高壓一次中間再熱、高溫絕熱旋風分離器、單爐膛平衡通風、前墻給料、固態(tài)冷卻排渣。鍋爐的總體結構由以下三部分組成。

a）鍋筒、爐膛及冷渣機：爐膛采用全膜式水冷壁結構，爐膛前上部沿寬度方向分別布置有3片水冷屏(蒸發(fā)受熱面)、8片屏式過熱器（二級過熱器）和6片屏式再熱器（熱段再熱器）。爐膛底部是水冷壁管彎制而成的水冷風室。風室底部的點火風道內布置有2臺床下點火燃燒器，爐膛下部密相區(qū)布置有6支床上啟動燃燒器，用于鍋爐啟動點火和低負荷穩(wěn)燃。爐膛后墻布置有4臺水冷式滾筒冷渣機，用以把渣冷卻至150℃以下。

b）分離器：爐膛與尾部煙道之間布置有2臺內徑為9m的高溫絕熱旋風分離器，每個旋風分離器下部布置1臺非機械型分路回料裝置。高溫絕熱旋風分離器及回料裝置是建立固體顆粒循環(huán)燃燒的關鍵部件。高溫絕熱旋風分離器的作用是將隨煙氣帶出爐膛的大部分固體顆粒捕集下來并送入回料裝置，同時將固體顆粒濃度較低的煙氣引入到尾部對流煙道中?；亓涎b置的作用：一是將分離器分離下來的固體顆粒返送回爐膛，實現(xiàn)鍋爐燃料及石灰石的往復循環(huán)燃燒和反應；二是通過循環(huán)物料在回料裝置進料管內形成一定的料位，實現(xiàn)料封，防止爐內的正壓煙氣返竄進入負壓的分離器內造成煙氣短路，破壞分離器內的正常氣固兩相流動及爐內的燃燒和傳熱。

c）尾部煙道及受熱面：尾部煙道中從上到下依次布置有高溫過熱器、低溫過熱器、低溫再熱器、省煤器和空氣預熱器。過熱器系統(tǒng)中設有兩級噴水減溫器，再熱器系統(tǒng)設有事故噴水減溫器和二級噴水減溫器。管式空氣預熱器采用光管臥式布置。高溫過熱器、低溫過熱器、低溫再熱器以及包墻過熱器均為膜式結構，省煤器和空氣預熱器采用護板結構。

鍋爐設計參數見表1。

表1 鍋爐設計參數及技術規(guī)范

2 主要參數分析

循環(huán)流化鍋爐燃燒參數主要有總的送風量（氧量）、一次風量、二次風量、床溫、床層壓降（料層厚度），它們是互相影響的。下面從改變總風量、一次風量、床層壓降方面進行調整分析總結。實際上在總的送風量不變,只改變一次風量時，二次風量也改變；風量改變，同時床溫也在改變。

2.1 一次風量

循環(huán)流化床中一次風量對爐內密相區(qū)、稀相區(qū)燃燒份額和爐膛高度方向上的溫度分布有著重要的影響。隨一次風量的增加，爐膛下部密相區(qū)溫度減小，而上部稀相區(qū)溫度升高，其原因分析如下。

a）在其他條件相同的情況下，一次風量的加大，煤顆粒流化速度提高，更多的細顆粒煤被從床下部的密相區(qū)拋出，進入爐膛上部的稀相區(qū)空間，爐膛下部空間顆粒濃度降低，上部空間顆粒濃度增加，同時爐膛下部空間顆粒濃度降低，耗氧量相對減少，從而增加了爐膛上部稀相區(qū)空間的氧濃度，致使爐膛下部密相區(qū)的燃燒強度降低，上部稀相區(qū)的燃燒強度提高。

b）隨著一次風量的加大，回料量明顯增大，大量的細物料在燃燒室、分離器、回料閥之間循環(huán)。正是由于大量的細物料的循環(huán)，改變了床內燃燒份額的分配，減小了密相區(qū)的燃燒份額的同時強化了稀相區(qū)的燃燒，使得沿床高溫度分布趨于均勻。

物理學是一門系統(tǒng)性強的學科，在生活的各個領域都有著重要的作用.高中生物理知識的學習內容以經典物理學的基礎知識為主，為以后學習力學、熱學、原子物理學等現(xiàn)代科學技術奠定了基礎.因此，在高中物理教育中不僅要教授給學生專業(yè)的物理知識，更重要的是培養(yǎng)他們的思維能力.物理學在長期的發(fā)展過程中形成一套整體的思維方法，包括分析與綜合的方法、比較與分類的方法、歸納與演繹的方法等等.高中生在學習物理過程中具備這樣的整體思維，對其今后高中物理知識的學習有著十分重要的幫助.在高中物理教育中培養(yǎng)學生的整體思維應該注意以下幾點.

c）一次風量的加大，使得爐膛下部密相區(qū)的顆粒的平均粒徑變大、變粗，使燃燒更加困難，這也使得密相區(qū)的燃燒強度減小，稀相區(qū)的燃燒強度增加。

d）一次風量的加大，使得大量的細物料通過分離器進入尾部煙道，煙氣中的灰濃度增大，受熱面的磨損速度加快，灰渣比增大。

2.2 床層壓降

床層壓降是循環(huán)流化床鍋爐運行中一個重要的參數，床層壓降主要是由布風板阻力和料層厚度組成，其中布風板阻力主要是由鍋爐設計特性決定的，料層阻力與床上的物料量有關。床層壓降的差異主要由密相區(qū)內的物料濃度決定的，床層壓降高時，密相區(qū)物料濃度高；反之，物料濃度低。在其他條件一定的情況下，床層壓降是通過排渣量來調節(jié)的。

床壓降低時，爐膛下部密相區(qū)物料濃度降低，提高了二次風的穿透能力，使更多的氧氣進入爐膛中央貧氧區(qū)，改善了二次風的混合效果，提高了碳顆粒的燃燒效果，因此可降低飛灰含碳量。雖然降低床層壓降的同時會稍微提高排渣的含碳量，但總體來講，適當降低爐膛壓降，可以提高鍋爐效率。由于爐內的循環(huán)物料減少，水冷壁的磨損速度也變輕，同時運行中一次風機的電流也降低。但過低的床層壓降，又會造成灰渣比增大，鍋爐效率下降，受熱面磨損速度加快。所有運行中控制恰當的床層壓降是非常重要的。

2.3 總風量

總風量增加時，進入爐膛的風量增加，煙氣量增加，尾部煙道的煙氣流速增加。鍋爐內管道的磨損速率與飛灰顆粒速度的3.32成正比，隨著煙氣流速的增加，尾部受熱面的磨損必然增大。

總風量的增加可以增強爐膛內的流化，對于水冷壁折角處的磨損也必然加強。因此，在這些易磨損的部位可以通過澆注耐火材料來降低水冷壁的磨損。

總風量的增加使得排煙容積增大，由于影響排煙熱損失的兩大因素是排煙溫度和排煙容積，因此隨著排煙容積的增大，排煙熱損失必然增大。

總風量增大時，在增加進入爐膛氧量的同時，爐內的擾動增強，煤粉顆粒與氧氣的結合得到強化，有利于煤粉顆粒的燃燒。但由于煙氣量增加，煙氣流速明顯增大，使得細煤粉顆粒在爐內的停留時間減少，不利于煤粉顆粒的燃燼，造成飛灰含碳量的增加，降低了鍋爐的燃燒效率。

綜合上述所述，必然存在一個最佳的總風量，使得各項損失的總和最小，鍋爐的燃燒效率達到最佳，受熱面的磨損速度較小。

3 采取對策

a）一次風量的調整原則為保證床料流化并控制床溫。最低流化風量為14萬Nm3/h，運行中在保證流化良好，床溫不超過950℃的前提下，應盡量降低一次風量，一般負荷在70～100 MW時，控制流化風量在13～17萬Nm3/h之間；負荷在100MW以上時，控制流化風量在16～20萬Nm3/h之間。

b）二次風量的調整原則為控制入爐總風量及煙氣含氧量。運行中控制煙氣含氧量在2.8～3.5%之間。

c）運行中應根據負荷高低，控制風室壓力在10～12 kPa之間，不得低于9 kPa或超過13 kPa，以防止因料層過薄或流化不良引起鍋爐結焦。

d）運行中6臺給煤機的給煤量應盡量保持均勻，在兩側氧量有偏差或各處溫度偏差過大時，可相應調整兩側給煤量。

e）運行中再熱器減溫水量的調節(jié)，應以控制低再壁溫不超460℃、高再壁溫不超580℃及各級減溫器噴水后汽溫高于對應壓力下的飽和溫度且兩側溫差不得超過50℃為宜。

f）優(yōu)化煤粒粒徑級配措施，目前入爐煤粒徑分析結果為：粒徑大于13mm的占5.8%；介于6～13mm的占13.77%；介于3～6mm的占23.91%；介于1～3mm的占34.%；小于1mm的占22%。

4 結論

經過提前進行優(yōu)化運行，流化床鍋爐難以避免的受熱面磨損情況得到極大的緩解，2臺爐分別連續(xù)運行超過百天，檢查受熱面磨損情況為較為輕微。

由于大幅度地降低一次風量，并且低負荷時運行單臺二次風機，大大地降低了廠用電率，綜合廠用電率達到了9.45%。飛灰可燃物和大渣含碳量大幅降低。整體床溫提高了30℃，燃燒效率得到了提高。

Study on the Operation Ad justment Tests of a 135 MW CFB Boiler

LIHu-zhen，WU Yu
（Datong Energy Co.，Ltd.of SDIC，Datong，Shanxi 037001，China）

Since the commissioning ofa company’s 2×480 t/h boiler，in order to ensure boiler’s stable operation in a long period, primary air flow was decreased，total air volume and bed depth were controlled，and coal particle size was optimized during the daily operation.Better operation effectwas achieved by using the abovemeasures.In this paper，the factors affecting the boiler operation were comprehensively summarized for reference for theapplication of the same type boilers.

primary air flow；oxygen content；bed depth；coalparticle size；stable operation

TK229.6+6

A

1671-0320（2014）01-0045-03

2013-09-10，

2013-11-02

李虎貞（1962-），男，山西太原人，1986年畢業(yè)于太原工業(yè)學院電力分院熱能動力專業(yè)，高級工程師，從事電站生產及技術管理工作；

吳禹（1962-），男，山西陽高人，1986年畢業(yè)于太原工業(yè)學院電力分院熱能動力專業(yè)，高級工程師，從事電站生產及技術管理工作。