淺談改進(jìn)循環(huán)流化床鍋爐運行效率的方法

于季鵬

（黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司，陜西 黃陵 727307）

淺談改進(jìn)循環(huán)流化床鍋爐運行效率的方法

于季鵬

（黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司，陜西 黃陵 727307）

能源產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著國內(nèi)對能源的需求日益增加，我國加大了對大型電站的投入。循環(huán)流化床鍋爐是一種將固體燃料轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)下燃燒，再使用燃燒產(chǎn)生的熱能產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備，具有脫硫效率優(yōu)、燃燒效率高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，逐漸替代原有鍋爐設(shè)備在各型電站中獲得了廣泛的應(yīng)用。但從循環(huán)流化床鍋爐在電站的投運效果來看，其運行效率仍有較大的提升空間，本文將對如何提高循環(huán)流化床鍋爐的運行效率進(jìn)行研究。

循環(huán)流化床；燃燒；運行效率

鍋爐是火電廠的關(guān)鍵設(shè)備，它是利用燃料燃燒所釋放的熱量產(chǎn)生具有一定壓力和溫度的蒸汽設(shè)備，鍋爐設(shè)備一般由鍋爐本體設(shè)備和鍋爐輔助設(shè)備組成。循環(huán)流化床鍋爐是一種新型節(jié)能環(huán)保綜合型的鍋爐，目前在新建的火電廠中已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用。使用循環(huán)流化床鍋爐代替電廠原有的鍋爐設(shè)備并不需要對電廠的其他設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改造，該鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、維修簡單、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、經(jīng)濟(jì)效益好等特點。

循環(huán)流化床鍋爐本體設(shè)備主要由燃燒設(shè)備、蒸發(fā)設(shè)備、對流受熱面、鍋爐墻體構(gòu)成的煙道和鋼架構(gòu)件等組成，其輔助設(shè)備則由通風(fēng)設(shè)備、給水設(shè)備、燃料運輸設(shè)備、除塵設(shè)備、除灰設(shè)備、鍋爐輔件等組成。燃燒設(shè)備是循環(huán)流化床鍋爐本體設(shè)備的核心，由燃燒室、點火裝置、布風(fēng)板、風(fēng)帽以及物料循環(huán)系統(tǒng)等組成[1]。循環(huán)流化床鍋爐燃燒室由耐火磚砌成，防止?fàn)t內(nèi)水冷壁受熱面的磨損，底部設(shè)有布風(fēng)板將爐膛封住，防止?fàn)t內(nèi)床料從下部漏掉并使一次風(fēng)得到均勻的分配，爐床下部布置了點火裝置，點火裝置中設(shè)有煙氣發(fā)生器，流化床鍋爐燃料油在煙氣發(fā)生器中點燃，在一次風(fēng)所送入氧氣助燃的作用下迅速轉(zhuǎn)化為850℃左右的高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔饨?jīng)過布風(fēng)板后，使物料快速流化并在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒后所生產(chǎn)的物料和煙氣經(jīng)過分離器分離后，經(jīng)物料循環(huán)系統(tǒng)返回燃燒室內(nèi)繼續(xù)燃燒，從而使燃料充分燃燒，釋放出大量的熱量。循環(huán)流化床鍋爐的蒸汽設(shè)備主要由汽包、水冷壁管、下降管、聯(lián)箱組成，其作用是使進(jìn)入鍋爐內(nèi)的給水在特定的受熱面中不斷吸收燃料燃燒所釋放的熱量，使水吸收熱量轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽。

1 影響循環(huán)流化床鍋爐運行效率的因素

目前，我國使用的循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)類型多達(dá)數(shù)千種。隨著全球能源緊缺問題日益突出，循環(huán)流化床鍋爐的運行效率引起電力企業(yè)的重視，降低燃料損耗、提高熱轉(zhuǎn)換效率是提高循環(huán)流化床鍋爐運行效率的根本途徑。影響循環(huán)流化床鍋爐運行效率的因素主要有以下幾個方面。

1.1 流化速度

物料流化速度越快，循環(huán)物料量也相應(yīng)增加，燃料燃燒越充分，鍋爐的運行效率也越高，但也使物料對設(shè)備的磨損作用加大；流化速度過低，則會出現(xiàn)循環(huán)物料量不足的情況，影響鍋爐運行效率。目前，國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的流化速度一般取值為6 m/s[2]。

1.2 床料粒徑及質(zhì)量

床料粒徑越大，則物料越容易流化，但是，為了使床料在入爐后能被吹到懸浮段空間內(nèi)燃燒，并同時促進(jìn)增加循環(huán)物料量，床料粒徑也不宜過大。目前，循環(huán)流化床鍋爐制造廠商一般給出的優(yōu)選的床料粒徑范圍為0～25 mm。影響床料粒度的主要因素是燃煤的熱爆性質(zhì)、揮發(fā)分含量，一般來說，熱爆性強(qiáng)且粒度較大的燃煤在爐內(nèi)受熱爆裂后可使循環(huán)物料量成倍增加，而煤中所含的揮發(fā)分越多，則煤中焦炭含量就越低，使煤就越容易被點燃。但是，煤的燃燒時間增加，可以使煤充分燃燒，提高鍋爐的運行效率。

1.3 二次風(fēng)配比

目前，人們一般將燃燒所需的空氣分為一、二次風(fēng)從不同位置分別送入流化床燃燒室內(nèi)，實現(xiàn)分段燃燒是減少循環(huán)流化床鍋爐氮氧化合物排放量的根本途徑。在同等條件下，一次風(fēng)所占風(fēng)量較大時，則密相床燃燒份額增加，使用流化床溫度升高，若不及時增加燃燒煤會使鍋爐運行負(fù)荷下降，運行效率降低；一次風(fēng)比較小時，如果燃料不能被吹起、進(jìn)入懸浮段燃燒的大顆粒燃料較多，則會使這些大顆粒得不到充分燃燒，也使鍋爐運行效率降低。因此，一次風(fēng)比一般選擇為50%～60%較為適宜。二次風(fēng)一方面可以為燃燒補(bǔ)充空氣，另一方面可以加強(qiáng)氣固兩相的混合，二次風(fēng)一般從密相床的上面噴入爐膛，二次風(fēng)風(fēng)口的設(shè)置位置越高，則將較多的碳粒和物料吹入空間，增大了上部的燃料份額和物料濃度，會使鍋爐運行效率降低，因此，將二次風(fēng)分別從不同的高度送入，則可使用爐內(nèi)煙氣流速相對均勻。

1.4 分離器

目前，分離器主要分為旋風(fēng)分離器和慣性分離器兩種類型，通常旋風(fēng)分離器效率較高，體積大，應(yīng)用最廣泛。分離器的效率、容量是影響鍋爐運行效率的主要指標(biāo)，分離器的分離效率和容量越高，則分離器采集和送回爐膛內(nèi)繼續(xù)燃燒的細(xì)碳顆粒等循環(huán)物料就越多，鍋爐的運行效率也越高[3]。

1.5 回灰裝置

回灰裝置一般分為機(jī)械閥和非機(jī)械閥兩大類，非機(jī)械閥類具有控制靈活的優(yōu)點，目前應(yīng)用最廣。但是，非機(jī)械閥類的開啟與關(guān)閉都是由給風(fēng)控制的，當(dāng)閥垂直段中料位較低時，松動風(fēng)就有可能將灰從垂直段向上吹起，影響閥的密封并產(chǎn)生結(jié)焦，因此，在選擇回灰裝置時必須注意控制灰流截面。

1.6 受熱面磨損

循環(huán)流化床鍋爐在運行時，處于流化狀態(tài)的床料在密相床內(nèi)反復(fù)沖刷受熱面，使受熱面產(chǎn)生磨損，尤其是在爐膛下部壁面垂直段與漸縮段交界處、爐頂及爐膛出口等處，受熱面磨損嚴(yán)重時，會影響尾部煙道結(jié)構(gòu)，致使煙氣從受磨損后的間隙中逸出，一方面加劇了該處的磨損，另一方面使物料不能充分燃燒，鍋爐運行效率降低。

2 提高循環(huán)流化床鍋爐運行效率的方法

2.1 合理選擇燃料，選擇合適的入爐煤粒度

一般情況下，燃煤中的灰分含量與碳含量成反比，為提高鍋爐運行效率，應(yīng)盡量選擇熱值較高、灰分較少的燃煤。燃煤入爐粒度越細(xì)、循環(huán)倍率越大，燃燒效率越高，灰渣中的可燃物就越少，鍋爐驅(qū)動負(fù)荷的能力越強(qiáng)，鍋爐運行效率越高[4]。此外，還要選擇合適的入爐煤炭級配比，試驗表明，粒度1 mm以下的煤粒達(dá)50%時，煤粒會被很快送入爐膛，降低入爐煤的平均粒度，大幅度提高鍋爐燃燒效率，通常優(yōu)選的級配比為：1 mm以下的占40%、1～3 mm的占25%、3～5 mm的占20%、5～8 mm的占10%、8～13 mm的占5%，有條件的，還應(yīng)選用可磨性系數(shù)較大或成灰性較好的煤種。

2.2 調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)量和給煤量，優(yōu)化鍋爐燃燒

在循環(huán)流化床運行中，司爐人員要密切監(jiān)控?zé)煔庵械暮趿浚⒏鶕?jù)煙氣中的含氧量測算出鍋爐的運行效率，然后適當(dāng)調(diào)整一、二次風(fēng)量和給煤量，保證燃燒正常、負(fù)荷穩(wěn)定，當(dāng)料層積累到一定厚度時還需要及時排渣。一般來說，煙氣中含氧量應(yīng)控制在4%～5.5%，一、二次風(fēng)量比應(yīng)控制在6:4～7:3，料層差壓控制在10 000 Pa左右，爐膛壓差控制在800～1 500 Pa較為適宜，使鍋爐具有較高運行效率的同時，飛灰可燃物也較低，減少煤炭使用總量。

2.3 調(diào)整合適的循環(huán)倍率

鍋爐循環(huán)倍率越高，分離器的分離效率也越高，使經(jīng)過分離器后極細(xì)小的灰粒子也被捕集后參加循環(huán)燃燒，還使?fàn)t內(nèi)物料濃度增大。其中部分物料在密相區(qū)和稀相區(qū)內(nèi)往復(fù)運行循環(huán)，將密相區(qū)內(nèi)熱量帶入稀相區(qū)內(nèi)，使?fàn)t膛內(nèi)保持高溫狀態(tài)，燃料得以充分燃燒，從而提高了鍋爐的運行效率。

2.4 提高燃料在密相區(qū)的燃燒份額和氣化率

提高燃料在密相區(qū)的燃燒份額，既使流化的燃料在爐床上劇烈燃燒，為稀相區(qū)的燃燒減輕了負(fù)擔(dān)，也使煙氣、循環(huán)灰將足夠的熱量傳入稀相區(qū)內(nèi)，使稀相區(qū)產(chǎn)生高溫，從而提高鍋爐整體的運行效率。此外，提高燃料在密相區(qū)的燃燒份額也間接地提高了密相區(qū)的氣化率，這是由于固體燃料在高溫爐床上燃燒時還存在還原反應(yīng)。特別是采用分段燃燒方法時，密相區(qū)上部的還原氣氛愈濃厚，使部分二氧化碳還原為一氧化碳，增加了一氧化碳?xì)怏w的含量，攜帶一氧化碳的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)內(nèi)與二次風(fēng)混合后迅速燃燒，使稀相區(qū)溫度提高到950℃～1 000℃，從而提高了鍋爐整體的運行效率[5]。

2.5 燃燒和管理控制系統(tǒng)

使用現(xiàn)代化的數(shù)字控制系統(tǒng)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)并優(yōu)化爐內(nèi)燃燒空氣與燃料的配比，減少燃料消耗，提高鍋爐負(fù)荷高低的調(diào)節(jié)比，使鍋爐在更寬的負(fù)荷變化范圍內(nèi)都能保持較高的燃燒效率。

2.6 選擇相適的鍋爐啟停順序

司爐人員的正確操作是保障鍋爐穩(wěn)定高效運行的主要措施，電力企業(yè)往往安裝了多臺循環(huán)流化床鍋爐。由于鍋爐的運行效率在鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍內(nèi)是變化的，一般來說，鍋爐在最高檔位時燃燒效率最高，而在最低檔位時，鍋爐的燃燒效率最低，因此，合理選擇每臺鍋爐的啟停順序，可以使鍋爐的燃燒級數(shù)與所需要的蒸汽負(fù)荷相匹配，使在線鍋爐數(shù)量較少，卻均能保持在最高的檔位運行，從而使多臺鍋爐的平均運行效率達(dá)到最優(yōu)化。

3 結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐具有良好的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、調(diào)峰控制能力、能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)仍將是火電企業(yè)中鍋爐的首選設(shè)備。電力企業(yè)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率受循環(huán)流化床鍋爐的運行效率影響很大，而影響循環(huán)流化床運行效率的因素很多。因此，要從根本上提高效益，電力企業(yè)必須加大在技術(shù)改造和創(chuàng)新上的投入，使用先進(jìn)管理方法，采取多方面措施，合理控制燃燒溫度，提高循環(huán)流化床的運行效率。

1 劉德昌.流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2003.

2 賀井勝，崔 波．循環(huán)流化床鍋爐熱效率計算探討[J]．科技資訊，2006，（14）：109.

3 王慧麗，蔡新春．循環(huán)流化床鍋爐熱效率偏低原因分析及解決措施[J]．熱力發(fā)電，2010，39（7）：47-49.

4 黨黎軍．循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行[M]．北京：中國電力出版社，2004.

5 呂俊復(fù)，金曉鐘，張建勝，等．兩相流動對流化床燃燒行為的影響[J]．熱能動力工程，2000，15（3）：217-219.

Discussion on Improving Operation Efficiency of Circulating Fluidized Bed Boiler

Yu Jipeng
(Huangling Mining Coal Gangue Power Generation Co., Ltd., Huangling 727307, China)

The Energy industry is the basis of national economic development, with the increasing demand for energy in China, China has increased investment in large power plants.Circulating fluidized bed boiler is a kind of solid fuel into a similar fluid state combustion, and then use the combustion of heat generated steam equipment, with excellent desulfurization efficiency, high combustion efficiency, wide adaptability, and gradually replace the original boiler Equipment in the various types of power plants have been widely used.However, from the operation of the circulating fluidized bed boiler in the operation of the power station, the operation efficiency of the circulating fluidized bed boiler is still greatly improved.This paper will study how to improve the running efficiency of the circulating fluidized bed boiler.

circulating fluidized bed; combustion; operation efficiency

TK229.66

A

1008-9500(2017)10-0133-03

2017-07-03

于季鵬(1985-)，男，陜西臨潼人，助理工程師，從事鍋爐專業(yè)技術(shù)管理工作。