350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐運行分析

蔚鴻

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐由于對環(huán)境影響較小，可燃用劣質煤等特點在近幾年來得到了國家的大力支持，而350MW超臨界CFB鍋爐的研發(fā)成功對于我國的整體節(jié)能減耗有很強的社會意義，相比小機組流化床，超臨界機組具有煤耗低，自動化程度高，維護工作量小，運行更加穩(wěn)定等優(yōu)點。本文從350MW超臨界CFB鍋爐性能分析、運行特點及水動力等方面進行了分析闡述。

關鍵詞：超臨界循環(huán)流化床；燃燒性能；水動力

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0189-02

1 350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐運行技術特點

1.1 燃燒性能較好，穩(wěn)定性高

常規(guī)的煤粉爐運行的特點是燃燒性能比較小，爐內蓄熱量低，燃煤量的變化對整個燃燒工況的影響較大。而循環(huán)流化床鍋爐運行方式和煤粉爐有很大區(qū)別，爐內始終擁有充足的床料，這些床料所攜帶的熱值非常高，燃煤量的變化對整個燃燒工況的影響較小。同時，燃煤通過落煤管進入爐膛后在接近恒溫的循環(huán)回路中，按照固定順序依次完成揮發(fā)分的揮發(fā)、燃燒、固體碳的燃燒和燃盡等過程，使入爐煤徹底燃燒，具有燃燒性能好，燃燒工況穩(wěn)定的特點。

1.2 溫度場分布均勻

常規(guī)煤粉爐的溫度場分布十分不均勻，其爐膛中心溫度至少能夠達到1200度以上，流態(tài)渣溫可達2100度以上，而爐膛出口溫度僅為900度左右，該特質直接導致鍋爐對于來煤熱量的利用不夠充分，灰渣含碳量大，引起極大浪費。而循環(huán)流化床鍋爐的溫度場分布就非常均勻，使入爐煤能保持勻速燃燒，也有利于爐膛內部受熱面的吸熱，既使燃料燃燒的熱量被充分吸收，也在一定程度上減少了SO2等污染物的排放。

1.3 多級送風利用率較高

在常規(guī)煤粉爐中，爐內一次風的主要起向鍋爐內送粉的作用，二次風才是對鍋爐的燃燒起到助燃的作用，這種布風方式造成了一定的風量損失，其結構設計上也存在一些問題。相反，流化床鍋爐的一次風不僅為床上物料提供流化所需風量，還為物料燃燒提供大量氧氣，二次風主要作用為助燃，保證了爐內燃料的充分燃燒，并且通過二次風的多級送風，使得密相區(qū)處于厭氧環(huán)境，可以有效抑制氮氧化物的生成。

1.4 物料循環(huán)性能突出

循環(huán)流化床鍋爐一次風通過布風板和風帽進入爐膛后，對床上物料進行細化分離，使物料之間相互劇烈摩損，一部分大顆粒逐漸磨損破碎成較小顆粒，在短時間內燃燒后變?yōu)榧毣矣蔁煔鈳ё?；另一部分由于邊壁效應沿水冷壁下落回到密相區(qū)進行二次反應，稱之為內循環(huán)。夾雜著大量顆粒的煙氣在經過旋風分離器時，較小的顆粒會隨著煙氣排出鍋爐，較大的顆粒會通過分離器再次進入爐內進行二次燃燒，稱之為外循環(huán)。兩層循環(huán)使得進入流化床鍋爐的燃料得到充分利用。相對而言，常規(guī)煤粉爐很難實現(xiàn)這一功能。

2 350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐性能分析

2.1 燃料適應性廣

流化床鍋爐特殊的流體力學設計，可以使燃料在爐膛內部與空氣充分的反應，因此燃料可以被迅速的加熱到燃燒溫度，而爐膛床層溫度并沒有較大改變，只要爐內整體物料熱值大于燃料燃燒的溫度，在爐內就可以無需任何助燃劑燃燒各種性狀的燃料，而得益于燃料在爐內更長的停留時間，一些較為劣質的燃料都能在爐內實現(xiàn)完全燃燒。

2.2 熱量吸收率高

燃料在鍋爐內部燃燒并釋放出巨大的熱量，布置在爐膛和煙道內的受熱面只能吸收其中的一部分，這些被吸收的熱量才是有效的熱量，剩下一部分熱量會隨著煙氣或灰渣排出到鍋爐外面，這些熱量就是鍋爐的熱損失。而且在實際燃燒過程中，燃料在鍋爐內部是不可能實現(xiàn)完全燃燒的，這部分熱量稱之為鍋爐的不完全燃燒損失。通過對流化床鍋爐相關實驗數(shù)據(jù)的分析我們可以看出，無論是未完全燃燒損失還是鍋爐的熱損失，流化床鍋爐都可以保持在較高水準，使其對燃料的利用率達到了一個很高的水平。

2.3 污染物排放量少

流化床鍋爐特有的低溫燃燒和分段燃燒可有效抑制氮氧化物和二氧化硫的排放，這也是流化床鍋爐能夠被人們廣泛接受的一大特性。這是因為在流化床鍋爐內部，大部分燃料都實現(xiàn)了較為完全的燃燒，且流化床爐膛內溫度場分布比較均勻，因此流化床鍋爐產生的氮氧化物、二氧化硫、硫酸鹽等有害物質是很少的。

3 35OMW超臨界循環(huán)流化床鍋爐關鍵技術

3.1 水動力的安全性

對超臨界流化床鍋爐的整體設計和構思，首先要考慮的問題就是其水動力的安全性。循環(huán)流化床鍋爐在正常運行工況下，爐內有大量的粒狀可燃物和細灰不間斷的沖刷水冷壁，因此不能照搬煤粉爐所采用的螺旋管圈式水冷壁結構，只能采用一次垂直上升管圈水冷壁?？紤]到流化床爐內流化及防磨等剛性需求，對于350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐，應采用中、低質量流速水冷壁方案。

3.2 啟動旁路系統(tǒng)的選擇分析

350MW循環(huán)流化床鍋爐一般配備容量為30%BMCR的啟動旁路系統(tǒng)，與鍋爐水冷壁最低直流負荷的質量流量相匹配。目前國內超臨界鍋爐可選的啟動旁路系統(tǒng)一般為帶循環(huán)泵的啟動旁路系統(tǒng)和大氣擴容器式啟動旁路系統(tǒng)，帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)具有啟動熱損失小，啟動速度快，系統(tǒng)較簡單，易實現(xiàn)自動控制，對除氧器設計無要求等優(yōu)點。但具有投資大、運行操作復雜、維護要求高等缺點。對于大氣擴容器式的啟動系統(tǒng)，具有結構簡單、投資小、運行操作方便，容易實現(xiàn)自動控制、維護工作量少等優(yōu)點，但啟動初期燃料耗量大、啟動速度慢、熱量回收有限等缺點。

3.3 緊急補給水系統(tǒng)

350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐采用一次垂直上升水冷壁形式，水容量較小，在廠用電停用等緊急工況下無法補水，爐膛及煙道內有大量熱量傳遞給水冷壁、尾部包墻等受熱面。補水泵由柴油發(fā)動機驅動，當鍋爐主給水泵不能工作且備用泵無法啟動或冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下，該泵可及時向路本體進水，保護爐內的受熱面，此系統(tǒng)初投資大，運行維護工作量較大，正常運行時也要經常啟動進行暖泵。東方鍋爐制造的350MW超臨界CFB鍋爐并未配備該系統(tǒng)，而是配備了一臺30%BMCR的電泵，在啟動初期、停爐期間以及緊急狀態(tài)下向鍋爐補給水。

3.4 SNCR脫硝系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐采用分級送風燃燒，一次風從爐底經布風板進入，二次風從爐膛密相區(qū)上部分兩到三層進入爐膛，通過控制一、二次風配比及各層二次風量，可有效抑制爐內NOx的生成。在循環(huán)流化床鍋爐旋風分離器水平煙道處裝設SNCR脫硝裝置，即可滿足國家環(huán)保要求的100mg/Nm以下的要求。隨著國家環(huán)保要求逐年提高，考慮到SNCR系統(tǒng)在將來正常運行后可能出現(xiàn)力有不逮的狀況，應在空預期前預留出SCR系統(tǒng)接口。

SNCR技術在實際應用中的效果好壞取決于溫度場的選擇、還原劑的停留時間長短、還原劑與煙氣的混合是否良好充分、噴槍維護是否及時等因素。SNCR的反應溫度在850～1050℃之間，而CFB鍋爐的溫度場正好在這個范圍內，因此，鍋爐的爐膛、旋風分離器的入口、出口煙道都符合SNCR的溫度范圍。很多廠家都將還原劑的噴入點設置在分離器的入口或出口煙道，從入口煙道噴入后被高速煙氣帶到分離器內，在氣固分離的作用下，和物料、煙氣進行劇烈擾動和充分混合，可夠保證還原劑反應所需要的充足的時間，也滿足了SNCR反應混合均勻性的要求，降低了還原劑與煙氣由于混合不均勻產生的反應偏差。

4 結語

循環(huán)流化床鍋爐由于對環(huán)境影響較小，可燃用劣質煤等特點在近幾年來得到了國家的大力支持，但小容量機組煤耗高，自動化程度低，一定程度上影響了對CFB鍋爐的研發(fā)和在我國進行的市場推廣。由于我國人均資源較為稀缺，國家三令五申要求企業(yè)節(jié)能減排，而350MW超臨界CFB鍋爐的研發(fā)成功對于我國的整體節(jié)能減耗有很強的社會意義，相比小機組流化床，超臨界機組具有煤耗低，自動化程度高，維護工作量小，運行更加穩(wěn)定等優(yōu)點。未來該新型鍋爐在我國節(jié)能減排和環(huán)保方面將會做出更多的貢獻。

參考文獻

[1]盧嘯風.大型循環(huán)流化床鍋爐設備與運行[M].中國電力出版社，2006.

[2]胡昌華，盧嘯風.600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐設備與運行[M].中國電力出版社，2012.