火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐燃料及燃燒特點(diǎn)分析

夏悅

摘要：循環(huán)流化床鍋爐的磨損控制和預(yù)防具有決定性的影響，直接關(guān)系著火力發(fā)電廠長期任務(wù)的達(dá)成與實(shí)現(xiàn)。以火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行為基礎(chǔ)，從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝施工、鍋爐運(yùn)行等四個角度展開了思考，希望對預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐磨損有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：材料選擇;結(jié)構(gòu)設(shè)計;安裝施工;鍋爐運(yùn)行

1 引言

近年國內(nèi)大多數(shù)已投運(yùn)的中小型循環(huán)流化床鍋爐（CFB）的自動化水平相當(dāng)落后，有的甚至還完全依賴手動操作。一些采用了計算機(jī)控制系統(tǒng)的75t/h循環(huán)流化床鍋爐也只是將其作為常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輔助監(jiān)控手段。僅設(shè)計了少量的汽壓、給水、汽溫等常規(guī)模擬控制回路。輸入（I）/輸出（O）點(diǎn)數(shù)僅100～300點(diǎn)左右。同時，由于CFB鍋爐本身在本體設(shè)計和運(yùn)行實(shí)踐（尤其是在運(yùn)行的可靠性和可控性方面）仍有許多需完善之處，所以造成了人們對其控制機(jī)理和自動控制系統(tǒng)設(shè)計的一些畏難和模糊認(rèn)識。

隨著國內(nèi)安裝投運(yùn)的循環(huán)流化床鍋爐容量增大和中小熱電廠自動化水平的提高j十算機(jī)分散控制系統(tǒng)DCS開始真正應(yīng)用于整個CFB鍋爐的控制。一些引進(jìn)的大型CFB鍋爐，如四川白馬電廠引進(jìn)芬蘭奧斯龍公司420t/h循環(huán)流化床鍋爐DCS、金陵石化熱電廠引進(jìn)芬蘭奧斯龍公司2×220t/h循環(huán)流化床鍋爐DCS等項目即采用DCS實(shí)現(xiàn)了整個CFB鍋爐的監(jiān)視、控制和聯(lián)鎖保護(hù)功能。單臺鍋爐的I/O點(diǎn)數(shù)超過1000點(diǎn)。相當(dāng)于一臺100MW等級煤粉鍋爐的控制點(diǎn)數(shù)。

河北保定熱電廠采用的東方鍋爐廠安福斯特·惠勒公司技術(shù)生產(chǎn)的DG450/9.81-1型循環(huán)流化床鍋爐是目前國內(nèi)容量最大的CFB鍋爐。整個電廠2×450t/h循環(huán)流化床、2×100MW雙抽汽輪發(fā)電機(jī)組采用新華公司XDPS-400分散控制系統(tǒng)。包括了數(shù)據(jù)采集、模擬量控制、順序控制、爐膛安全保護(hù)、電氣控制、廠用公用控制、熱網(wǎng)控制，單臺機(jī)組的I/O接近5000點(diǎn)，與新建300MW燃煤機(jī)組DCS規(guī)模相當(dāng)，并和新華公司DEH-ⅢA構(gòu)成一體化控制系統(tǒng)。

一些新投產(chǎn)的75t/h的循環(huán)流化床鍋爐DCS也越來越多地取消了常規(guī)控制儀表，采用DCS完成整個機(jī)組的控制。

2 優(yōu)化循環(huán)流化床鍋爐的材料選擇合適的防磨材料

2.1 選擇循環(huán)流化床鍋爐的金屬材料

火力發(fā)電廠選擇循環(huán)流化床鍋爐金屬材料過程中，碳鋼和合金鋼是最重要的，其用途是制作鍋爐的承壓管，這些管子結(jié)構(gòu)布置通常復(fù)雜，因此要加強(qiáng)對循環(huán)流化床鍋爐金屬材料的性質(zhì)控制，更多地采用先進(jìn)的技術(shù)成果和新材料，做到對火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐磨損的有效預(yù)防。

2.2 選擇循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料

選擇耐火材料要對其物化性質(zhì)做首要考慮，同時還要具有經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)該結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)，從耐火內(nèi)襯部位的特點(diǎn)出發(fā)，重點(diǎn)考察耐高溫、抗磨的性能，做全面綜合的比較，兼顧技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)可靠和經(jīng)濟(jì)合理。

3 循環(huán)流化床鍋爐的控制特點(diǎn)

CFB鍋爐與煤粉爐一樣，具有多參數(shù)、非線性、時變和多變量緊密耦合的特點(diǎn)，而且，CFB比普通鍋爐具有更多的輸入/輸出變量，耦合關(guān)系也更為復(fù)雜。

一個典型的循環(huán)流化床鍋爐的模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括以下功能：負(fù)荷指令回路，主汽壓調(diào)節(jié)，床溫調(diào)節(jié)，給煤量調(diào)節(jié)，總風(fēng)量調(diào)節(jié)，石灰石量調(diào)節(jié)，一次風(fēng)量調(diào)節(jié)，二次風(fēng)量調(diào)節(jié)，二次風(fēng)壓調(diào)節(jié)，高壓風(fēng)壓力調(diào)節(jié)，主汽溫調(diào)節(jié)，汽包水位調(diào)節(jié)，燃油母管壓力調(diào)節(jié)，啟動燃燒器風(fēng)量調(diào)節(jié)，啟動燃燒器燃油壓力/流量調(diào)節(jié)，床槍燃油壓力/流量調(diào)節(jié)，爐膛壓力調(diào)節(jié)，料床差壓調(diào)節(jié)，底灰壓力、溫度調(diào)節(jié)（采用流化床冷灰器）。其中，CFB鍋爐的汽水系統(tǒng)與常規(guī)煤粉爐差異不大，因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計也大同小異。但是，CFB鍋爐的燃燒系統(tǒng)及其控制和煤粉爐有較大的差異。

3.1 CFB鍋爐燃燒控制

CFB鍋爐的燃燒過程與煤粉爐有很大區(qū)別，突出表現(xiàn)在循環(huán)和流化兩方面。CFB鍋爐的燃料一般由煤和石灰石兩部分組成，物料（煤粒和石灰石）由給料口進(jìn)入爐膛密相區(qū)下部后，被高溫物料包圍而迅速著火，并在燃燒室中伴以高速風(fēng)流在沸騰懸浮狀態(tài)下進(jìn)行燃燒。同時，高溫?zé)煔鈹y帶爐料和大部分未燃盡的煤粒飛逸出燃燒室頂部，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離出的未燃盡燃料由返料器返送回爐膛底部，再次進(jìn)入爐膛循環(huán)燃燒。

3.2 石灰石量控制

在燃燒過程中加入的石灰石可以與燃燒中產(chǎn)生SO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO4，起到脫硫的作用。

調(diào)節(jié)給石灰石量的目的是滿足鍋爐SO2排放量的要求?？刂苹芈芬话阍O(shè)計采用串級調(diào)節(jié)方式。上級調(diào)節(jié)器為SO2調(diào)節(jié)器，下級調(diào)節(jié)器為石灰石量調(diào)節(jié)器，當(dāng)SO2變化時，調(diào)節(jié)給石灰石旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，使進(jìn)入爐膛石灰石量相應(yīng)變化。在這個調(diào)節(jié)回路中，總給煤量作為前饋信號加入給石灰石量調(diào)節(jié)器。鍋爐人爐煤量變化時，SO2肯定也要相應(yīng)變化。如果僅根據(jù)SO2信號調(diào)石灰石量，則延遲比較大。將給煤量作為前饋信號，使石灰石量先根據(jù)煤量變化，然后再根據(jù)SO2信號進(jìn)行校正，可以減少調(diào)節(jié)延遲。

3.3 風(fēng)量控制

CFB鍋爐的風(fēng)系統(tǒng)比一般常規(guī)煤粉爐復(fù)雜。主要由一、二次風(fēng)、返料風(fēng)和播煤風(fēng)等組成。根據(jù)鍋爐的型式不同，設(shè)計有一次、二次風(fēng)機(jī)，高壓羅茨風(fēng)機(jī)等，對采用氣力播煤的鍋爐，還設(shè)計有播煤風(fēng)機(jī)。

一次風(fēng)可分為兩路。在燃燒過程中，一路一次風(fēng)由爐膛下部的一次鳳箱進(jìn)入，通過布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室，擾動由煤和石灰石組成的床料使之流化，并攜帶床料向上移動通過整個燃燒室。這是CFB鍋爐特有的送風(fēng)方式。

另一路一次風(fēng)（又稱為下二次風(fēng)，也可以由二次風(fēng)總管送人）和二次風(fēng)分別從爐膛的不同高度上進(jìn)入燃燒室，補(bǔ)充懸浮區(qū)燃燒需用的空氣量。使燃料在上升的過程中實(shí)現(xiàn)分級燃燒。燃燒所需的一、二次風(fēng)從不同高度進(jìn)入爐膛助燃，形成分級燃燒，使得CFB鍋爐爐膛內(nèi)的溫度比較低，減少了NOx的排放，同時也減少了結(jié)渣的機(jī)會。

二次風(fēng)由爐膛密相區(qū)上部四周爐墻分層給人，確保煤粒在懸浮段充分燃燒。同時為啟動燃燒器提供燃燒風(fēng)。一部分二次風(fēng)（一般為一次風(fēng)的3%～5%）還可作為播煤風(fēng)和正壓輸煤系統(tǒng)的密封風(fēng)。一次、二次風(fēng)比例一般設(shè)計為1：1～6：4。而一次風(fēng)壓一般為10kPa～13kPa，二次風(fēng)壓為6～8.5kPa。

3.4 返料風(fēng)控制

CFB的返料器多采用非機(jī)械密封閥，鍋爐物料循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)動力來源于返料器進(jìn)口側(cè)立管中的物料差壓。為了保證物料的可靠循環(huán)，CFB鍋爐還設(shè)置有一路高壓的返料風(fēng)。返料風(fēng)可以從一次風(fēng)管引出，或來自高壓羅茨風(fēng)機(jī)。

返料風(fēng)壓力高但風(fēng)量較小，一般小于2%。返料風(fēng)壓與返料閥形式、鍋爐布置方式等密切相關(guān)。中、小CFB為13kPa～20kPa，大型CFB為50kPa～60kPa。

結(jié)語

要將循環(huán)流化床鍋爐防腐蝕、防磨損工作列為設(shè)計、安裝、維護(hù)、運(yùn)行各過程中的一個關(guān)鍵性的指標(biāo)，以循環(huán)流化床鍋爐的建設(shè)、檢修和運(yùn)營管理作為突破點(diǎn)，加強(qiáng)刊循環(huán)流化床鍋爐各環(huán)節(jié)的監(jiān)督。

參考文獻(xiàn)

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