影響CFB鍋爐床溫的因素及調(diào)整策略

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽 712000)

0 引 言

床溫是指燃燒室密相區(qū)的平均溫度，是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)，運(yùn)行時一般平均床溫控制在 850～950 ℃[1]，運(yùn)行人員如果對床溫的變化沒有做出正確的判斷和操作，就會影響鍋爐正常運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致運(yùn)行事故。比如，運(yùn)行時負(fù)荷沒變，但床溫降低，這時增加給煤量，若果沒有增大一次風(fēng)量，導(dǎo)致燃燒效率下降，燃燒份額不足，則床溫不會增加，反而會降低。如果此時運(yùn)行人員不能夠正確判斷，以為床溫下降還是因煤量不夠多而引起的，繼續(xù)增大給煤量，更使得風(fēng)煤配比嚴(yán)重失調(diào)，床溫會急劇下降，可能導(dǎo)致滅火，如果處理不當(dāng)，會引起爐膛爆炸或低溫結(jié)焦，將會使事故擴(kuò)大。所以，正確分析影響床溫的因素，及時制定出有效的調(diào)節(jié)方案，才能維持床溫穩(wěn)定，對保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有非常重要的意義。

1 床溫對CFB鍋爐工作的影響

1.1 床溫對污染物排放量的影響

床溫對SO2排放量的影響，石灰石脫硫有一個最佳溫度(850～900 ℃)[1]，床溫過高或過低，都使脫硫劑偏離最佳反應(yīng)溫度，脫硫效果降低。為了保證脫硫效率，就要增加脫硫劑的量，這就會增加脫硫成本。

床溫對NOx排放量的影響，床溫高，加快了熱解、氧化反應(yīng)以及氮的活性，NOx的排放量就越多。大量研究表明，在循環(huán)流化床燃燒條件下，溫度每增加10 ℃，NOx的排放量增加15 mg/m3。相反，床溫下降，NOx的排放量就越低。但是，床溫降低會造成不完全燃燒熱損失增加，導(dǎo)致燃燒效率下降。而且，床溫降低，將使得N2O 的分解減緩，排放濃度增加[2]。

1.2 床溫對蒸汽參數(shù)和鍋爐出力的影響

床溫高，燃燒效率高，蒸汽溫度和鍋爐出力升高，但若床溫過高，蒸汽溫度過高，使過熱器、再熱器、蒸汽管道、閥門、汽輪機(jī)的高壓部分等超溫，金屬熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性下降，降低了設(shè)備的工作壽命，造成安全隱患。若嚴(yán)重超溫，導(dǎo)致設(shè)備爆管，影響機(jī)組的安全性。

若床溫過低，鍋爐出力降低，蒸汽參數(shù)不能達(dá)到要求值，做功能力下降，機(jī)組的循環(huán)熱效率降低。而且，汽溫過低，會使汽輪機(jī)排汽濕度增加，影響汽輪機(jī)末級葉片的安全工作。

1.3 床溫對燃燒和結(jié)焦的影響

床溫過高，超過了灰渣的變形溫度，就會造成爐床高溫結(jié)焦，還會引起高溫分離器內(nèi)二次燃燒，從而引發(fā)結(jié)焦，堵塞物料運(yùn)行回路，引起運(yùn)行事故。

床溫低，不完全燃燒的熱損失增大，導(dǎo)致飛灰和排渣中可燃物增加，鍋爐效率降低。床溫過低，可能導(dǎo)致滅火，如果處理不當(dāng)，會引起爐膛或煙道爆炸或床層低溫結(jié)焦，將使事故擴(kuò)大。一般，床溫低于300 ℃，即使投入啟動燃燒器，鍋爐MFT也會動作。

2 影響床溫的因素分析

2.1 煤質(zhì)對床溫的影響

2.1.1 低位發(fā)熱量對床溫的影響

煤質(zhì)不同，低位發(fā)熱量也不相同。燃料低位發(fā)熱量越高，理論燃燒溫度也會隨之提高，燃燒效率高，床溫也會隨之上升。反之，床溫降低。

2.1.2 揮發(fā)分對床溫的影響

揮發(fā)分通常比較容易在爐膛上部燃燒。所以，燃燒高揮發(fā)分的煤，在稀相區(qū)放熱量大，在密相區(qū)燃燒份額少，放熱量少，床溫低。相反，燃燒揮發(fā)分越低的煤，其密相區(qū)燃燒份額大，熱量較多的釋放在密相區(qū)，導(dǎo)致床層溫度升高。

2.1.3 水分的對床溫的影響

燃料水分過多，燃燒過程中水分產(chǎn)生蒸汽吸收大量熱量，導(dǎo)致床溫降低，燃燒效率降低，耗煤量增加。

2.2 煤的粒度對床溫的影響

循環(huán)流化床鍋爐對燃煤的要求是，寬篩分顆粒(一般要求顆粒度在0～10 mm范圍內(nèi))以及合適的顆粒級配。煤粒徑對床溫的影響，主要在于大顆粒煤粒所占的比例。運(yùn)行中，如果燃料制備系統(tǒng)選擇不合理，或者煤質(zhì)變化太大，造成顆粒級配不合理，如寬篩分顆粒中較粗的顆粒占的比例較大時，由于粗顆粒大部分聚集在密相區(qū)，就會使密相區(qū)燃燒份額過大，從而床層超溫。相反，當(dāng)細(xì)顆粒占的比例較大，由于細(xì)煤粒在密相區(qū)停留時間較短，造成密相區(qū)燃燒份額減少，從而床溫降低。

2.3 鍋爐負(fù)荷對床溫的影響

鍋爐負(fù)荷增大，煤量和風(fēng)量都需增大，爐膛燃燒放熱量增大，床溫升高。相反，負(fù)荷減小，床溫降低。文獻(xiàn)[3] 對600 MW機(jī)組進(jìn)行研究，負(fù)荷增加時，增大煤量和風(fēng)量，保持過量空氣系數(shù)一定時，床溫隨鍋爐負(fù)荷的增大而增大。

2.4 給煤量對床溫的影響

給煤量是影響床溫最直接、最主要的因素之一。若其他條件不變，當(dāng)給煤量增加，由于煤在爐內(nèi)燃燒放熱量增加，會使床溫增加。但是，給煤量過大，需要吸收的著火熱大，而且，若一次風(fēng)量不變，會使燃燒效率降低，密相區(qū)燃燒份額減少，又會導(dǎo)致床溫降低。反之，煤量減少，床溫降低。這里要說明的是，由于床料蓄熱量大，給煤量變化后有個滯后過程，床溫才隨之變化。如圖1所示，30萬kW機(jī)組，保持一次風(fēng)量、循環(huán)灰量及煤質(zhì)不變，當(dāng)給煤量降低時，床溫的變化曲線[4]。

圖1 給煤量對床溫的影響

2.5 一次風(fēng)量對床溫的影響

一次風(fēng)量對床溫有較大的影響。當(dāng)在總風(fēng)量不變時，增加一次風(fēng)量(及增加一次風(fēng)比例)，意味著流化風(fēng)量增大，強(qiáng)化了密相區(qū)內(nèi)的流化效果，爐膛下部的溫度會所升高。但是，由于一次風(fēng)量的增大使夾帶和揚(yáng)析作用增大，若此時煤量沒有增加，密相區(qū)顆粒濃度減少，又會降低密相區(qū)燃燒份額，而且，一次風(fēng)量提高使循環(huán)倍率升高，進(jìn)入爐膛的返料量增大，而返料溫度一般略低于爐膛下部溫度，會使床溫降低。而且，一次風(fēng)量增大，由于一次風(fēng)溫度低，也會降低爐膛溫度。所以，總的來說，總風(fēng)量不變時，增加一次風(fēng)量，有一個短時升高，最終床溫是降低的。反之，一次風(fēng)量減小，床溫有一個短時下降，而后上升的趨勢，但是，風(fēng)量過少，使密相區(qū)過度缺氧，燃燒份額降低，床溫又會降低，還不利于燃盡。文獻(xiàn)5對300 MW機(jī)組CFB鍋爐進(jìn)行試驗表明，一次風(fēng)對床溫有明顯的影響，一次風(fēng)量上升，床溫在幾分鐘后開始下降；一次風(fēng)量降低，床溫在幾分鐘后開始上升。

2.6 循環(huán)物料量對床溫的影響

循環(huán)物料是控制床溫的有效手段之一。當(dāng)物料循環(huán)裝置和返料風(fēng)速度一定時，循環(huán)物料量增大，溫度較低的物料進(jìn)入床層吸收熱量，而且，帶走使床溫降低。反之，當(dāng)循環(huán)物料量減少時，床溫升高。另外，循環(huán)物料溫度高，也會導(dǎo)致床層溫度。

如圖2所示，為30萬kW機(jī)組的研究，保持煤質(zhì)、煤量及一次風(fēng)量不變，通過調(diào)節(jié)循環(huán)灰控制閥開度來改變循環(huán)灰量，床溫的變化曲線[4]。

圖2 循環(huán)灰量對床溫的影響

2.7 料層厚度對床溫的影響

料層厚度是指密相區(qū)內(nèi)物料層厚度。對同一煤種，一定的料層差壓對應(yīng)著一定的料層厚度。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時，必須保持一定的料層厚度。

料層厚度薄，密相區(qū)燃燒份額下降，蓄熱能力降低，床溫降低。同時，料層厚度太薄，流化質(zhì)量差，物料容易被吹穿而產(chǎn)生溝流，著火穩(wěn)定性差，燃燒效率低，灰渣含碳量高，灰渣熱損失增加，鍋爐效率低。

料層厚度增加，蓄熱能力提高，床溫升高。但是，料層過厚，料層阻力增大，在其他條件不變時，導(dǎo)致一次風(fēng)量減少，床溫將會升高。若要增加一次風(fēng)量，就要增加了風(fēng)機(jī)的電耗，經(jīng)濟(jì)性降低。

3 床溫的調(diào)整策略

應(yīng)正確分析影響床溫的因素，采用相應(yīng)的措施來調(diào)整床溫。

(1)嚴(yán)格制煤管理。在制煤時，應(yīng)選擇合適的燃料制備工藝系統(tǒng)及設(shè)備，保證控制入爐煤粒度和合適的顆粒級配，控制燃料煤中水分不宜超過9% 。當(dāng)煤質(zhì)變化時，應(yīng)及時對顆粒粒度和級配進(jìn)行調(diào)整。比如，若煤的揮發(fā)分增大，制煤時則應(yīng)相應(yīng)使0～1 mm的粗顆粒的比例增大，防止床溫降低。

(2)根據(jù)煤質(zhì)變化及時調(diào)整床溫。運(yùn)行時，若煤質(zhì)變好，低位發(fā)熱量升高，煙氣氧量減少時，應(yīng)及時減少給煤量以降低床溫。若煤質(zhì)差、低位發(fā)熱量降低，煙氣氧量增加時，應(yīng)增加給煤量以提升床溫。

(3)根據(jù)燃煤粒度的變化調(diào)節(jié)床溫。運(yùn)行時，若煤質(zhì)及其他條件都一定，而燃煤粒度較大時，引起床溫升高，用增加一次風(fēng)量，減少二次風(fēng)量(即增大一次風(fēng)的比率)的方法控制床溫。當(dāng)粒度小時，引起床溫降低，應(yīng)減小一次風(fēng)比率控制床溫。

(4)調(diào)整一次風(fēng)比例控制床溫。一般情況下，一次風(fēng)量占比為50%～70%。運(yùn)行時，煤越細(xì)，揮發(fā)分越高，一次風(fēng)比例可取下限。當(dāng)床溫升高時，可適當(dāng)增加一次風(fēng)量比例，使床層內(nèi)蓄熱量被一次風(fēng)從密相區(qū)上揚(yáng)到稀相區(qū)，從而降低床溫。

(5)風(fēng)、煤操作合理。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，應(yīng)正確進(jìn)行風(fēng)、煤操作。根據(jù)煤量和風(fēng)量對床溫的影響，當(dāng)負(fù)荷增加時，應(yīng)先增加風(fēng)量，后增加煤量，這樣就可以防止煤進(jìn)入床層后得不到充分燃燒，而在風(fēng)量充足時又會突然劇烈燃燒，大量放熱使床層溫度迅速上升。反之，當(dāng)負(fù)荷減小時，應(yīng)先減小風(fēng)量，后減小煤量。保持床溫穩(wěn)定。

(6)調(diào)整循環(huán)物料量控制床溫。若負(fù)荷沒變、氧量指標(biāo)不變，而床溫升高，應(yīng)適當(dāng)增加返料量使?fàn)t溫降低，反之，若床溫緩慢降低，應(yīng)減少返料量或放掉一些循環(huán)灰，使?fàn)t溫回升。在運(yùn)行中，要加強(qiáng)監(jiān)視和控制返料器床溫，防止返料溫度高而結(jié)焦或引起床溫超溫。當(dāng)返料溫度過高時，應(yīng)減少給煤量和負(fù)荷，查明原因消除后再正常運(yùn)行。

(7)調(diào)整料層厚度控制床溫。運(yùn)行時，應(yīng)根據(jù)料層厚度及時放渣，保持料層厚度在一定范圍內(nèi)。放渣時要做到少放勤放，使床層厚度始終保持在合理的范圍內(nèi)。放渣結(jié)束后，確認(rèn)放渣門關(guān)嚴(yán)，否則，由于放渣門未關(guān)嚴(yán)造成大量床料自流排出，床層厚度過低，床溫很難控制的局面。

(8)遵循調(diào)節(jié)原則。在整個床溫調(diào)節(jié)操作過程中，運(yùn)行人員一定要遵循“少量多次”的調(diào)節(jié)方法，避免床溫大起大落[1]。

4 結(jié)束語

文中分析了影響床溫的因素及其調(diào)節(jié)床溫的方法。從文中分析可以看出，影響床溫的因素很多，在眾多的因素中，給煤量、一次風(fēng)量、返料量是最主要的影響床溫的因素，而且，給煤量和風(fēng)量要配合調(diào)節(jié)，保持合適的風(fēng)煤配比才是有效的維持床溫的手段。作為運(yùn)行人員，在運(yùn)行中要時刻注意料層溫度的變化，若床溫不正常，應(yīng)能準(zhǔn)確的分析判斷床溫變化的原因，及時制定出有效的調(diào)節(jié)方案，才能維持床溫穩(wěn)定，保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。