超臨界循環(huán)流化床鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)難點(diǎn)及控制策略

張 榮

神東監(jiān)理有限責(zé)任公司

1 引言

循環(huán)流化床（CFB）燃燒技術(shù)是能夠適應(yīng)多種燃料的燃燒，具有操作彈性大的特點(diǎn)，并且能夠有效地降低污染物控制的成本，在商業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，是一項清潔煤燃燒技術(shù)。

2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）具有燃燒效率高的特點(diǎn)。CFB 鍋爐對高品質(zhì)煤進(jìn)行燃燒的過程中，燃燒的效率能夠和煤粉爐差不多，高達(dá)97%～99%，并且爐膛截面熱負(fù)荷能夠達(dá)到3MW∕m2～5MW∕m2，它的效果能夠和煤粉爐差不多，且達(dá)到了鼓泡床鍋爐、層燃鍋爐的數(shù)倍。（2）具有環(huán)保指標(biāo)優(yōu)越的特點(diǎn)。循環(huán)流化床鍋爐通常在運(yùn)行的過程中，床溫一般是處在850℃～950℃之間，此外，需要按照燃煤的特性根據(jù)Ca∕S 往爐內(nèi)添加適當(dāng)?shù)氖沂勰軌蜃龀擅摿騽?，在進(jìn)行燃燒時，要把生成的SO2脫去，而石灰石粉要想使得效率達(dá)到最高的效果，就需要在850℃～950℃范圍內(nèi)進(jìn)行脫硫，因此，在進(jìn)行循環(huán)硫化床鍋爐的脫硫時，根據(jù)在850℃～950℃燃燒溫度能夠使得脫硫效率達(dá)到較高的效果，其脫硫率通常在80%～95%，其燃燒率能夠比煤粉爐大約高出5%。與此同時，循環(huán)流化床處在850℃～950℃進(jìn)行燃燒時，能夠使得熱反應(yīng)型NOx的生成得到抑制的效果，再加上對分級燃燒方式的使用送入二次風(fēng)，又能夠?qū)崿F(xiàn)對燃料型NOx的生成進(jìn)行有效的控制。NOx的排放通常都是處在不超過200mg∕Nm3。循環(huán)流化床潔凈煤燃燒技術(shù)的污染控制成本在現(xiàn)在沒有別的技術(shù)能夠比它更好，在世界上，它是一個較為成熟并且有前途的一項潔凈煤燃燒技術(shù)已經(jīng)得到各國的認(rèn)可。（3）燃料制備系統(tǒng)具有簡單、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。因為CFB 鍋爐與煤粉爐相比，對于燃料沒有過高的要求，其入爐煤的粒徑要求在低于8mm，所以對于燃燒制備系統(tǒng)沒有過高的標(biāo)準(zhǔn)，但能夠使得燃燒制備系統(tǒng)的壽命能夠加長，同時還會使得其經(jīng)濟(jì)性更加明顯。

3 調(diào)峰運(yùn)行對CFB鍋爐的影響

CFB機(jī)組加入了電網(wǎng)調(diào)峰進(jìn)行運(yùn)行,因為負(fù)荷是按照電網(wǎng)的需求進(jìn)行變化的，所以CFB 鍋爐在進(jìn)行燃燒的過程中也在逐步變化,燃燒變化會影響到鍋爐的排放。在對負(fù)荷進(jìn)行升降的時候，必須保證對風(fēng)、煤的加減達(dá)到匹配的程度，所以，控制系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)煤的過程是十分重要的，若是變負(fù)荷時，對風(fēng)煤沒有進(jìn)行良好的控制，就容易出現(xiàn)CO、NOx、SO2的排放不斷變多的問題，這樣就會使得CFB 機(jī)組的環(huán)保性能降低。明顯可以看出，CFB 機(jī)組加入了電網(wǎng)調(diào)峰進(jìn)行運(yùn)行,尤其是在進(jìn)行兩班制的運(yùn)行過后，影響到了鍋爐的壽命長度。在循環(huán)回路的耐磨耐火材料實際應(yīng)用過程當(dāng)中，承壓部件和敷設(shè)都有著對應(yīng)的作用。對于較薄而且比較耐磨的材料層來講，它的實際材料和被輻射的金屬材料膨脹系數(shù)是完全不同的，對于一些較厚耐磨耐火的材料，它的實際深度會因為溫度的改變而發(fā)生不同的膨脹程度。在經(jīng)過調(diào)峰運(yùn)行之后，以上的情況都會容易造成裂紋出現(xiàn)。會使得耐磨耐火材料層出現(xiàn)脫落等情況發(fā)生，使得CFP 基礎(chǔ)的可用率降低。出現(xiàn)的不良情況：（1）實際上，所出現(xiàn)的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的一些問題。①在進(jìn)行減負(fù)荷動態(tài)功率的情況下，可以將一次流化風(fēng)量一直控制在超過180kNm3∕h，這樣能夠使得流化質(zhì)量更佳。②能夠很好地使得二次風(fēng)量得到提升，使得二次風(fēng)管的最低冷卻風(fēng)量能夠得到有效保障，防止出現(xiàn)超溫和漏灰的情況。③在對高揮發(fā)性高硫煤進(jìn)行燃燒的過程中，調(diào)峰深度需要從30%調(diào)到20%。④在進(jìn)行深度調(diào)峰況下，能夠使得主蒸汽溫度以及再熱蒸汽溫度得到有效提升。⑤低負(fù)荷鍋爐流化若是出現(xiàn)不良的情況，就需要根據(jù)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行對流化風(fēng)量的進(jìn)一步的提升。根據(jù)對煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的使用，雖然能夠有效地解決了一些問題，但在運(yùn)用的時候就發(fā)生了腐蝕的情況。

4 控制策略

4.1 燃燒調(diào)整與控制

循環(huán)流化床鍋爐因為具有能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行燃燒，能夠?qū)崿F(xiàn)低負(fù)荷穩(wěn)燃的作用，具有調(diào)峰能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但在進(jìn)行降負(fù)荷時，需要對負(fù)荷變化率進(jìn)行有效的控制和管理，特別是進(jìn)行深度調(diào)峰工況時，需要避免煤量降幅過大的情況，這樣才能夠防止燃燒惡化，更嚴(yán)重的會出現(xiàn)滅火等情況發(fā)生。正常來說，CFB鍋爐的降負(fù)荷速率應(yīng)該要達(dá)到2%∕min以下。在現(xiàn)實上，需要根據(jù)在減煤過后進(jìn)行對床溫以及氧量開始觀察變化，這樣進(jìn)行對微調(diào)給煤量是否需要進(jìn)行判斷，能夠達(dá)到燃燒的穩(wěn)定性，之后再進(jìn)行調(diào)峰作用。在進(jìn)行深度調(diào)峰的過程中，給煤量一般是在50t∕h～80t∕h（30%負(fù)荷），平均下來，每個給煤口大約在5t∕h～8t∕h，若是給煤量出現(xiàn)過低的情況，就可能會使得局部燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。同時，因為所采用的燃用煤種是一種無煙煤，若是常溫達(dá)不到一定的高度，就會使得穩(wěn)燃的效果不能得到很好的實現(xiàn)，而機(jī)組在運(yùn)行的過程中，平常需要保障床溫達(dá)到700℃以下，省煤器進(jìn)口氧量也要在7%或7%以下。

4.2 主蒸汽壓力與汽動給水泵的調(diào)整控制

在進(jìn)行深度調(diào)峰降負(fù)荷的時候，給水流量會在很大程度上可能出現(xiàn)頻繁波動的狀況，最主要是由于在降負(fù)荷時，雖然燃料量和機(jī)組負(fù)荷是達(dá)到同步進(jìn)行降低的，但熱力系統(tǒng)在進(jìn)行調(diào)整的過程中，是比較的緩慢，對于荷響應(yīng)來說是較為快速的，在進(jìn)行燃燒時存在慣性，在深度調(diào)峰降負(fù)的時候，它的調(diào)整速度要比汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門關(guān)閉的速度要緩慢許多，如果操作不好，就會很有可能使得主蒸汽壓力和負(fù)荷的出現(xiàn)不匹配的情況，導(dǎo)致主蒸汽壓力變高。盡管四段抽汽汽源壓力存在較大一點(diǎn)，但進(jìn)行汽輪機(jī)做功以及擴(kuò)容之后，就會使得四段抽氣壓力出現(xiàn)有限的提升。因而，進(jìn)行運(yùn)行時，需要使得主蒸汽壓力和負(fù)荷能夠達(dá)到匹配的效果，負(fù)荷和匹配的要求是形成正比的，負(fù)荷越高，其要求也越高。這樣能夠防止出現(xiàn)低負(fù)荷時給水流量波動的情況；此外，注意對水泵的汽源壓力進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)視，在必要的時候可以將它化成為備用汽源。在運(yùn)行的時候，經(jīng)常根據(jù)對負(fù)荷的控制下降速率，達(dá)到二者進(jìn)行匹配的效果。

4.3 變負(fù)荷速率

煤粉爐中的煤粉主要是根據(jù)高溫?zé)煔膺M(jìn)行強(qiáng)烈混合的對流換熱作用實現(xiàn)能夠達(dá)到進(jìn)行燃燒的溫度，在煤進(jìn)入之后，可以快速地進(jìn)行燃燒，負(fù)荷可以在短期之內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)，從而實現(xiàn)目標(biāo)負(fù)荷，自動發(fā)電控制（AGC）方式能夠把負(fù)荷速率控制到10MW∕min，或是更高。對于CFB 鍋爐來說，和煤粉爐存在差異的地方是鍋爐結(jié)構(gòu)與燃燒方式，它具有蓄熱慣性大、燃燒和負(fù)荷響應(yīng)速率都較為緩慢等短板。但CFB具有調(diào)節(jié)范圍廣泛的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)在低負(fù)荷進(jìn)行運(yùn)用，在不斷地對CFB鍋爐的認(rèn)識進(jìn)行加深，使得運(yùn)行的經(jīng)驗不斷得到積累，相對應(yīng)的負(fù)荷響應(yīng)速率也得到了較大的提升。根據(jù)以上的說法，負(fù)荷是按照時間進(jìn)行變化的曲線知道：CFB鍋爐在進(jìn)行負(fù)荷的提升時，負(fù)荷率提升的速度是較慢的，在往鍋爐內(nèi)加入煤已經(jīng)著火時，負(fù)荷提升的速度較快，升負(fù)荷速率能夠達(dá)到6MW∕min（1.71%∕min），但同時會被常溫不能過高所制約；降負(fù)荷的過程中，因為爐內(nèi)擁有許多的床料，所以就會導(dǎo)致負(fù)荷下降速率變得緩慢，這時的降負(fù)荷速率達(dá)到4MW∕min（1.14%∕min）。此外，在CFB鍋爐以較快的速度變化成負(fù)荷的過程中，對污染物的排放就會可能在短時間內(nèi)超出限制，能夠?qū)﹀仩t的響應(yīng)速率產(chǎn)生影響。

4.4 煙氣再循環(huán)系統(tǒng)防腐預(yù)控措施

（1）在進(jìn)行混合過后，一次風(fēng)水露點(diǎn)Thh主要是指導(dǎo)運(yùn)行人員對經(jīng)過混合的一次風(fēng)冷風(fēng)溫度控制的底線值，一次風(fēng)冷風(fēng)若是處在這樣的溫度下進(jìn)行，就不會有風(fēng)中水分自動析出結(jié)露問題。（2）鍋爐在運(yùn)行的時候，能夠使得煙氣再循環(huán)最小流量達(dá)到超過40kNm3∕h，即要確保極端工況下進(jìn)行的煙氣再循環(huán)管道內(nèi)煙氣工況要保證超過水露點(diǎn)。（3）在進(jìn)行混合過后，一次風(fēng)的酸露點(diǎn)Tdp主要是根據(jù)對指導(dǎo)運(yùn)行人員將其混合后一次風(fēng)冷風(fēng)溫度控制的操作值，要注意配合暖風(fēng)器操作進(jìn)行對一次風(fēng)冷風(fēng)進(jìn)行控制，然后再進(jìn)行運(yùn)行，能夠使其不會進(jìn)行酸腐蝕。（4）根據(jù)在一次風(fēng)機(jī)蝸殼底部添加疏水點(diǎn)，能夠使得達(dá)到常開并且連續(xù)疏水的效果。（5）需要使得煙氣再循環(huán)系統(tǒng)管道上存在的疏水點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)疏水。（6）把二次風(fēng)熱風(fēng)接到一次風(fēng)機(jī)入口的地方，再加熱風(fēng)使得能夠再循環(huán)，一般是在冬天工況進(jìn)行對一次風(fēng)機(jī)低溫腐蝕采取的措施。（7）進(jìn)行檢修的過程中，注意修復(fù)一次風(fēng)機(jī)內(nèi)部腐蝕的地方。

5 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的新機(jī)遇及發(fā)展前景

循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)在現(xiàn)在來說，在商業(yè)界運(yùn)行的程度是比較高的一種清潔煤燃燒技術(shù)。在全球煤炭儲量不斷的降低下，對于環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)有了更高的要求，使得對于循環(huán)流化床的發(fā)展和推廣有了更多的機(jī)會。（1）煤炭作為一種不可缺少的化工原料，在儲量的逐步降低的條件下，國家已經(jīng)不斷的開始對大型煤粉鍋爐進(jìn)行制約。而循環(huán)流化床是因為能夠適合多種燃料進(jìn)行燃燒，并且能夠給城市處理垃圾，一定是會受到政府的支持。（2）現(xiàn)如今，我國的火電廠需要按照國家環(huán)保局的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)逐步開展了脫硫項目。但煤粉鍋爐會被結(jié)構(gòu)所制約，在對干法脫硫技術(shù)進(jìn)行使用是比較困難的，所以基本上都是根據(jù)石灰石濕法來進(jìn)行脫硫。濕法脫硫的使用就要對煙道、增壓風(fēng)機(jī)、吸收塔、石灰石漿液系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、石灰石粉制備系統(tǒng)等脫硫設(shè)備增加資金輸入。對于循環(huán)硫化床鍋爐，需要根據(jù)對爐內(nèi)進(jìn)行噴鈣干法脫硫，甚至還能夠進(jìn)行脫硝，且投入的資金較少，系統(tǒng)的脫硫率能夠超過80%。（3）對高灰分、低揮發(fā)分或高硫分等其他燃燒設(shè)備進(jìn)行使用時，在對劣質(zhì)燃料方面進(jìn)行適應(yīng)時，存在很高的難度，和對于低負(fù)荷有著較高的標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)峰電廠以及負(fù)荷產(chǎn)生波動較大的自備電廠里，選擇采用循環(huán)流化鍋爐燃燒技術(shù)是最好的。在國際上，已經(jīng)不斷地向大型化進(jìn)行發(fā)展。在我國，已經(jīng)研制出了220t∕h、410t∕h循環(huán)流化床鍋爐，早已開始進(jìn)行運(yùn)行。所以，循環(huán)硫化床鍋爐不管是在國內(nèi)市場還是在國外的市場都能夠生機(jī)勃勃，對循環(huán)流床鍋爐進(jìn)行開發(fā)具有重要的意義價值。（4）能夠使得能源達(dá)到綜合性的利用。與傳統(tǒng)的鍋爐相比較，鍋爐是通過燒煤來進(jìn)行的，這樣會使得能源不能夠?qū)崿F(xiàn)再生，同時還會對環(huán)境造成較為嚴(yán)重的污染，現(xiàn)如今，全球?qū)τ谶@個資源的使用是較為緊張的，因此，鍋爐在未來還是可以進(jìn)行使用的，要注意對資源進(jìn)行合理的分配和利用，現(xiàn)在主要需要解決的問題是循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，現(xiàn)階段的人們根據(jù)現(xiàn)在的科技發(fā)展，只能想到可以利用一些較次的能源作為替代品，這樣能夠有效地節(jié)省能源耗費(fèi)，此外，使用這項技術(shù)會出現(xiàn)許多灰渣，就需要想出其他方法將這些灰渣進(jìn)行回收，當(dāng)前這項技術(shù)還有待改進(jìn)，這需要我們不斷地去創(chuàng)新和發(fā)展，想辦法對這項技術(shù)進(jìn)行完善。

6 結(jié)束語

總的來說，循環(huán)流化床鍋爐在未來更廣闊的市場上有著非常好的發(fā)展前景。堅信循環(huán)床鍋爐將在市場經(jīng)濟(jì)中實施技術(shù)創(chuàng)新，更好地促進(jìn)未來工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，從而促進(jìn)社會的快速發(fā)展。