火電廠循環(huán)流化床鍋爐床溫控制的優(yōu)化分析

李建華

（國能寧東第一發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 750000）

循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程包括燃燒和循環(huán)燃燒，采用床下點火分級燃燒，中溫分層灰渣以干法排出。通過水冷螺旋出渣器、灰冷器、灰斗等順序排出，飛灰率低。鍋爐高溫分離器進口采用了一種新型的氮化硅材料，具有更好的耐久性。循環(huán)灰輸送系統(tǒng)通常由回料管、溢流管、灰渣冷卻器組成，循環(huán)后的灰渣再利用。鍋爐的溫度控制是由自動控制的，在自動控制系統(tǒng)無法正常運行時通過人工控制溫度來保持一定的溫度。

1 循環(huán)流化床鍋爐結構

循環(huán)流化床鍋爐由燃料系統(tǒng)、氣水系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)、飛灰再循環(huán)系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)構成，不僅決定了循環(huán)流化床鍋爐的運行，而且還關系到整個系統(tǒng)的生產。這些系統(tǒng)都是獨立的，但任何一個系統(tǒng)出了問題，都會導致循環(huán)流化床鍋爐的運行癱瘓。因此，在實際生產中必須時時關注各個設備的運行狀況，以保證其正常運轉。

2 循環(huán)流化床鍋爐床溫影響因素的研究

2.1 給煤量

一般來說，給煤量對床溫度的控制有很大的影響，這就增加了控制床溫度的難度。當鍋爐運行時，當燃料粒子被送入爐中時，需要一段時間的燃燒，此時，爐膛中的燃料會更多，從而導致爐膛的溫度上升。在高負載條件下，延遲時間可達1 分鐘。而且，當燃油的數(shù)量越來越多，在燃燒過程中會產生一種燃燒現(xiàn)象，從而引起床內溫度迅速上升，從而使床內溫度無法控制。煤粉是影響煤層溫度的最直接和主要的因素，而滯后是煤層調節(jié)床溫的最大特征，使其難以調整。在起動階段，煤床溫度較低，使煤粉在投入后到達著火點的時間更長。起始煤的吸熱比放熱大，使床內溫度持續(xù)降低。隨著煤層厚度的增加，流化速率的減小。煤粉進入煤層后，大部分都懸浮在煤床的上層，與熱床物料的混合情況不佳，導致煤體的吸熱和放熱失衡，吸熱比放熱大。床內溫度不發(fā)生變化；一段時間后，因積炭過多而引起爆炸，使床內溫度急劇升高。在初期停止加煤后，床溫達到最大，隨后床溫降低，需要增加煤來保持床溫，這時床溫已經(jīng)恢復到了常態(tài)，不易積聚，需要的煤量雖然很大，但比床溫低的時候要容易。實際應用結果顯示，在啟動過程中或床溫比正常床溫低時，由于床溫低，調整煤床溫度的延遲時間較長，不宜過長，容易引起床溫波動，而且床溫越低，這種滯后現(xiàn)象就越明顯。加煤時也要加大空氣流量，但要經(jīng)常調整，以保持床的溫度在很小的范圍內。若此時床下油槍已經(jīng)投入，爐膛內的一次風容積會因高溫而增大，從而增加了氣流的流動速度，因此，為了降低一次風對床溫的影響，確保加熱速度。在普通爐床溫度下加煤，可以使爐膛具有較高的熱容，加熱后迅速燃燒，使爐膛溫度降低，從而大大降低了給煤的延時。在加煤后1 分鐘左右，爐膛溫度就會升高，達到高峰，隨后爐膛溫度會隨可燃物的降低而降低。通過對多種運行條件的比較，結果表明，從開始加煤1 ～4 分鐘后，床內溫度逐漸升高，隨著給煤的增加，床內溫度的波動也隨之增大。另外，由于循環(huán)流化床中有大量的熱床料和較大的熱容量，所以在給煤量較少的情況下，其床溫不會很快降低。除了進煤時機、進煤方式、進煤速度等因素外，還受燃料特性的影響。煤種的改變使給煤量也隨之發(fā)生變化。當煤種突然好轉時，氧氣含量下降，氣溫蒸汽壓力升高，說明給煤量太大，為了使床溫穩(wěn)定，必須減少進煤。由于給煤粒徑小于設計，顆粒尺寸不大的煤集中進爐，容易被煙氣引入稀相區(qū)，導致密相區(qū)燃燒比例下降，這時氧量沒有顯著的改變。為了保持床溫和氧含量，必須減少一次風量，增大二次風量。

2.2 流化質量形成與下降

爐床溫度測量值降低后，床壓、風室壓降低，而當床溫恢復時床壓和風室壓力都升高，這與爐膛內的溝流現(xiàn)象相一致。溝流的形成會使爐膛中的材料流化品質降低，從而使爐膛局部溫度降低，甚至出現(xiàn)結焦現(xiàn)象。影響流化品質的主要原因有3 個：（1）爐體內部的材料粒度分布不均勻，且存在大量的微粒。由于入爐燃油是全煙煤，具有較高的熱值和揮發(fā)性，并具有良好的灰化性能；爐膛中的脫硫石灰石粒徑也較小，導致了爐膛整體顆粒尺寸較小。（2）風盤的阻力小，易導致布風不均。（3）料層過薄，或料層過于潮濕，容易發(fā)生黏合。從各項參數(shù)來看，下床壓力約為7.0kPa，料層厚度適中不是導致流化性差的主要原因。綜合考慮，考慮到入爐燃油和石灰石粒徑很難得到很好的改善，本文著重對布風板的影響因素進行了研究。

2.3 燃煤質量

通過調研和分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床鍋爐的整體燃燒效率得到了改善，而且煙氣中的氧氣含量也比較低，通常不會超過5%，但是隨著燃料的增加，產生的熱量會越來越多，溫度也會越來越高，所以要降低燃煤量，以達到控制床溫的目的。同時，當煤粉在燃燒過程中粒徑越大，則越容易造成煤粉聚集，從而使煤的相對密度降低，從而使爐膛溫度升高。在這種情況下，要想達到控制床溫的目的，就必須加大一次風量，減少二次風量。另外，爐渣在鍋爐中積聚，不僅會造成料層厚度的增大，而且還會使床溫上升，所以，在實際操作過程中，應充分考慮這一因素，從而合理地控制料層的厚度。

2.4 一次風量

一次風會對床內溫度產生很大的影響。在CFB 中，一次風主要有2 種功能，一種是流動的，另一種是燃燒的。與此對應，一次風對床內溫度的影響主要有2個方面：（1）風量大，密相區(qū)的煙氣也會帶走大量的熱，導致床內溫度降低；（2）空氣流量越大，氣液湍流越激烈，為碳顆粒提供的氧氣越多，而燃燒的放熱越多，床內溫度也就越高。這是2 種不同的傾向，同時，一次供氣不足對床溫的影響主要表現(xiàn)在2 個方面，尤其是在煤多風少的情況下，密相區(qū)的燃燒放熱會導致床內溫度下降，如果將其誤判為缺煤，則會導致床溫進一步下降。風量的調整一般是隨著進煤量的不同而改變的，風煤的配比是運行調整的關鍵，必須保證一定的進煤量?？傮w來看，一次風量和進煤量的變化趨勢基本一致，在加煤過程中需要先吹風，在減煤過程中需要后降風，這時一次風的調節(jié)效果并不顯著。在爐膛溫度為780 ～900℃的供煤量保持不變的情況下，大量的運行工況分析結果顯示，一次風會使床溫降低，而一次風會降低床溫。在這段時間，一次風能更好地調節(jié)床內溫度。給煤和流化風是影響床溫的主要因素，在鍋爐負荷和進煤量比較穩(wěn)定的情況下，可以根據(jù)流化風量的大小來調節(jié)床溫，但是，對流化風的調節(jié)強度也有一定的限制，如果床溫過高、過低、要求大，就可以通過調節(jié)給煤量來進行調節(jié)。

2.5 床高

從部分小型CFB 鍋爐的實際操作結果顯示，可以通過降低床高使床層溫度保持在較高的水平。但是，有一些與之相反的操作資料顯示，床溫升高，說明大容量和小循環(huán)流化床的操作有不同之處。床料增大，不僅提高了儲熱性，而且還增大了料層的阻力，密相區(qū)的流化風量減小，氣流進入懸浮空間的粒子數(shù)量減少，密相區(qū)、稀相區(qū)都是低氧燃燒，導致了燃料的燃盡率下降，導致了燃燒放熱量的降低。隨著氣流流量的增大，密相區(qū)內的氣固積累變得更加劇烈，粒子在空氣中的濃度也隨之升高，燃燒的放熱也隨之增大。

2.6 循環(huán)灰度

循環(huán)流化床鍋爐單位時間的循環(huán)灰可以達到單位時間內的20 ～40 倍。由于灰渣的熱容遠遠大于煙氣的熱容，這種灰渣會嚴重地影響爐膛下部的溫度均衡。燃煤顆粒的燃燒過程中，煙塵與回爐灰同時被排出。循環(huán)系數(shù)降低會導致理論燃燒溫度升高。此外，在循環(huán)物料回送溫度升高的情況下，在其他參數(shù)相同的情況下，床層溫度會隨著床內熱平衡而升高，以保持一定的床溫，這時應該加大循環(huán)速率。循環(huán)流化床鍋爐的灰料流速是保持鍋爐穩(wěn)定的主要因素，同時也是鍋爐在設計和運行過程中必須加以控制的一個重要指標。目前，通常采用兩種方式：爐內設置受熱面和外置流化床。兩種方法的溫度控制方式不同。第一種方案是通過調整回料量來調整床層中的固相濃度，改變壁面的傳熱，進而改變床面的吸熱，從而達到改變床面溫度的目的。第二種方法是調整固體物質在流化床交換器中的比例，并將其送回到燃燒室內。

3 循環(huán)流化床鍋爐床溫偏高解決措施

3.1 合理控制床層厚度

料層和爐膛壓力是物料循環(huán)的2 個主要監(jiān)控指標，直接影響爐體的質量和回灰量，直接關系到鍋爐的安全、穩(wěn)定運行。在正常工作時，一次風量調節(jié)閥和變頻器的開度保持不變，如果床層壓力差異增大，則表明料層厚度增大，可采用啟動冷渣器排渣，減少爐壁厚度，一次排渣量不宜過大，以免影響流化。在排渣完畢后，要把排渣閥門關緊，防止冷氣外泄，造成渣管結渣。在排渣過程中，通常采用風室靜壓，風室靜壓等于布風板的阻力和料層的阻力，在運轉過程中，可以根據(jù)風室的靜壓來估計物料的壓差和厚度。

3.2 返料溫度與返料量

回料系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐中的一個關鍵部件，它的工作質量對整個機組的經(jīng)濟性有很大的影響。旋風分離器下面是一個回收機，兩個回收機都是鋼殼和耐火材料的內襯?；亓蠙C內部的松散氣流和回料風均采用高壓冷氣，通過小型風罩輸送?；亓下蕦﹀仩t床溫度的影響很大。在回料量增大時由于循環(huán)材料的溫度比密相區(qū)的溫度低，因此，低溫循環(huán)材料會進入爐內，吸收熱量，降低床內的溫度。循環(huán)物料升溫也會使爐膛內的溫度上升，使鍋爐的表面受熱更加嚴重，從而影響鍋爐的安全穩(wěn)定運行。因此，合理的回料溫度有利于鍋爐的正常使用。

3.3 優(yōu)化風量控制

風量控制是確保流化床溫度的關鍵，合理的風量控制可以確保流化床溫度的穩(wěn)定。首先，要確定一次風、二次風的大小，以確保床內溫度的穩(wěn)定，防止溫度失控，然后由控制人員根據(jù)鍋爐的燃燒情況來調整風量。當燃燒負載增大時，應首先增大空氣流量，然后才能增大進煤量?？刂迫藛T可以根據(jù)供煤量和系統(tǒng)參數(shù)來確定最大值，從而獲得最佳的風量，從而有效地防止了風量的急劇變化，并對鍋爐的風量進行了合理控制，減少了煤量的變化。

3.4 適當提高床壓

床壓力對控制床內溫度有很大影響。而床層壓力的變化與其穩(wěn)定臨界壓力下降密切相關。當保持空氣流量不變時，其阻力也不會發(fā)生變化，從而增加了風盤的穩(wěn)定臨界壓力和風盤的阻力之差，從而有利于鍋爐的正常工作。布風板穩(wěn)定臨界壓力降與床高之比D/L 關系密切，且隨床徑、床高比的增加而減小。因此，在確定了風盤和爐膛結構后，適當增加床壓，可使床寬、床高之比減小，從而降低了布風板的臨界壓力降；在保持流化風量相同的條件下，布風板的阻力保持不變，也就是說，增加了布風板的阻力和穩(wěn)定臨界壓降之間的差值，從而保證了操作的安全性。

3.5 鍋爐壓火與停爐時的床溫控制

在循環(huán)式流化床鍋爐的壓火作業(yè)中，必須及時停用供煤，當床溫降到一定的下限時，必須立即關掉送風設備，保證送風設備處于停機狀態(tài)，然后再關掉引風機和回料器，減少壓火后床料的結渣現(xiàn)象。另外，在壓火過程中，還必須對爐床的溫度進行嚴格的控制，保證壓火前的溫度不會影響后續(xù)的維護，同時，還要保證溫度在一個可控的范圍內，保證爐子里的殘渣可以繼續(xù)燃燒。

4 結語

采用循環(huán)流化床鍋爐為我國的經(jīng)濟發(fā)展提供了巨大的經(jīng)濟效益，但也存在一定的污染，在使用過程中也會造成大量的資源浪費。為進一步改善環(huán)境，建設全社會，應加強對循環(huán)流化床鍋爐技術的研究和改進，并針對三廢的處理工藝進行改進。加強對循環(huán)流化床技術的管理與維護，并善于處理各種可能的問題。關于循環(huán)流化床鍋爐的主再熱蒸汽溫度偏低的問題，尚需進一步解決，并提出了改進措施。