CFB 鍋爐優化經濟運行分析

楊春光，茍雪峰

(大唐保定熱電廠 設備部，河北 保定071000)

0 引言

目前，全國循環流化床鍋爐(簡稱CFB)機組已經大量投產，在國家日益嚴格的節能和環保的要求下，提高CFB 鍋爐經濟性，充分發揮CFB鍋爐優越性，運行優化已成為關鍵［1～3］。本文結合A 電廠(鍋爐型號:DG450/9.81 －1)和B 電廠(鍋爐型號:DG－1100/17.4 －Ⅱ3)的調試運行經驗，針對CFB 鍋爐啟動和運行中常見的問題，對CFB 鍋爐進行了優化經濟運行分析。

1 啟動優化

1.1 控制預鋪設床料

在CFB 鍋爐啟動前，爐膛布風板上必須要鋪設好床料，預鋪設床料的厚度和粒徑的分布均會對鍋爐啟動過程有不同程度的影響。

(1)在啟動時，如果點火床料鋪設過厚，由于床料的增多而蓄熱量加大需要加大熱量輸入來保證床溫上升速率;而同時床料的增多一般需使用相對較大的一次風量流化床料(A，B 電廠不同床層厚度對應安全流化風量見表1)，這樣被流化風帶走的熱量會增多，也加大了對熱量輸入的需要，而鍋爐啟動是依靠燃油燃燒來供應熱量的，這無疑加大了燃油損耗。而且鍋爐由于升溫升壓曲線的限制啟動時間較長，加上啟動時機組有多項試驗要做也要延長啟動時間，這就更增加了燃油浪費。如果啟動床料過薄，則容易在啟動后期由于床料的逐漸減少而造成床料局部流化不良甚至出現床層被吹穿、局部死區等現象，安全性下降。

表1 不同床層厚度對應安全流化風量Tab．1 Different thickness of bed layer for security fluidization airflow

(2)如果床料粒徑分配不合理(極大或極小的顆粒過多)，極大顆粒的床料停留在床層底部，很難保證良好流化，極小的顆粒被煙氣夾帶，旋風分離器無法捕捉，不能再返回爐膛進行循環，導致爐內物料越來越少;同時為了保證流化，需開大一次風，造成啟動后期爐膛稀相區缺少細顆粒物料，對受熱面的流化換熱不足，鍋爐升負荷困難，且增加排煙損失，還容易造成受熱面超溫的后果。

鑒于以上兩點，必須關注啟動前預鋪設床料質量，主要是床料厚度和粒徑分布。經過數次啟動試驗驗證，每次啟動前，最好經過篩選，把床料粒徑范圍控制在0 ～10 mm，d50=1.5 mm，鋪設床料厚度在750 mm 左右(返料器內如果有物料存在可以控制在700 mm 左右)。

帶負荷以后可以適當從給煤機或者啟動給料口加入合適粒徑的床料，既能抵消由于啟動床料不足造成啟動后爐膛差壓低無法迅速帶高負荷的問題，也能解決啟動后期由于床料不足造成運行安全性降低的問題。

1.2 及時投入鍋爐底部加熱系統

根據啟動前所有準備工作需要的時間，先提前通過除氧器加熱給水，用疏水泵或給水泵將80 ℃以上的熱水上至鍋爐汽包點火水位，有底部加熱系統的機組應立即將底部加熱投入來加熱爐水。這樣，如果投入時間足夠，在鍋爐點火啟動時，爐水溫度已經接近底部加熱汽源壓力下的飽和溫度(一般是1 Mpa 左右的輔助蒸汽，爐水溫度接近180 ℃)，點火后，可以大幅減少爐水的加熱時間，不僅節省啟動燃料的消耗，節省風機、水泵電耗，也減少了啟動時間，可以使機組盡快并網。

另外，要根據汽水溫差緩慢投入底部加熱系統，防止管道、聯箱等震動過大，損壞設備。

1.3 合理配風

點火配風的質量直接影響到點火是否能成功和點火成功后油槍燃燒狀態是否良好，過大、過小或多路點火風配比不合適均對燃燒不利。點火時，先根據經驗確定好多路點火風的風量大小和配比，調整好調門開度，點火后再通過火檢系統或就地實際觀察油槍燃燒效果來細調用風量及配比。調節過程中要密切監視火檢強度及點火風道各溫度測點的變化情況，并通過就地觀察火焰狀態來確定燃燒效果的好壞。然后在升溫升壓過程中要逐漸增加油量，風量，調整好配比，并注意保證點火風道不要超溫，床溫變化率不超限。

CFB 鍋爐啟動點火一般都采用床下點火方式，雖然設計有床上燃燒器，但由于控制不好極易發生結焦現象實際很少投運。啟動過程中，油槍燃燒所需氧分主要由一次風供給，在燃燒工況良好時，熱煙氣流過布風板加熱床料后進入爐膛。由于還沒投煤且在滿足流化的最低流化風量下過剩空氣系數已經滿足燃料完全燃燒要求，所以在啟動前期在防止床料反竄進二次風風管的前提下，盡量降低二次風量，在減少排煙損失的同時，也降低了二次風對床溫的抑制作用和風機耗電量。啟動后期投煤以后，氧量不足時可以再加大二次風量。這樣可以有效地節約燃油和廠用電，提高經濟性。

B 電廠CFB 點火配風采用熱一次風，取自主流化風支路，無配置點火增壓風機。開始試運時，為避免壓差過大，主流化風門關至40%就沒有再關，造成點火風不夠，使油槍燃燒不充分，風室溫度無法達到600 ℃以上，造成床溫上升困難，延長啟動時間，浪費燃油。后經論證和逐步試驗，進一步關小主流化風門至10%以下時，觀察油槍燃燒狀態明顯好轉，火焰呈亮黃色，且煙囪停止冒黑煙。在油量不變的前提下，風室風溫達800 ℃以上，在只投兩只大油槍(共四只床下槍分左右布置，兩邊分別布置1 900 kg/h 和1 100 kg/h 出力的油槍各一只)的前提下就可以使床溫達到投煤溫度。由此可見合理配風的重要性。

1.4 及時投煤及停油

由于機組不同，設計不同，床溫測點設置位置的不同，這里不能給出確定的投煤和停油溫度值。應當根據自己鍋爐調試時投煤溫度及各煤種的經驗投煤溫度，啟動時盡量及時在接近投煤溫度時脈動投煤，注意氧量變化趨勢，確認煤著火床溫繼續上升后能連續投煤盡量連續投煤。投煤后應根據氧量合理調整一二次風及多層二次風之間的配比，隨著煤量的增加，床溫和爐膛內部溫度會穩步上升，這時要適時加煤減油，降低燃油輸出熱量的比例，并控制好床溫變化率，保證升溫升壓曲線的要求。

值得一提的是，一般CFB 鍋爐的投煤溫度給定都是以平均床溫為依據的。隨著現代CFB 鍋爐的發展，蒸發量越來越大，鍋爐幾何尺寸也越來越大。隨著床面面積的不斷增大，床料的橫向流動摻混達到均勻的時間將越來越長，再加上啟動初期流化風偏小，外循環還沒有建立，床層本身流動性也較差，這都會造成局部床溫跟平均床溫的較大偏差。這時如果針對局部床溫來有針對性地投入該區域的給煤機的方法將會把給煤時間更加提前，降低油耗。根據B 電廠CFB 的調試經驗，當幾次啟動局部床溫達550 ℃以上投煤成功時，平均床溫最低時才不到400 ℃。而投煤成功后就可以逐漸加煤減油。按照床溫溫升率不大于3 ℃/min，如果平均床溫550 ℃再投煤，至少多浪費燃油1 h (實際上越接近投煤溫度，由于床溫較高，對爐膛換熱和對外散熱都將加大，而油槍出力有限，所以床溫提升越困難)。按投兩只油槍，每只出力1 900 kg/h 算，也節省了3 800 kg燃油。

當多臺給煤機都穩定投入且床溫較高時應盡快減油加煤直至停止油槍運行，此時給煤進入床層完全可以穩定燃燒(根據經驗當床溫750 ℃以上，鍋爐負荷超過25%額定蒸發量以后，就可以不投油穩燃。為了保證安全，可以根據實際情況把握停油槍的時機)。

另外因為煤質的不同造成不同煤種的著火溫度不同，一般揮發分大的煤種更容易著火。可以在點火前有針對性的準備些揮發分大的啟動用煤，這樣，在啟動時，可以在更低的床溫投煤著火，在一定程度上再減少啟動油耗。

2 運行調整優化

2.1 選擇合適的床壓

在一定的風量下床壓的高低反映的是爐內物料多少的程度，床壓的控制對鍋爐的安全經濟運行有重要意義。物料過多時，床壓過大，風室風壓增大，床層阻力相應增大。為了保證足夠的流化風量和負荷的穩定，需增大風機出力提高風機出口風壓，使風機電耗增大;同時，由于風機功率增大，當接近最大功率時再增加風壓或風量產生困難，勢必影響負荷的提升。此外，過多的物料也會使床層蓄熱增大，調整慣性增大，給床溫、汽溫、汽壓等參數的及時調整造成影響。物料過少時，首先床層蓄熱太小，抗干擾能力下降，不易于穩定床溫和配風，進而影響蒸發量和汽溫、汽壓等參數的穩定，給安全運行造成威脅;其次物料過少時，一旦流化風量控制不好就容易出現床層吹穿現象，床溫分布也容易出現較大偏差，進而影響入爐燃料的穩定燃燒，影響鍋爐效率;最后，床料過少，參與流化換熱的物料減少，造成爐膛換熱減小和尾部煙道的熱負荷增大，易使尾部煙道受熱面壁溫超溫，降低鍋爐安全性。

因此，必須選擇合適的床壓運行范圍來保證鍋爐的安全經濟運行。控制多臺冷渣器的啟停及單臺冷渣器的轉速都可以實現對床壓的控制。應根據煤種的變化和鍋爐的布風板特性同時依據運行經驗來適當控制運行床壓，達到安全經濟運行的目的。目前A 電廠8 號、9 號爐床壓分別控制在8.0 kPa 和9.5 kPa，B 電廠兩臺CFB 床壓控制在8.0 kPa，可供參考。

2.2 選擇合適的床溫

床溫是CFB 鍋爐運行需要控制的重要參數，直接影響著鍋爐運行的安全性與經濟性。床溫過高，會導致床層結焦，脫硫效率下降;床溫過低，會增加燃料的不完全燃燒損失，也降低了鍋爐運行的安全性。選擇合適的床溫目的就是在安全性和脫硫效率允許的前提下盡量提高床溫。

床溫的提高首先為燃料的完全燃燒提供了更好的溫度條件，加速了燃盡過程，降低了不完全燃燒損失;其次高床溫也相應地提高了爐膛整體溫度水平從而提高了爐膛換熱效果進而提高了鍋爐帶負荷能力;最后提高床溫一般是以降低流化風量、總風量來實現的，可以減小排煙損失，而且對減輕受熱面磨損也起到一定作用。

總之在鍋爐安全運行的前提下，盡量使床溫靠近上限運行。為了防止床層結焦及脫硫效率降低，床溫不能過高。

2.3 停運播煤風機

播煤風機的主要作用是將給煤均勻地播撒到床層，使床層給煤分布盡量平均。如果確認鍋爐床層流化狀態較好，在床層寬度不大、播煤風機還有旁路，其風壓風量也可以滿足播煤要求的前提下可以停運播煤風機。這樣首先是節省了廠用電，其次也減少了設備檢修維護費用。A 電廠停運播煤風機以后依靠旁路，播煤風壓略大于床下風室風壓可以維持在15 kPa，而二次風壓最高10 kPa。爐膛給煤口一般布置在下二次風口附近，鑒于二次風可以很好地吹透床層，播煤風壓大于二次風壓至少5 kPa，旁路播煤風也可以依靠夾帶作用使較細顆粒入爐煤迅速平均分布床層。當然停止播煤風機以后由于播煤風壓的降低，播煤風夾帶不動的一部分較粗顆粒只能依靠重力落入床面，但較粗顆粒落入床層后也會通過床層的橫向摻混流化，最終也平均分布床層，而且如果入爐煤粒徑滿足要求的話，這部分粗顆粒的比例是很少的。所以停止播煤風機以后，依靠旁路播煤風也可以滿足播煤要求，加之有給煤機密封風、冷卻風的冷卻，也保證了給煤機的安全給煤。

目前A 電廠已經停運播煤風機近2 年，無不良影響。B 電廠CFB 鍋爐也一直未投入播煤風機運行，未見明顯異常，可為同類CFB 鍋爐提供借鑒。不過B 電廠有偶爾發生爐膛給煤口輕微結焦現象，現無法確定是否因停運播煤風機引起，需注意。

2.4 調整配風、確定合適的氧量

(1)鍋爐運行中，一次風用來保證床層流化及提供燃料初始燃燒的氧量，二次風用來增大爐膛內部擾動及提供燃料后期燃燒氧量，調整好一、二次風及多層二次風之間的配比，可以有效地降低鍋爐不完全燃燒損失。不同負荷、不同煤種，不同粒徑在風量的分配方面有很大的區別，要依據鍋爐的設計及運行經驗來調節一二次風配風。

(2)注意將氧量調整在合理范圍內，一般氧量控制在3% ～4%。鍋爐燃燒的好壞和脫硫脫銷的效果直接跟氧量的大小有關。氧量過小，鍋爐不完全燃燒損失增大;氧量過大，排煙損失和風機耗電率增大，脫硫脫銷效率降低。

由于旋風分離器對循環物料有捕集回送的作用，通過外循環可以延長物料燃燒時間;分離器不能捕捉的極細顆粒也有床層床料的阻擋和二次風的擾動在內循環中延長燃燒時間，所以CFB 鍋爐可以保持較低的氧量而不增加飛灰含碳量。當然必須要保證合格物料粒徑和良好的分離器效率。大量歷史數據表明A 電廠兩臺機組氧量維持在3%以上時，飛灰與氧量無明顯線性關系。因此，可以使氧量盡量靠下限運行。

2.5 保證入爐煤粒徑

CFB 鍋爐的燃料粒徑設計為寬篩分分布，粒徑分布范圍多在0 ～10 mm，最大不超過13 mm，但由于碎煤系統損耗快，維護困難，現在大多數CFB 鍋爐的燃料粒徑分布難以滿足設計要求。

粒徑過大，總換熱面積相對減小，燃燼時間將會延長。而且大量的粗顆粒沉積在床層底部，影響床層流化和降低爐膛中上部燃燒的熱負荷，增加無謂的流化風量消耗，加大排煙損失，增加爐膛和尾部煙道的磨損，而且極易堵渣，加大鍋爐排渣難度，使鍋爐運行穩定性、安全性降低。同時由于大量的粗顆粒燃料還沒有燃燒完全，就被排出爐膛，也會使鍋爐底渣含碳量增加，降低鍋爐經濟性。粒徑過小，極易被流化風夾帶飛出爐膛，當粒徑小到旋風分離器也難于捕捉時，將無法參加物料循環而無法燃燒完全，造成飛灰可燃物增加。如果這種小顆粒足夠多，還容易造成回料量減少、物料損失加快使床壓難以維持影響鍋爐穩定運行。

循環流化床床料的粒徑分布對循環流化狀態和爐膛換熱有決定性的作用。粒徑分布合理時，既有足夠的較粗的物料在密相區燃燒維持床壓、床溫，也有足夠的細物料在稀相區燃燒并對水冷壁對流換熱，提高了爐膛內吸熱份額，保證了鍋爐的帶負荷能力。由于粒徑的改善，也可以優化物料的流化狀態和保證物料的良好循環，使風量可調整的余地更大，調整手段更多，從而使運行人員可以通過靈活的調整配風使汽溫、排煙溫度、氧量、床溫、飛灰含碳量等其它各運行參數在各種工況下達到最優從而全方位提高運行經濟性。

A 電廠和B 電廠都因為粒徑過大出現過無法帶高負荷，排渣困難甚至流化不良等各種故障。鑒于以上分析，應該把入爐煤的破碎和篩分作為保證入爐煤質的首要工作去做，嚴格控制入爐煤粒徑滿足設計要求。由于石塊硬度很高又耐磨又不能通過燃燒過程自我破碎，當過多較大石塊進入爐膛后對床層流化、床溫控制和正常排渣都會造成威脅，所以當入爐煤中有石塊時，更要通過篩分和破碎保證粒徑，尤其要控制粒徑過大石塊進入爐膛。

3 其他優化措施

在機組低負荷運行時，二次用量相對減少，因此，在相同的風量下，如果能停掉1 臺二次風機，保持單臺二次風機高風壓運行，可以降低二次風機電耗，降低廠用電量。

在有兩臺以上機組的情況下，當熱電負荷降低時，如果施行負荷偏置保持部分機組的滿負荷運行，既可以保證滿負荷機組的熱效率，又可以根據負荷使低負荷爐采用單側輔機運行等優化措施，提高全廠運行的綜合經濟性。

降低入爐煤水分，既可以降低排煙損失提高經濟性，也可以減少CFB 鍋爐常見的煤倉棚煤、堵煤、走眼和給煤機出口堵煤的情況，保證機組的穩定和安全。

4 結論

通過運行優化調整，A 電廠的兩臺東鍋450 t/h CFB鍋爐運行狀況良好，連續安全運行最高超過300 天，啟動油耗比調試期減少了10 t 以上，鍋爐效率提高近1%;B 電廠的1 100 t/h CFB鍋爐啟動耗油也從開始的50 t 以上降低到了40 t以下，并且風機耗電率也有顯著降低，尤其是入爐煤粒徑的控制對B 電廠的安全經濟運行效果顯著。希望可以為同類CFB 鍋爐機組提供參考。

［1］王建峰，王文斌．大型CFB 鍋爐運行優化分析［J］．內蒙古電力技術，2011，29 (4):47-49．

［2］蔣敏華，孫獻斌．大型循環流化床鍋爐的開發研制［J］．中國電機工程學報，2007，27 (23):1-6．

［3］張曉龍．電廠配煤與鍋爐運行的整體綜合優化研究［D］．杭州:浙江大學，2012．

［4］劉德昌，陳漢平，張世紅，等．循環流化床鍋爐運行及事故處理［M］．北京:中國電力出版社，2006．