大型循環流化床鍋爐降床溫技術研究

邵 毅，劉 元，郭 濤

(1.寧夏寧魯煤電有限責任公司靈州電廠，銀川 750411；2.中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司，北京 100098；3.北京市低質燃料高效清潔利用工程技術研究中心，北京 102209)

大型循環流化床鍋爐降床溫技術研究

邵 毅1，劉 元2，3，郭 濤2，3

(1.寧夏寧魯煤電有限責任公司靈州電廠，銀川 750411；2.中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司，北京 100098；3.北京市低質燃料高效清潔利用工程技術研究中心，北京 102209)

床溫是循環流化床(CFB) 鍋爐穩定、經濟運行的關鍵影響因素，文中從床溫對CFB鍋爐的運行、SO2與NOX排放指標等影響分析，通過對床溫的影響因素的研究，提出了降床溫技術措施并予以實施，渠道顯著降低床溫的效果。

床溫；CFB；運行；降低；技術

0 引 言

CFB鍋爐床溫反映了爐內吸熱與放熱之間的關系，是CFB鍋爐安全、經濟運行的關鍵[1-2]。維持正常的床溫穩定是保證主蒸汽參數及負荷穩定的基礎和前提，如床溫過低，不利于燃料的燃盡，飛灰及底渣含碳量增加，降低鍋爐效率，影響鍋爐經濟性；如床溫過高，將大幅降低鍋爐脫硫效率，與合適的床溫相比，需大幅增加鈣硫摩爾比，且增加爐膛結焦風險，不利于鍋爐的安全經濟運行[3-6]。

1 床溫對CFB鍋爐運行的影響

1.1 低床溫對CFB鍋爐運行的影響

低床溫易導致鍋爐汽水參數不達標、底渣飛灰可燃物含量高，從而影響鍋爐經濟運行。此外，床溫(小于800 ℃)過低時，為了保證SO2的達標排放，需大幅增加爐內石灰石添加量，增加脫硫成本。對CFB鍋爐而言，較低的床溫對控制NOX的生成具有積極影響[7]。

圖1、圖2分別給出了725 t/h CFB鍋爐床溫與汽溫、飛灰及底渣可燃物含量的關系曲線。

由圖1可以看出，床溫在900 ℃左右時，主汽溫度與再熱汽溫均能達到535 ℃以上，而隨著床溫下降，主汽溫度與再熱汽溫均呈下降趨勢，當床溫低于800 ℃時，主汽溫度僅能達到525 ℃左右，而再熱汽溫不足510 ℃。

圖1 床溫與汽溫關系

圖2 床溫與飛灰及底渣可燃物含量關系

由圖2可以看出，床溫在900 ℃左右時，底渣可燃物含量與飛灰可燃物含量分別在2%、4%以下，而隨著床溫下降，底渣可燃物含量與飛灰可燃物含量分別超過4%、10%以下。對常規燃燒而言，飛灰與底渣可燃物含量與以下三因素有關：溫度、氧量、反應時間。在氧量與反應時間基本維持不變的情況下，當床溫降低時，將導致飛灰與底渣可燃物含量明顯上升。

此外，運行情況表明，隨著床溫的下降，在CA/S維持不變的情況下，SO2的排放濃度先下降后上升，而NOx的排放濃度成下降趨勢。SO2排放濃度先下降后上升的原因為：床溫較高時，CaO利用率偏低，導致SO2排放濃度較高，隨著床溫的下降，CaO利用率偏低逐漸上升，從而降低SO2排放濃度，而隨著床溫的進一步降低，投入爐膛的石灰石不能充分煅燒，大部分石灰石未經反應就排出爐膛，從而導致SO2排放濃度升高。同時，隨著床溫的下降，NOx的排放濃度成下降趨勢。需要指出的是，同一床溫下，隨著爐內噴鈣量的增加，NOx的排放濃度成上升趨勢。普遍認為，多余的CaO起到催化NOx生成的作用，從而導致NOx排放濃度增加。

1.2 高床溫對CFB鍋爐運行的影響

高床溫利于鍋爐帶負荷、降低底渣及飛灰可燃物含量，對保證鍋爐效率具有重要意義。但如床溫過高易帶來如下問題：易局部結焦、增加SO2與NOx的排放濃度。

要解決目前面臨的科研與實際生產存在差距的問題，首先需要強化研究人員對于市場和生產的動態分析，讓其更好的了解農戶在實際生產過程中面臨的困難和需求，從而更好的調整科研的方向，將更多的重心放在可用性更強的農業技術上。通過這樣的方式，可以更好的提升科研成果的轉化率，提高科研與生產之間的結合度，讓農戶可以更好的應用先進的科研成果進行生產。

以國內某440 t/h CFB鍋爐為例，詳細分析過高的床溫對具體運行參數的影響。圖3為床溫與SO2及NOx排放濃度關系。

由圖3可以看出，隨著床溫的升高，SO2與NOx的排放濃度均呈上升趨勢。在床溫超過960 ℃ 時，雖然爐內Ca/S達到5以上，但SO2的排放濃度仍超過300 mg/Nm3。

圖3 440 t/h鍋爐床溫與SO2及NOx排放濃度關系

2 床溫影響因素分析及降床溫技術研究

2.1 床溫影響因素分析

床溫的影響因素較多，主要包括如下幾點：負荷、煤質、風量、循環灰量、床壓等。考慮到CFB鍋爐的運行特性，在同一負荷下，風量基本變化不大(通常排煙氧量控制在3%以下)，而床壓對床溫的影響較為有限(通常在10 ℃以內)。因此，對床溫影響較大的參數主要是煤質、循環灰量，而煤質改變對大部分電廠而言難以實現。因此，合理的循環物料平衡才能建立起合理的熱量平衡，使爐膛運行中的換熱系數與設計中所取的值相當，將床溫控制在合理的范圍內[8]。

2.2 降床溫調整技術研究

由各因素對床溫的影響分析，床溫的調整可從如下方面入手：①改變燃煤灰分；②調整稀相區灰濃度；③調整床壓；④調整總風量。

對440 t/h高溫超高壓一次中間再熱CFB鍋爐，調整結果如下：將床壓由6 kPa增加到8 kPa時，床溫約下降6 ℃，進一步增加床壓，床溫下降幅度有限；將運行氧量由3.0%增加到5.0%時，床溫下降接近20 ℃，較為明顯。雖然運行氧量增加后，床溫下降顯著，但因加劇爐內受熱面磨損，無法長時間按此方式運行。因此，增加稀相區灰濃度成為降低床溫較為可行的技術手段。

2.3 降床溫改造技術研究

(1)改造前床溫情況

圖4給出了改造前密相區下部與密相區中部床溫水平及分布情況。

圖4 改造前爐膛密相區床溫水平及分布情況

(2)降低床溫技術措施

考慮到煤中灰分偏低的實際情況，在燃煤灰分與粒度調整幅度受限的情況下，最佳措施為提高分離器分離效率以提高稀相區差壓。通過技術改造將分離器入口煙氣速度由約21 m/s增加至25 m/s。具體方法為：將現有水平煙道底部增高約150 mm，側部加厚約150 mm。

(3)改造后床溫分布情況

圖5給出了改造后密相區下部與密相區中部床溫水平及分布情況。

圖5 改造后爐膛密相區床溫水平及分布情況

對比圖4、圖5可以看出，改造后密相區床溫顯著下降，密相區下部平均床溫由962 ℃下降到942 ℃，局部最高床溫由1 004 ℃降低到962 ℃，最大床溫偏差為121 ℃降低到47 ℃。

由此可見，針對類似煤質及鍋爐形式，采用提高分離器入口風速的方式可顯著降低鍋爐床溫，對提高機組安全穩定性具有重要意義。

3 結束語

床溫是CFB鍋爐的關鍵控制參數，如床溫不合適，不經不利于鍋爐機組的經濟運行，也易造成煙氣不能達標排放；

煤質、風量、循環灰量、床壓等參數將對床溫產生影響，但影響幅度相對有限；

煤質與稀相區灰濃度(循環灰量)對床溫的影響較大，可以通過優化分離器入口煙氣速度的方式，提高循環灰量，可以達到達到顯著降低鍋爐床溫的目的。

[1] 孫獻斌.大容量CFB鍋爐熱循環回路特征參數研究[J]. 熱力發電,2009(7): 18-22.

[2] 劉天龍，張紹群，王述洋，等.基于傳統燃燒機的生物燃油燃燒機優化與改進[J].森林工程，2014，30(2)：116-119.

[3] 董志乾,高永翔,王家萬，等. 300 MW CFB鍋爐床溫和床壓的控制[J]. 能源工程,2008(3): 55-60.

[4] 李志剛，孫麗萍，劉嘉新.熱網監控系統的設計與實現[J].森林工程，2013，29(4)：90-95+160.

[5] 任亞萍.循環流化床鍋爐降低床溫燃燒調整試驗研究[J].應用能源技術,2011(8)

[6] 杜朝波,高建強,王印松. 450 t/h循環流化床鍋爐床溫運行特性分析[J].中國電力,2005(1): 49-52.

[7] 趙周明,孫健秋,郭 濤，等.床溫對CFB鍋爐運行的影響及其調整措施分析[J].電站系統工程, 2013,29(4):35-37

[8] 馬新立,鐘子娟,白冬波. 440 t/h循環流化床鍋爐床溫偏高原因分析及對策[J].華東電力，2006(4): 44-46.

Technology of Reducing Bed Temperature on Lage Scale CFB Boiler

SHAO Yi1, LIU Yuan1,2, GUO Tao2,3

(1.Ningxia Ning Lu Coal Limited Liability Company Lingzhou Power Plant, Yinchuan 750411, China;2.Huaneng Clean Energy Research Institute, Beijing 102209, China; 3.Beijing Engineering Research Center for Efficient and Clean Use of Low-Quality Fuel, Beijing 102209, China)

Bed temperature was the key influence factors of stability, economic operation for circulating fluidized bed (CFB) boiler. The influence of bed temperature to the CFB boiler operation, emissions of SO2 and NOx were analyzed in this paper. Based on the influence factors of the bed temperature, bed temperature drop technology was put forward to implement and remarkably reduced of bed temperature.

Bed temperature; CFB; Operation; Drop; Technology

2014-11-15

2014-12-10

邵 毅(1964-)，男，山東陽谷人，工程師，主要從事發電廠技術管理工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.01.008

TK227

A

1009-3230(2015)01-0029-04