480t/h循環流化床鍋爐低床壓運行優化研究

趙俊平

（神華神東電力山西河曲發電有限公司，山西 忻州 036501）

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480t/h循環流化床鍋爐低床壓運行優化研究

趙俊平

（神華神東電力山西河曲發電有限公司，山西 忻州 036501）

摘 要：循環流化床鍋爐采用低床壓方式運行，可以縮短啟動時間，減少燃油量，降低廠用電率，因此，研究如何保證循環流化床鍋爐在低床壓下順利運行，具有重要的意義。本文就針對480t/h循環流化床鍋爐低床壓運行中存在的一些問題，提出相應的優化措施，以促進低床壓運行效率的優化。

關鍵詞：480t/h循環流化床鍋爐；低床壓；運行優化

循環流化床（CFB）鍋爐是八十年代發展起來的一種新興的燃燒技術，該技術以其燃料適應性廣、燃燒效率高、清潔燃燒等優點，不斷地在工業鍋爐和電站鍋爐行業中得到實踐和發展。循環流化床鍋爐采用流態化的燃燒方式，這是一種介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式，即通常所講的流態化燃燒方式。所謂的流態化是指在循環流化床鍋爐爐內存在著大量的床料（物料），這些床料在鍋爐一次風、二次風的作用下處于流化狀態，從而具有許多流體性質的狀態，并通過爐膛之后串聯的分離器，將爐膛煙氣帶走的固體物料捕集下來回送回爐膛底部，實現爐外的外循環，與此同時，實現爐膛內的內循環，從而利用提高爐膛中固體懸浮濃度的方法，實現包含燃料顆粒和脫硫劑在內的床料的團聚，顯著地增加了停留時間，進而提高燃燒效率和脫硫效率，與受熱面匹配，完成傳熱。但是，在循環流化床鍋爐應用中，存在用電率高的弊端，本文就以保德神東發電公司2×480t/h循環流化床鍋爐為例，研究其低床壓運行優化措施與效果。

1. 4 80t/h循環流化床鍋爐運行優化分析

1.1 鍋爐效率分析

鍋爐效率是決定循環流化床鍋爐運行的決定性因素，是指投入鍋爐中燃料總熱量與有效利用熱量比率，主要與其損失熱量有關，包括排煙熱損失、機械或化學未完全燃燒損失、散熱損失以及其他熱損失等。

在燃料燃燒過程中，送入空氣量對燃燒過程起著重要影響，在一定范圍內，適當增大總風量，可以提高燃燒效率；但當超過一定范圍時，會導致排煙損失增大，鍋爐效率降低，所以，在運行優化過程中，需要結合煤質特性，做好排煙中氧量的控制。

此外，鍋爐一、二次風比例也是燃燒過程的關鍵性因素，在運行優化時，需要結合煤質、煤粒度以及床溫等，適當調整二者比例，對于揮發份較高的燃煤，一、二次風比例以60∶40為宜。

1.2 鍋爐受熱面磨損分析

鍋爐受熱面磨損是循環流化床鍋爐運行的常見問題，對其運行效率也有著極大影響，其磨損類型為沖蝕磨損，是由撞擊磨損、沖刷磨損造成的，在受熱面磨損中，其最為主要的影響因素是煙氣流速，兩者間關系為E=f1×f2×C×u35，f1和f2表示灰顆粒特性系數、受熱面布置形式與沖刷方式系數，C是飛灰濃度，u是煙氣速度。其中，當總風量較大時，煙氣流速提高，會造成受熱面磨損速率加快。

因此，在運行優化中，為降低鍋爐受熱面磨損，需要控制飛灰濃度和煙氣速度，前者可采取的方式有降低爐膛內差壓、控制入爐煤粒度；后者可采取的方式是降低一次風量，增大二次風量，利用二次風切斷上升氣流，降低煙氣速度。

1.3 風機電耗分析

風機電耗是循環流化床能耗的重要組成部分，由于循環流化床鍋爐對風機要求較高，風機多具備容量大、壓頭高特點，且數量較多，是運行優化需要考慮的重要因素。

在對風機電耗的運行優化中，可以在保持循環流化床鍋爐正常運行的前提下，適當降低一次風機、二次風機與引風機的電流值，從而實現整體電耗的降低，提升鍋爐運行的經濟性。

2. 4 80t/h循環流化床鍋爐低床壓運行優化措施

2.1 分離器中心筒優化

循環流化床鍋爐高溫絕熱旋風分離器中心筒存在的問題是運行中出現中旋嚴重變形，導致分離效率下降，飛灰含碳量升高；甚至是中心筒脫落等重大事故，導致機組停運。其原因主要有兩方面，一是在安裝過程中，由于中心筒是拼裝的，吊耳的均勻度及外徑尺寸不一定完全一致，可能存在各個吊耳掛在支架上后，余有膨脹間隙的大小不一定均勻，有的吊耳偏外，有的吊耳偏內。二是在運行過程中，由于中心筒迎風側受熱、受冷快，背風側受熱、受冷慢，導致筒體在膨脹或收縮時，各個方向的膨脹或收縮量不一致，膨脹受阻后，吊耳必然會擠壓筒體，導致筒體變形，吊耳變形，部分吊耳從吊架中脫出，從而造成中心筒脫落。

針對分離器中心筒問題，采取的優化措施有：（1）完善中心筒結構：將原中心筒材質改為Cr25Ni20MoMnSiNRe耐熱鋼鑄造而成，比原鋼板卷制的δ=8mm強度大大提高，運行中受熱脹、冷縮的變形量明顯減少，有效提高旋風分離器中心筒抗熱變形的能力。（2）改變安裝方式：中心筒吊掛采用自由吊掛，保留原32個吊架，再自制32個支架，如此一來，中心筒筒體變形小，周向支撐牢固，由點支撐改為周向支撐，支撐面擴大，筒體膨脹間隙擴大，筒體膨脹均勻，筒體不易變形而且不會發生脫落現象。（3）澆注料施工控制：中心筒安裝完后，澆注料施工與原鍋爐廠設計相同，但要保留足夠的膨脹縫。

2.2 屏再集箱優化

保德神東發電公司#1爐屏式再熱器材質為TP304H，存在的問題是屏式再熱器出口小集箱管接口處膨脹量不夠，導致多次拉裂。對此，采取的優化措施為：在屏式再熱器出口小集箱管接口處加裝膨脹彎，將原屏再出口小集箱的連接形式由原來的平行布置改為連接形式改為狼牙棒式，即管座間錯列90°連接。

在優化后，#1爐屏式再熱器出口小集箱管座拉裂的可能性降低，每年減少因屏式再熱器管屏變形造成管道爆漏導致的機組非計劃停運一次，同時預計每年可降低檢修費用18萬元。

2.3 冷渣器優化

保德神東發電公司每臺480t/hCFB鍋爐原配有4臺風水聯合冷卻式流化床冷渣器，其中2臺布置在鍋爐爐膛前墻下部，兩側墻各布置1臺，存在的問題有：容易堵渣、排渣時現場灰塵較大、水冷管束及內部澆注料容易損壞以及能耗較大等。

對此，采取的優化措施為：將風水聯合冷渣器改造為滾筒冷渣器，滾筒冷渣機沿原風水聯合冷渣器的方向布置，爐膛排渣口不變，利用原有的#3、#4號大鏈斗機排渣。

在優化后，排渣系統故障明顯降低，鍋爐房內粉塵降低，原風水聯合冷渣器停運，冷渣風機停運，閉式循環水泵停運，廠用電率降低約1%，節電效果明顯。

2.4 落煤管優化

保德神東發電公司480t/hCFB鍋爐采用的是爐后給煤，容易造成返料腿結焦、落煤口頻繁燒紅、落煤口局部變形結焦以及插板門、刮板給煤機變形等問題，降低煤系統的嚴密性，給機組安全穩定運行帶來較大的隱患。

對此，采取的優化措施為：

（1）將原播煤風方形風箱改造為圓形風箱，以達到播煤風均勻分布的目的。

（2）播煤風進風方式沿圓形播煤風風箱切線方向送入，而落煤口改為錐形漸縮射流形式。

（3）加長落煤管在返料器內伸入長度。

此種優化改造設計的原理：利用風力吹動風力振打，避免落煤管堵煤，播煤風切線方向給入，形成高速旋流，攜帶并保護原煤，避免原煤提前與高溫循環灰接觸，成功降低在落煤口下部發生原煤受熱局部燃燒的可能性。

經優化改造后，煤系統處于負壓狀態下運行，熱的煙氣無法反沖入給煤系統，使煤系統不再長期處于高溫狀態，解決了落煤管及刮板給煤機燒紅問題，落煤管外壁平均溫度由改造前的80℃降低為30℃，效果良好。

2.5 省煤器優化

保德神東發電公司480t/h循環流化床機組在運行后，省煤器吊掛管頻繁脫落，導致省煤器吊掛管因高溫煙氣刷泄漏。其原因是護瓦在安裝時沒有考慮膨脹間隙，運行中防磨護瓦受熱后，豎直方向上膨脹受阻，相鄰護瓦間相互擠壓，使護瓦拱起、變形，甚至將固定銷釘擠壓掉落，導致整個護瓦脫落，受熱面失去保護，導致吊掛管因磨損而泄漏，導致停爐。

對此，采取的優化措施為：將護瓦1和護瓦2之間留出60mm的膨脹間隙，再用80mm長的一塊大護瓦把留出的間隙蓋住，大護瓦用半圓形的拉筋套在吊掛管上，保護護瓦不拱起。大護瓦上部與護瓦1焊接，下部自由在護瓦2上豎直方向膨脹，如圖1所示。

經優化改造后，能夠使護瓦在豎直方向上自由膨脹，解決膨脹受阻問題，延長護瓦的使用壽命，更好地保護受熱面。

2.6 除塵器優化

保德神東發電公司480t/hCFB鍋爐飛灰比電阻較高，在煙溫120℃時高達2.2×1012，電除塵器煙塵排放濃度＞100mg/Nm3，除塵效率＜99.7%，靜電除塵器故障頻繁。

針對此問題，采取的優化措施有：

（1）保留原一、二電場，并對保留的一、二電場進行維修，提供其運行的安全可靠性。

（2）拆除三、四、五電場陰、陽極系統和振打裝置及高低壓設備。

（3）在原靜電除塵器的立柱頂面水平面鋪設花板，安裝濾袋和噴吹系統將其作為布袋除塵區。布袋除塵區在殼體內水平布置與階梯布置比較：一方面是運行維護方便，另一方面避免了最后一級布袋由于距灰斗太近，而被氣流沖刷磨損而過早的破損。

（4）布袋收塵區每臺除塵器在寬度方向分為2室。共192個三寸淹沒式脈沖閥，共3456條濾袋。布袋除塵采用外濾式，噴吹系統選用固定行噴吹清灰技術。脈沖閥選用在業內成功應用的案例最多，運行穩定可靠，無需維護三寸淹沒式脈沖閥。

（5）每個室分別裝有壓差計以實現分室清灰控制。

（6）在靜電除塵和布袋除塵之間設有均流裝置。

（7）靜電袋除塵器設有旁路煙道，旁路閥采用提升閥能夠達到“零泄漏”的要求，滿足在線檢修/離線清灰的需求。

（8）除塵器在入口設置溫度測點。電袋除塵器進、出口煙箱上設有電動閥門，以便在凈氣室內部的檢修和維護。

經優化改造后，除塵器對煤種不敏感，對微細粉塵收集效率高，解決了高比電阻粉塵除塵效率低的難題，長期運行情況良好，故障率顯著降低。

2.7 返料器優化

保德神東發電公司CFB鍋爐采用高溫絕熱旋風分離器進行氣固分離，分離器分離下來的物料從立管下來，在流化風的作用下經返料腿送入爐膛，在此過程中，由于鍋爐分離器膨脹不均勻，導致返料器膨脹節間隙發生偏移問題。

對此，采取的優化措施為：

（1）拆除返料器膨脹節外部蒙皮及滑動環板。

（2）將原返料器膨脹節內部耐火材料進行拆除，拆至導流筒下200mm。

（3）返料器膨脹節上下法蘭均已變形，將上下法蘭去掉，更換新法蘭。

（4）更換導流筒，按照設計，調整導流筒與下部斜腿間隙。將脫落的耐火材料恢復到原有厚度。為了提高導流筒與下部斜腿的接觸面積，將下部斜腿內部結構提高100mm。

（5）所有鉤釘在打澆注料前，都必須刷上一層2mm厚的瀝青保證鉤釘端部距離耐火材料表面為20mm。

（6）更換返料器膨脹節蒙皮。

經優化后，運行效果良好，蒙皮松弛，證明沒有爐灰進入到膨脹節內部。所有間隙均按設計調整，上下法蘭平行，并做了加強護板，效果良好。

2.8 頂部包墻過熱器集箱與轉向室間的密封優化

鍋爐膨脹的不均勻問題是影響機組穩定運行的突出問題，保德神東發電公司#1、#2鍋爐與旋風分離器連接的尾部豎井頂部包墻過熱器轉向室管排經常出現拉裂，尤其是在尾部豎井頂部包墻過熱器的轉向室左、右兩端，拉裂頻繁，嚴重影響了機組的出力和安全穩定運行。

對此，采取的優化措施為：將原來的直板密封改為“Ω”形鋼板密封，因為這里是負壓區，“Ω”形密封板的壁厚可以選用厚度2mm～3mm的15CrMo不銹鋼板。以達到消除尾部豎井與旋風分離器膨脹不均的問題，達到保護頂部包墻過熱器的目的。

經優化后，鍋爐未出現拉裂現象，實現減少機組非停次數，提高機組運行時數的效果。

3. 4 80t/h循環流化床鍋爐低床壓運行優化效果

3.1 污染物排放方面的影響

經測試后，不同負荷、不同床壓的運行工況下測得的排煙中SO2、NOx濃度分別如圖2和圖3所示，從圖2中可知：

（1）負荷升高時，排煙SO2濃度增大，這主要是由于床溫升高所導致，床溫是影響脫硫效率最主要的因素。因為床溫的變化將直接影響脫硫反應速率、固體產物分布狀態等，進而影響脫硫反應效率。脫硫反應的最佳溫度與脫硫劑種類、粒徑等因素相關，一般在850℃～880℃。

（2）當給煤粒徑一定、負荷一定時，排煙SO2濃度隨床壓的變化則無明顯規律；當負荷一定，平均粒徑下降、大顆粒質量份額減小、床壓降低時，排煙SO2濃度并無明確變化趨勢，但均低于400mg/Nm3，符合排放標準。因此，CFB鍋爐低床壓降運行對SO2排放并無影響。

從圖3中可知，隨負荷的增加，排煙中NOx的濃度也隨之上升，不管是高床壓還是低床壓都呈現相同的趨勢，但是都在200mg/Nm3以下，符合國家排放標準。

綜合各工況SO2和NOx的排放濃度，可以看出在高、低床壓運行時的各工況，SO2和NOx的排放濃度變化很小，完全滿足國家現行的污染物排放標準。

3.2 爐膛傳熱方面的影響

經測試后，鍋爐負荷升高時，平均床溫顯著升高。當床壓由7.5kPa下降至7kPa時，平均床溫升高約10℃，而當床壓進一步下降時，平均床溫也隨之下降。

鍋爐負荷為128MW時，平均床溫幾乎不隨床壓的變化而變化。而當鍋爐在其他負荷運行時，床壓降低約1kPa，平均床溫均升高約10℃。

鍋爐負荷為78MW時，平均床溫隨床壓的降低而降低。而當鍋爐在較高負荷下運行時，床壓降低約1kPa，平均床溫均升高約10℃。若降低床壓的同時，減小給煤粒徑，則平均床溫變化更加明顯。

綜合比較發現，床壓下降時，多數工況下平均床溫升高。當床壓下降約1kPa時，平均床溫升高約10℃，在負荷一定的情況下，傳熱系數下降2%左右。

3.3 鍋爐熱效率的影響

經實測后，鍋爐熱效率與負荷曲線如圖4所示，從圖中可知，鍋爐無論負荷高低其效率均不高，沒有超過88%，對于480t/h這等級的鍋爐來說是偏低的。在所有熱損失，最大的排煙熱損失，其原因尾部漏風和排煙溫度高。

3.4 經濟性方面的影響

分別截取某日高床壓的運行、低床壓運行圖，根據保德神東發電公司生產技術指標日報表，經計算后，降低床壓后的節電率0.34%。

結語

綜上所述，循環流化床鍋爐作為現代工業中的主要設備，對其運行優化展開分析，了解運行優化的有效措施，然后在實際中，結合循環流化床鍋爐運行存在的種種問題，對其進行有效改造，減少不利因素，提升循環流化床鍋爐運行效率，有著重要的現實意義。

參考文獻

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中圖分類號：TK227

文獻標識碼：A