洗煤泥循環流化床鍋爐自動化實現分析

姬 鵬 黃振祥 李 悅 劉建國 任庚坡

1.中國船舶重工集團第七一一研究所

2.上海交通大學機械與動力工程學院

3.上海市節能監察中心

洗煤泥循環流化床鍋爐自動化實現分析

姬 鵬1黃振祥1李 悅1劉建國2任庚坡3

1.中國船舶重工集團第七一一研究所

2.上海交通大學機械與動力工程學院

3.上海市節能監察中心

基于洗煤泥燃料的特點，分析了影響洗煤泥循環流化鍋自動化實現的兩個關鍵因素，根據洗煤泥循環流化床鍋爐自動化運行實例，將自動化運行過程分為了3個階段，并提出了3個階段的控制思路。

洗煤泥；循環流化床；自動化實現

洗煤泥是煤炭洗選后的“伴生品”，含有大量的細煤顆粒（80%以上的顆粒在0.2 mm以下），洗選后的煤泥帶有25%～40%的水分，16%～49%的灰分，熱值在1 912～4 000大卡之間，粘性大不易運輸，而且極易造成嚴重的環境污染環境[1]。目前我國每年排放的洗煤泥已逾600萬t，回收利用洗煤泥意義重大，不僅解決了由于洗煤泥造成的環境問題，而且增加了能源利用效益[2]。目前利用循環流化床鍋爐燃燒洗煤泥供熱和發電是處理洗煤泥的最佳途徑之一。

佳木斯某企業新上2臺20 t/h純燒煤泥的循環流化床鍋爐，采用PLC控制系統，已初步實現了運行自動化，本文正基于此成功運行的實例上分析洗煤泥循環流化鍋爐自動化實現的可能性。

1 自動化運行的影響因素

洗煤泥循環流化床鍋爐的自動化運行就是為了將鍋爐的床溫、煙氣氧量、給煤的頻率等控制在一定范圍內，降低操作人員的勞動強度，減少人工誤操作的幾率，提高鍋爐運行的安全性和穩定性，確保爐膛的壓力和蒸汽參數符合企業生產需求。

要實現洗煤泥循環流化床鍋爐自動化，必須要考慮到洗煤泥本身的燃燒條件、燃料輸送的方式等因素。

1.1 洗煤泥的燃燒條件

洗煤泥的著火點和灰熔點對鍋爐自動化運行的起爐床溫、燃燒運行溫度及停爐溫度有十分重要的影響。

洗煤泥含水量大，熱值低，要將洗煤泥成功點著，必須要求鍋爐的床溫達到一定的溫度。佳木斯某企業循環流化床鍋爐使用的是含水量30%左右、3 000大卡左右的洗煤泥，鍋爐實際運行時發現當下料層溫度低于700℃時，洗煤泥會出現無法著火的現象，因此自動化運行需要合適的起爐床溫。

洗煤泥的灰熔點溫度決定了鍋爐的燃燒運行最高溫度。循環流化床鍋爐正常運行的下料層溫度在850～950℃之間，此溫度為下料層爐膛周邊測量溫度，而下料層中心溫度比測點溫度高[3]，灰熔點過低可能導致鍋爐正常運行時高溫結焦。

洗煤泥的著火點和灰熔點共同影響了鍋爐的停爐溫度和方式。一方面停爐溫度不能過高，確保停爐后溫度不再反彈，避免鍋爐結焦；另一方面停爐溫度也不能太低，過低的停爐溫度可能導致再次起爐出現風險。

1.2 燃料的輸送方式

洗煤泥的輸送方式目前主要有干法和濕法兩種工藝。本文主要針對濕法工藝討論。

濕法工藝是直接將洗煤泥輸送至爐膛，通常采用擠壓機、螺旋泵、擠壓泵、柱塞泵等方式。鍋爐自動化運行要求燃料必須穩定、連續、可靠的供應，選用柱塞泵輸送洗煤泥是優于其他幾種方式的[4]。

佳木斯某企業20 t/h純燒洗煤泥循環流化床鍋爐的給煤系統就是采用煤泥柱塞泵實現燃料的正常、穩定供應。洗煤泥輸送系統的工藝流程是在刮板機內將洗煤泥的水分調整為30%左右，刮板機再將調制后的煤泥刮至煤泥罐內，正壓螺旋給料機將制作好的煤泥從煤泥罐底部輸送至柱塞泵，柱塞泵依靠液壓站提供的動力，通過主缸和擺缸的運動配合，將制作好的煤泥順著煤泥管道輸送至粒化器，煤泥通過粒化器后進入鍋爐爐膛，見圖1。

2 自動化實現的分析

洗煤泥循環流化床鍋爐的自動化主要分為3個過程：自動化起爐、自動化燃燒和自動化停爐。

2.1 自動化起爐

依據洗煤泥的特點，自動化起爐必須設定一個下料層臨界溫度，避免造成洗煤泥進入爐膛后未著火而出現運行風險。

停爐時床料的溫度降低，根據石英砂隨溫度的膨脹規律[5]，起爐時需要的鼓引風量應比正常運行時高，待床料完全流化時給入洗煤泥，確保“團狀”能被床料完全打散。起爐時投入的洗煤泥量應高于正常運行的量，避免鍋爐床溫下降太多。當鍋爐的含氧量降低到預判值時，表明投入的洗煤泥已經著火，起爐已經成功，這時可以將鼓引風調至正常運行的工況。

2.2 自動化燃燒

自動化起爐正常后，鍋爐進入自動化燃燒運行階段。自動化燃燒需要關注鍋爐的床壓、氧量、負壓、下料層溫度、蒸汽壓力、蒸汽流量等參數。

針對特定的鍋爐，鍋爐運行的氧量一定程度上反應了鍋爐最終的床溫。自動化燃燒運行過程中需要調整鼓風和給煤的配比，將氧量控制在合理的范圍內，使床溫既不超溫也過低。控制鼓風和給煤配比的前提是保證當前鼓風頻率下床料能夠充分流化。自動化燃燒運行全過程必須將鼓風頻率設定在正常運行的范圍內，同時需要設定不同鼓風頻率下床壓的范圍，人工根據床壓的高、低報警進行放砂和加砂操作。基于實際運行的經驗，可以根據鍋爐出口的蒸汽流量大小和鍋爐設計負荷變化能力將鍋爐自動化燃燒運行程序劃分為多檔次控制，不同檔次下設定相應的鼓風頻率，再通過給煤量控制氧量在一定范圍，達到變負荷的目的。自動化燃燒運行全程需要實現負壓的自動反饋調節，將負壓調節在符合鍋爐正常運行的合理范圍內。

2.3 自動化停爐

由于自動化燃燒運行階段鍋爐的氧量始終被控制一個范圍內，在燃料基本不變的情況下，鍋爐的床溫也是可控的，通過控制氧量的范圍可保證床溫不超。

在自動化燃燒運行階段，隨著時間的推移鍋爐的蒸汽壓力不斷上升，當蒸汽壓力接近于汽包保護壓力時，自動化停爐程序啟動。為避免停爐后出現床溫反彈的現象，自動化停爐程序必須先停止燃燒輸送系統，鼓引風系統禁止停止，當氧量上升到安全值時，再關閉鼓引風機，確保爐膛內的燃料充分燃料。停爐氧量的安全值不宜設過高，若設定過高，鼓引風機運行的時間過長，會導致下料層溫度下降太多，不利于下一次起爐。

圖1 洗煤泥輸送系統工藝流程

3 結語

要實現洗煤泥循環流化床鍋爐自動化運行，必須充分分析選用洗煤泥的特性（著火點、灰熔點等）。再選擇合適的洗煤泥輸送系統，根據自動化運行的控制思路將煤泥輸送、鼓引風、給水等系統合理配合在一起，實現洗煤泥循環流化床鍋爐的自動化運行。本文提出了洗煤泥循環流化床鍋爐自動化運行各階段的控制方法，為自動化運行程序的編寫提供了方向。

[1] 李寧, 雷宏彬, 田忠文等. 煤泥資源化利用關鍵技術研究分析[J]. 煤炭工程, 2011(12):100-101.

[2] 楊家林, 蔣旭光, 呂榮等. 洗煤泥和煤泥漿燃燒技術及應用[J]. 煤炭加工與綜合利用, 1993(4):3-5.

[3] 孫永立, 譚袖, 何玉榮等. 利用Monte Carlo方法對循環流化床鍋爐爐膛傳熱的數值計算[J].熱能動力工程, 2001, 16(6):650-652.

[4] 周結焱. 析煤泥燃燒發電應用工藝[J]. 淮南職業技術學院學報, 2011, 11(2):7-9.

[5] 劉建國, 姜秀民等. 石英砂熱形態和表面微觀結構[J]. 化工學報, 2007, 58(3):765-770.

Analysis on Automatic Slime Circulating Fluidized Bed Boiler

Ji Peng1, Huang Zhenxiang1, Li Yue1, Liu Jianguo2, Ren Gengpo3
1.CSIC No.7 Institute
2.Shanghai Jiaotong University Mechanical and Power Engineering College
3.Shanghai Energy Saving Supervision Center

The article is based on characteristics of slime fuel. It analyzes two key factors impacting automatic slime circulating fluidized bed boiler. According to case studies of automatic slime circulating fluidized bed boiler, automatic operation process is divided into three stages, control ideas with different stages are put forward.

Slime, Circulating Fluidized Bed, Automatic Realization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.12.009

姬鵬：(1980-)，男，碩士，主要從事鍋爐超低排放技術方面工作。

李悅：(1989-)，女，碩士，主要從事鍋爐超低排放技術方面工作。