大型循環流化床鍋爐節能提效技術探析

趙孔友

（陜西彬長新民塬發電有限公司，陜西 西安 710018）

大型循環流化床鍋爐節能提效技術探析

趙孔友

（陜西彬長新民塬發電有限公司，陜西 西安 710018）

我國自主研發并投產了世界首臺600MW超臨界循環流化床鍋爐，該鍋爐的順利投產使我國成為循環流化床鍋爐理論與技術水平最為完備的國家之一。隨著國家節能減排政策的深入，循環流化床鍋爐節能技術研究已被作為重點項目研發。文章針對循環流化床鍋爐的節能設計原理、運行方式及管理方式進行了剖析。

大型循環流化床；鍋爐技術；節能技術；提效措施；輔助系統

近十年來，我國循環流化床（CFB）鍋爐技術發展迅猛。隨著我國首臺300MW CFB進口鍋爐于四川白馬電站投運，我國多臺自主研發的300MW級以上CFB鍋爐相繼投產。迄今為止，我國建有的CFB鍋爐數量世界最多、規模最大、參數最高，我國的CFB鍋爐設計、制造和運行水平已處于世界頂尖水平。在此期間，我國CFB技術領域的專家、學者做了大量細致的工作，通過對大批CFB鍋爐的研發、設計、施工，調試和生產期間的各類運行方式進行分析總結，歸納出節能提效的主要觀點：第一，采用流態重構節能型CFB鍋爐技術，優化床料質量，減少無效床料，降低風機壓頭和廠用電率，并有效解決了燃燒效率偏低的運行問題；第二，采用床下燃油點火方式，盡可能降低鍋爐風速，實現機械脈動填煤，創新應用節能型霧化油槍有效降低點火油耗；第三，在輔機設備選型方面，考慮全國火電機組利用小時數下降的實際，大型轉動機械使用變頻調速器進行調控，避免基于鍋爐BMCR工況作為設計選型風機偏離運行值較大導致風機效率低、耗電大，此外采用性能可靠的底渣熱量回收裝置，提高鍋爐熱效率等系列節能提效技術。通過大量試驗研究、工程實踐，這些措施均取得了不錯的節能作用。

1 大型CFB鍋爐的特點

大型CFB鍋爐的結構特點具有燃料適應性廣、燃燒效率高、脫硫效率高、NOX原始濃度低、燃燒強度大、燃料預處理操作簡單、低負荷穩燃特性優等。表現在CFB鍋爐采用低溫（床溫可控制在900℃以下）燃燒技術，降低NOX源頭生成量，并為爐內脫硫創造了最佳反應溫度條件，環保投入低、效益好；可以大量燃用煤粉鍋爐不能燃用的矸石、煤泥等低熱值燃料，實現就地清潔高效轉化利用；燃燒效率高，最高可達到98%以上。

2 大型CFB鍋爐選型

2.1 依據燃料成分明確鍋爐型號

大型CFB鍋爐可燃用各種劣質燃料，包含煤炭洗選副產物、生活污染廢物以及各類燃料混合物等。在鍋爐選型設計時，需提前對燃料進行成分鑒定，出具數據報告，經過專業人員仔細分析給出燃料分析報告，鍋爐廠依據此報告，作為大型CFB鍋爐設計選型、制造的基礎，各企業在選擇CFB鍋爐時要依據企業自身需求進行選擇，在招投標過程中進行技術溝通和理念互通，以專業術語客觀地表達鍋爐的實際制作型號。

2.2 推進CFB鍋爐向更高參數、更大容量方向發展

以煤為主符合我國資源稟賦事實，根據國家煤炭洗選政策，到2020年，原煤入洗率、矸石利用率均需達到80%以上，礦區產生可用于發電的煤泥、矸石等低熱值煤將達到5億噸，實踐證明，CFB發電技術是大規模清潔高效利用低熱值煤的最佳途徑。目前，我國小容量CFB機組占比大、總體能耗較高，據統計，截至2016年3月，超臨界CFB機組僅占6%；150MW超高壓CFB空冷機組平均供電煤耗值367g/kWh、平均廠用電率7.85%，300MW亞臨界CFB空冷機組平均供電煤耗值346g/kWh、平均廠用電率8.07%，某350MW超臨界CFB空冷機組供電煤耗值342g/kWh、廠用電率6.5%，可見隨著CFB鍋爐參數的提升，機組的能耗呈現下降趨勢；此外經測算：一臺660MW超超臨界CFB機組較超臨界CFB機組降低供電煤耗10g/kWh以上，可減少碳排放約7萬噸/a（按機組年利用小時數4000h計），消耗矸石、煤泥等低熱值煤近150萬噸/a。因此，推進CFB鍋爐向更大型化方向發展，可進一步降低能耗，對于我國建設能源節約型社會具有深遠意義。

3 低床壓運行技術

目前國內部分國產自主型的CFB機組，在保持CFB煤種適應性廣和污染排放控制成本低的優勢條件下，通過流態重構提高床料質量和降低床料量，降低運行床壓，減少了鍋爐風機能耗。經調研國內某350MW超臨界空冷CFB鍋爐已實現低床壓運行，機組滿負荷測試床壓為4.85～5.3kPa，供電煤耗336g/kWh、廠用電率6.25%，節能效果明顯。實現低床壓運行的關鍵條件是，依據繪制的CFB鍋爐流態圖譜，配置性能可靠的燃料破碎篩分系統，保證燃料粒徑滿足要求；優化提高旋風分離器效率，維持爐內有足夠的細顆粒床料和爐膛的上床壓，保證爐內有足夠參與循環換熱的細循環物料量，這樣可以將爐內不參與循環換熱的大顆粒渣排除爐外，有效降低水冷風室背壓。

4 風機變頻調速節能技術

通過工程實踐，大型CFB鍋爐一、二次風機因風壓高，只能采用離心風機，因其使用效率高、能耗高。通過對比分析，帶變頻器的離心風機經濟性更優，尤其是鍋爐在低床壓運行工況，一次風機軸功率更低，廠用電率進一步降低。國內某大型設計院針對660MW超超CFB鍋爐一次風機調速方式進行對比分析，結果為：在BMCR工況，低床壓運行時，采用變頻裝置的較采用定速的離心風機軸功率低1171kW，按機組年利用小時數4000h計，一臺CFB鍋爐可節省電耗937萬kWh，節能收益明顯；二次風機的節能效果同樣顯著。

5 輔助系統的類型選擇

5.1 鍋爐底渣設備

大型CFB鍋爐排渣量較大，熱損耗較高，必須通過冷渣器降低熱損耗。冷渣器的選擇要綜合考慮實際入爐燃料特性，燃料破碎篩分設備配置，減輕工作人員勞動強度，保持物料的最佳使用等。在總結現役大型滾筒冷渣器和流化床式風水聯合冷渣器使用效果的基礎上，盡量發揮各自優點，比如：滾筒冷渣器操作方便、可靠性高，對底渣粒度要求不嚴、運行電耗較低，流化床式風水冷渣器單臺出力大、可提高鍋爐效率、可選擇性排渣，因此冷渣器的選擇應綜合鍋爐提效、節能降耗各因素。第一，研發優化采用新型風（水）冷渣器回收鍋爐底渣熱量節能技術，提升鍋爐效率；第二，將兩種形式的冷渣器進行有機結合、靈活運行，協調提高鍋爐效率、降低能耗。結合某600MW級CFB項目，測算采用冷渣器設備后，可提高鍋爐效率0.5%以上。

5.2 爐內脫硫系統

大型CFB鍋爐爐內脫硫劑多使用經濟實惠的石灰石，影響脫硫效率的因素有石灰石品質、粒徑、流化速度、床溫、Ca/S摩爾比等。通過在300MWCFB鍋爐上進行實驗研究，石灰石粒徑≤1.5mm時，即使Ca/S在2.5以上，脫硫效率僅70%，通過嚴格控制石灰石粒徑≤0.5mm，脫硫效率最高可達95%，脫硫效果優異，但運行中發現，由于石灰石顆粒較細，上部床壓沒有出現增長的趨勢，分離器的分離效率似乎不太理想；實驗表明，在進行大型CFB爐內脫硫效率選擇時，應立足項目實際條件，通過深入技術論證和運行調整，不斷摸索CFB爐內、爐外脫硫最佳占比，綜合低能耗、低成本因素，選擇最佳的爐內脫硫效率，輔助爐外脫硫，實現CFB鍋爐超低排放。

5.3 填料系統

基于設計理念和操作習慣，提升燃料管理力度是最佳選擇。在保證采取燃料成分均勻的前提下，應強化篩選燃料的品質，確保粒度合格，保證爐前的燃料被充分使用和穩固運行，提升鍋爐使用效率。

5.4 灰塵處理系統

對于CFB鍋爐而言，大多燃用劣質燃料，灰塵量較同容量煤粉鍋爐大。一般需要采用專業的靜電除塵器進行煙塵初步處理，但灰塵排放量過大，除塵器的利用率較低。再則，僅采用布袋除塵，前級灰塵顆粒較大，對濾袋的磨損較為嚴重，濾袋的清洗頻率過高，不利于長久使用。綜合考慮，可以采取布袋與靜電除塵器相結合的方式；采用高效靜電除塵器與濕法高效脫硫除霧器協調的方式；采用干法脫硫除塵一體化等多種組合方式，具體需統籌考慮采用的脫硫工藝、維護的工作量及系統阻力等因素，在節能高效的前提下實現粉塵達標排放。

6 關鍵設備選型

大型CFB鍋爐選型中機械設備是節能的關鍵。在設備選型時應充分考慮當前電力負荷較低的實際，打破常規，避免裕量選擇過大。實際工程中好的做法：綜合考慮《大火規》有關規定，鍋爐三大風機TB點風壓不再重復考慮鍋爐本體、空預器及除塵器等系統設備阻力的裕量，直接選取設備廠家提供的最大設備阻力，并在招標技術文件中科學設置技術條件，力求廠家提資精準，規避重復疊加，導致裕量選擇過大。

7 加強監測控制力度

大型CFB鍋爐的使用是基于其特殊的燃燒結構。從政府角度分析，在政策要求、系統改造、設施選購、運行發展、管理促進等方面都要實現大的提升，保證電力系統、電力檢測控制系統的正常使用，提升系統自動調節穩定能力、準確能力，尤其是鍋爐的燃燒系統，必須全面進行智能調節，實現資源的高利用率，提升鍋爐熱效率，顯現節能效果。

8 建立健全廠級節能體系網

各發電企業應牢固樹立節能管理理念，適時建立節能制度體系、監察體系、考評體系，逐步形成公司-車間-班組三級節能體系網。不斷強化技術創新，加強節能培訓，持續增強全員節能意識，從節省一滴水、一度電、一方蒸汽做起，不斷提升員工技能意識和創效能力，向經營管理要效益。

9 結語

大型CFB鍋爐作為一種高效率、低污染的節能產品，在實現資源綜合利用、環境治理方面起著十分重要的作用。CFB鍋爐技術的進步使得能源綜合利用率明顯提高，能耗水平逐步提升，電力相關企業的可持續發展政策不斷得以落實。通過對大型CFB鍋爐節能技術的探討分析，給出了一定成果觀點，這對于不斷提高大型CFB鍋爐節能技術水平、提升CFB機組整體發電效率、提升我國工業整體發展效率、提高低熱值煤綠色高效利用、實現經濟和社會可持續發展具有重要的現實意義。

[1]岳光溪，呂俊復，徐鵬，等．循環流化床燃燒發展現狀及前景分析[J]．中國電力，2016，49（1）.

[2]汪佩寧，蔡潤夏，柳成亮，等．300MWe節能型循環流化床鍋爐的設計與運行[J]．沈陽工程學院學報（自然科學版），2016，12（4）.

[3]常太華，徐浩，高明明．大型循環流化床鍋爐超臨界化技術與控制難點分析[J]．華電技術，2011，（9）.

[4]蘇建民．基于流態重構的循環流化床鍋爐節能燃燒技術的應用實踐[J]．動力工程學報，2011，（3）.

[5]肖峰，邵國楨，顧家勝．發展大型循環流化床鍋爐技術的設想[J]．鍋爐技術，2009，（2）.

（責任編輯：王 波）

TK223

1009-2374（2017）12-0148-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.076

趙孔友（1978-），男，內蒙人，供職于陜西彬長新民塬發電有限公司，研究方向：電廠工程與技術管理。

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