循環流化床鍋爐床溫控制特性的研究

張永，劉輝，劉新泉，任紀兵，陳燁

（華聚能源東灘礦電廠，山東 鄒城 273500）

循環流化床鍋爐相比一般的煤粉鍋爐要先進很多，這也就決定了其控制調節相對復雜，控制的難度非常大。科學合理的控制系統設計可以說完全依賴對床溫控制原理的深入分析和理解，從而避免設計上的缺陷。這也是確保新投入運行的循環流化床鍋爐安全可靠運行的前提和基礎。

1 床溫控制的意義

我國開發生產的循環流化床鍋爐沸騰溫度選擇在800～900℃范圍內，主要有兩個原因：第一，我國大部分煤床溫低。低溫可有效避免爐膛結焦。第二，合理的床溫是常用石灰石脫硫劑的最佳反應溫度，可以最大限度地提高脫硫劑的脫硫能力。因此，必須將鍋爐床溫度控制在一定范圍內。

（1）在循環床鍋爐的實際運行中，如果床溫存在溫度過高的情況，可能會出現不良后果：脫硫劑偏離最佳反應溫度，脫硫效果降低，床溫超過或部分超過燃料的焦化溫度，爐內高溫焦化，特別是空氣分配板上的焦化處理和返回閥門非常困難，只能停爐。鍋爐出口蒸汽溫度過高，影響輔助設備的運行。現在生產的大多數循環鍋爐都使用簡單的表面減溫器來降低溫度。溫度調節范圍有限。一旦床溫嚴重過熱，蒸汽就會過熱，減溫器將不堪重負。

（2）如果循環床在實際操作中冷卻，床溫也可能產生不良后果。脫硫劑脫硫效果降低，爐溫低于燃料的點火溫度，鍋爐表現出低溫熄火。鍋爐的輸出減少。從以上分析可以看出，爐膛的過熱現象更為嚴重。鑒于此，循環床鍋爐的床溫控制應集中在床溫的過溫控制上。

2 循環流化床鍋爐床溫的控制

2.1 增減給煤量與床溫

在正常的情況下，如果保持給煤量不變，那么加

到床當中的新的煤炭顆粒加熱吸收熱量與燃燒所釋放的熱量是處于平衡狀態的，因此，其對床溫的影響也就比較小。但當工況發生變化時，一般而言，工況時刻都在發生變化，則給煤量影響床溫的最大因素是給煤的頻率。

給煤量調節床溫的滯后程度與煤種的反應力有著密切的關系。如果燃燒的是煙煤，增減給煤量的時候床溫的升降速度都非常快，但如果燃燒無煙煤，由于其本身的反應力較慢，會導致床溫先出現下降然后再上升的現象。這也就是說，燃燒無煙煤時床溫的反應具有滯后性。因此，在調節床溫時，因為床溫時刻都是變化著的，適宜燃燒煙煤。

總而言之，在煤的燃燒過程中，不能在床溫上升到一定高度時才開始減煤。同樣的，也不能在床溫下降到一定溫度時才開始加煤。

2.2 送風量與床溫

（1）一次風送風量調整分析。一次空氣通過空氣分配板送至燃燒室的密相區，占總空氣供應量的40%～70%。一次風有兩個功能。一種是滿足密相設計中完全燃燒的要求，另一種是在密相區燃燒產生的熱量，以保持設計的床溫。

調節一次風量的前提是它可以滿足常規流化，否則會有流化惡化和結渣的危險。在這個前提下，如果風量太小。首先，不能滿足密相區設計的燃燒份額；其次，密相區產生的熱量減少。因此，風所產生的熱量也減少了。

在床溫較高的情況下，通常采用增加風量的方法來降低床溫，并且該方法的效果非常顯著。在床溫急劇增加的情況下，不應使用該方法。

（2）二次風量的調節分析。與煤粉鍋爐不同，二次風量占總風量的30%～50%。當風量不足時，需要及時增加二次風;在低壓負荷范圍內，一般情況下，二次風輸入量較小。當對大量二次空氣施加低負荷時，爐內溫度會大幅波動。因此，應根據爐內的負荷和溫度來確定是否施加二次風量。

2.3 氧量與床溫

氧量變化可反映爐內燃燒工況，所以可以做為床溫調節的重要依據，并且其滯后性比給煤調節床溫的滯后要小，可提前反映給煤調節的趨勢，一般當給風不變，氧量降低時，說明此時給煤過大，會出現缺氧燃燒而使床溫降低，應減少給煤以穩定床溫，反之亦成立。

2.4 點火過程中床溫調節

循環流化床鍋爐的點火操作是一個動態的過程，在這一過程中，靜止的常溫狀態下的燃料會轉變為流化狀態下的燃燒的床料。這一過程控制的難點主要在于床溫的限制，其多采用人工進行控制。在循環流化床鍋爐運行的初期，點火進行了數次，但次次都失敗，這無疑說明了循環流化床鍋爐的點火啟動是一個比較薄弱的環節。

但近年來，隨著床下煙道燃燒器的使用，加上輔助床上點火油槍，可以把整個的點火啟動過程劃分為三個階段：第一，熱煙氣加熱惰性床料階段；第二，從給煤直到關閉點火裝置階段；第三，鍋爐正常運行階段。

其中，在惰性床料加熱階段，需要將床料加熱到650℃左右。在點火之前，需要床內的燃料達到流化狀態，然后關掉送風裝置，使鍋爐得到平整均勻的床層。在初期，由于床溫較低，因此，應盡可能地采用較小的一次風量，加快升溫的速度。此外，還應該節約燃料。

2.5 低負荷下的床溫調節

一般而言，在正常電荷的25%～40%也就是低負荷范圍。和一般的鍋爐相比，循環流化床鍋爐的優越性表現在其負荷的調節范圍比較大，可在25%～100%額定負荷范圍內穩定運行。

低負荷運行時，上部顆粒的濃度比較低，輻射所傳熱的份額一般情況下會快速增加，最低負荷時期輻射傳熱量可占總傳熱量的90%以上。因此，當鍋爐內的負荷變化時，不能再簡單依靠調節返料量的方式來維持鍋爐內的正常溫度。

（1）當鍋爐需減負荷時，首先需要做的就是降低床層的厚度和高度，減少床料的貯存量，然后一定程度上減少給煤量，相應的，要降低一次風風量。但是，一次風風量也不能低于臨界流化風量。在減少床料存量和給煤量的情況下，床溫仍然可以維持在較高的溫度，不過減少床料的存量也增加了風壓的消耗量。

（2）當鍋爐內需要升荷時，和減荷的操作步驟相似，首先要做的是增加床層的厚度，增加床料的貯存量，在維持正常床位的前提下，增加給煤量和一次風風量。

2.6 高負荷下的床溫調節

高負荷階段床溫較高，床溫滯后性相對較小，且一次風量一般可投入自動控制，自動控制下一次風量跟隨燃料量增長而增長，此階段可以通過調整一次風量偏置的大小控制風煤量。

2.7 鍋爐料層厚度對床溫的影響

按正常來講，料層越厚儲熱值越高，對于鍋爐帶負荷性能和降低灰渣含碳量方面都有積極的影響。但也不是一成不變的，料層厚度是和煤種因素密切相關的，當燃燒發熱量較高、揮發份相對低、灰分較少的煤種時，料層厚度就不宜過厚，因為燒這種煤時的床溫一般都較高，為了帶負荷和安全起見保持料層厚度的下限值通常是一個好的辦法。

2.8 鍋爐分離器效率對床溫的影響

分離器是分離循環流化床鍋爐循環物料的重要設備。其功能是通過離心力原理從煙氣中分離和收集顆粒，通過回流裝置和回流管完成材料科學的循環過程。如果分離器效率低，則顆粒將不能有效地與煙道氣分離，這將導致大量顆粒通過爐而不循環。

分離器是分離循環流化床鍋爐循環物料的重要設備。其功能是通過離心力原理從煙氣中分離和收集顆粒，并通過回流裝置和回流管完成物料循環過程。如果分離器效率低，則顆粒將不能有效地與煙道氣分離，這將導致大量顆粒通過爐而不再循環。

2.9 煤種煤質對床溫的影響

給煤是影響床溫的最直接因素之一。煤炭供應對床溫的影響存在滯后。此功能增加了床溫調節的難度。在啟動注煤或增加負荷的過程中，燃料顆粒投入運行后不能立即點燃，爐腔內的物料量過大，不會造成床溫上升，但有一個很大的延遲。這種滯后時間在操作期間非常長。即使在噴煤開始時滯后時間超過20min，高負荷運轉也會滯后1分鐘以上，即煤燃料啟動后的床溫為20min。它開始上升，即使在這個過程中，床溫也有下降的趨勢。在這個過程中，如果煤粉的連續輸入導致床料中可燃物的過度積聚，則在到達點火點后會引起爆燃，床溫將迅速上升而不能控制。同時，床溫的升高導致可燃物的快速燃燒和消耗，并且可燃物的濃度迅速降低，這又導致床溫急劇下降和床溫的大幅波動。

3 結語

本文較為系統地分析了影響床溫的各種因素，并在此基礎上，結合循環流化床鍋爐與煤粉鍋爐的區別，討論了其在不同工況下的調節床溫的各種方式。希望能夠給相關研究者提供參考和借鑒。