循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能減排關(guān)鍵問題探討

張宏 刁志偉 李愿

中鹽吉蘭泰鹽化集團(tuán)有限公司熱電廠 內(nèi)蒙古阿拉善盟 750336

循環(huán)流化床（簡稱“CFB”）鍋爐技術(shù)由于具有煤種適應(yīng)性好、燃燒過程污染控制性能優(yōu)等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為世界各國在解決劣質(zhì)煤燃燒、固體廢棄物焚燒方面的首選技術(shù)。近年來，我國在超臨界CFB鍋爐技術(shù)領(lǐng)域取得十分顯著的進(jìn)展。繼2013年投運(yùn)世界首臺600MW超臨界CFB鍋爐后，截止到2019年6月，國內(nèi)又投運(yùn)了30余臺350MW超臨界CFB電站鍋爐，使我國的超臨界CFB鍋爐的總裝機(jī)量占世界同類鍋爐裝機(jī)量的70%以上，這表明我國在大型燃煤CFB鍋爐制造與運(yùn)行技術(shù)方面居世界領(lǐng)先水平。隨著我國節(jié)能減排要求的不斷提高，未來的大型循環(huán)流化床鍋爐，尤其是660MW超超臨界CFB鍋爐將要求具有更高的鍋爐熱效率、更高的蒸汽參數(shù)以及更低的污染物排放，因此亟需對國內(nèi)外現(xiàn)已投產(chǎn)的三十余臺超臨界CFB電站鍋爐的設(shè)計(jì)、運(yùn)行等特性進(jìn)行分析總結(jié)，為我國未來更高參數(shù)的超超臨界CFB鍋爐研發(fā)提供重要的技術(shù)參考。

1 循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)

（1）燃料利用率高。流化床系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成誘導(dǎo)特定的強(qiáng)制循環(huán)，即循環(huán)流化床鍋爐，如“內(nèi)部循環(huán)”或“外部循環(huán)”，靠近主燃燒室是一個大型旋風(fēng)分離器，用于分離返回到流體中的較大固體顆粒。燃料燃燒時，在一次風(fēng)的流化及二次風(fēng)的參混作用下，氣固混合良好，燃燒的速率高。（2）污染物排放少。對于工業(yè)生產(chǎn)來講，能夠降低對環(huán)境的污染代表生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化。對于循環(huán)流化床鍋爐來講，燃料及脫硫劑在流化床狀態(tài)下經(jīng)多次循環(huán)，反復(fù)地進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，床層內(nèi)氣、固兩相擾動強(qiáng)烈，混合均勻，在爐內(nèi)能達(dá)到 90%的脫硫效率，并且低溫燃燒抑制了 NOx 的生成，燃燒時的有害氣體和其他有污染的副產(chǎn)物大幅度減少[1]。

2 循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能減排措施

2.1 床溫控制

一次風(fēng)體積流量變化對床溫影響比較大，而二次風(fēng)體積流量對床溫的影響相對較小。當(dāng)一次風(fēng)體積流量增加時，由于短時間內(nèi)增強(qiáng)了床料的流化速度，但同時也帶走了燃燒熱量，所以床溫在一次風(fēng)體積流量增加初期，床溫基本不變，而后隨著一次風(fēng)體積流量的增加而降低，可見床溫隨一次風(fēng)體積流量的變化不是單調(diào)關(guān)系，如果單純用床溫的控制來修正一次風(fēng)體積流量，燃燒控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。因此，采用一次風(fēng)調(diào)節(jié)成為控制床溫的主要手段，同時調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)配比，在采用一次風(fēng)控制床溫的同時，相應(yīng)改變二次風(fēng)體積流量，保證鍋爐的總風(fēng)量不變，維持煙氣氧量的恒定和床溫在合理范圍內(nèi)[2]。

2.2 底渣及排煙余熱回收

CFB鍋爐灰渣顯熱損失通常占鍋爐熱效率的1%-2%，個別燃用高灰分煤種的CFB鍋爐，灰渣顯熱損失可達(dá)5%-10%，甚至更高。CFB鍋爐熱效率普遍低于同容量煤粉鍋爐，主要是由于CFB鍋爐灰渣顯熱損失較大造成。目前，回收底渣顯熱損失的主要方式是采用汽輪機(jī)側(cè)的冷凝水，通過滾筒冷渣器冷卻高溫底渣，回收的熱量全部進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)。這種熱回收方式，由于又帶來額外的冷源損失，使得從底渣回收的熱量只有10%-15%的熱量真正回收到熱力系統(tǒng)。目前某些CFB鍋爐采用的低溫省煤器也有類似問題。采用回?zé)崴虺}水回收的煙氣余熱，由于余熱溫度低，無法進(jìn)入鍋爐，只能進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，導(dǎo)致回收熱量中的絕大部分（85%以上）又通過冷凝器損失到大氣環(huán)境中去而無法真正回收利用。為解決上述問題，需要開發(fā)一種能將底渣余熱和煙氣余熱回收到鍋爐系統(tǒng)的先進(jìn)換熱裝置及系統(tǒng)[3]。

2.3 CFB鍋爐爐內(nèi)燃燒均勻性問題

實(shí)爐運(yùn)行及現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，超臨界CFB鍋爐由于爐膛容積大，需要控制的運(yùn)行參數(shù)多，為保證較高的鍋爐熱效率（設(shè)計(jì)熱效率比亞臨界CFB鍋爐平均高1%-2%）和較低的污染物排放，在鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)行方面必須重點(diǎn)關(guān)注爐內(nèi)燃燒均勻性問題。爐內(nèi)燃燒均勻性，主要涉及到布風(fēng)（包括二次風(fēng)）均勻性和給煤、返料的均勻性問題。目前，國內(nèi)投運(yùn)的超臨界CFB鍋爐，凡是采用鏈?zhǔn)捷斆簷C(jī)作為第二級爐前給煤系統(tǒng)的，每個給煤口的給煤量都無法精確控制，導(dǎo)致不同給煤口的給煤量偏差較大。其次，由于爐膛截面大，布風(fēng)板尺寸大，尤其在低負(fù)荷時，出現(xiàn)了布風(fēng)均勻性問題和二次風(fēng)射流穿透性問題。現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果表明，二次風(fēng)區(qū)域的風(fēng)煤匹配不均勻性，會一直延續(xù)到爐膛出口，會造成分離器溫升不均勻、返料量不均勻等一系列均勻性問題。此外，針對前墻給煤的鍋爐燃煤顆粒在爐內(nèi)的初始分布，也是需要進(jìn)一步研究的問題。

3 結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐由于具有燃燒效率高、污染排放低、燃料適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在我國得到了廣泛的應(yīng)用。但是，循環(huán)流化床鍋爐在大規(guī)模商業(yè)化過程中仍存在著長期不能滿負(fù)荷運(yùn)行、燃燒效率低、分離器效率低、飛灰含碳量高、結(jié)渣、受熱面磨損等問題，從長遠(yuǎn)來看，該技術(shù)仍存在一些不足。隨著循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)更加廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中，在市場經(jīng)濟(jì)條件下必將實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，更好地促進(jìn)未來工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，從而促進(jìn)社會文明進(jìn)步。