循環流化床鍋爐優化調整與控制

班允柱 周玉軍 徐立春(吉林省吉林燃料乙醇有限責任公司熱電廠，吉林 吉林 132001)

0 引言

循環流化床鍋爐技術因卓越的環保特性、良好的燃料適應性和運行性能，在世界范圍得以迅速發展。我國自20世紀80年代開始從事循環流化床鍋爐技術開發工作，經過二十多年與國外擁有成熟技術的鍋爐設計制造商合作(美國PPC、ALSTOM公司、奧地利AE公司)、引進(ALSTOM(原德國EVT)公司220t/h-410t/h級(包括中間再熱)循環流化床鍋爐技術，美國燃燒動力公司(CPC)的細粒子循環流化床鍋爐技術)、消化吸收和自主研究，中國已經完成了從高壓、超高壓、亞臨界到超臨界的跨越，在大型循環流化床鍋爐技術領域已處于世界領先水平[2]。哈爾濱鍋爐廠是我國較早期從事研究、開發循環流化床鍋爐廠家之一，現以哈爐2002年設計制造的220t循環流化床鍋爐為例，結合運行經驗和專業知識，對循環流化床鍋爐主要參數的調整與控制作一些淺顯的分析論述。

1 設備簡介[1]

制造廠家：哈爾濱鍋爐廠；鍋爐型號：HG220/9.8-L.YM27高溫高壓循環流化床鍋爐；鍋爐型式：單汽包自然循環、單爐膛、平衡通風、高溫旋風分離器、自平衡U型密封返料閥、緊身封閉布置、全鋼爐架懸吊方式、固態排渣、水冷滾筒冷渣器。

鍋爐容量和參數：過熱蒸汽最大連續蒸發量：220t/h；過熱蒸汽出口蒸汽壓力：9.81MPa；過熱器出口蒸汽溫度：540℃；給水溫度：215℃；空氣預熱器型式：臥式管式空氣預熱器；進風溫度：35℃；一次風熱風溫度：190℃；二次風熱風溫度：190℃；排煙溫度：146℃；鍋爐效率：90.5%；脫硫效率：＞80%；鈣硫比(Ca/S)：2。

2 主要參數調整與控制

2.1 床溫調控

床溫是鍋爐控制的主要參數之一，本文所述鍋爐額定負荷設計床溫873℃，最佳溫度控制在850℃～900℃之間，最高不能超過950℃，最低不能低于800℃[1]。床溫過高容易造成鍋爐結焦，溫度過低容易發生鍋爐滅火，因此，鍋爐運行過程中必須嚴格控制床溫?？刂拼矞卦谧罴逊秶鷥纫嘤欣跔t內脫硫和SNCR脫硝，循環流化床鍋爐爐內脫硫反應最佳溫度區間為850～900℃[2]，同時此溫度區間能夠減少氮氧化物生成，對降低煙氣排放指標，減少輔料消耗起到至關重要的作用。影響床溫的主要因素是給煤量、一次風量、回料量、煤質及煤的粒度。給煤量、一次風量可以調節，如果床溫過高，可以通過減少給煤量或適當增加一次風量控制；而回料量不可控(自平衡密封返料)，正常運行時無需控制，但回料如果出現波動，不回料或少回料，床溫就會出現異常升高現象，這時就要通過高壓風進行擾動，或接通壓縮空氣鼓動回料閥料床，迫使其松動、流化，建立新的回料平衡(一般鍋爐啟動初期或入爐煤灰分低時，循環灰少易發生回料波動)。入爐煤質可通過不同煤種科學配比，力求接近鍋爐設計煤種要求，我們的經驗做法是將不同廠家煤，按照發熱量、揮發分、灰分、硫分等主要指標合理搭配，運行過程中再進行微調，確保鍋爐燃燒穩定。煤的粒度通過定期檢查細碎煤機狀況，及時調整細碎煤機錘頭間隙并定期做入爐煤粒度分析，來保證入爐煤粒度分布要求。

2.2 床壓調控

床壓也是鍋爐控制的主要參數之一，它的高低直接反映出料層的厚度。床壓調整主要依據一次風量與布風板阻力的關系曲線和流化風量和床料阻力的關系曲線，并結合鍋爐實際運行狀態綜合判定調整。一般入爐煤粒度偏大，可適當增加料層厚度、增加一次風量，增加料層厚度主要考慮增加料床蓄熱量，增加一次風量主要考慮使大顆粒能夠流化，燃燒更充分。事物都是兩面性的，增加一次風量增加了耗電量，同時也增加了爐內各受熱面磨損，因此，還要從源頭上控制入爐煤粒度，確保鍋爐安全經濟運行。本文介紹的爐型設計床壓為8～13kPa，但由于入爐煤粒度達不到設計要求，運行床壓一般控制在15kPa左右。筆者通過查閱大量技術資料，理論認為鍋爐水冷壁磨損與煙氣流速三次方成正比，實踐也證明：煙氣流速、入爐煤粒徑是鍋爐水冷壁磨損的主要因素。2019年11月末，某電廠由于煤中矸石量較多，細碎煤機對矸石破碎不理想，入爐煤大顆粒偏多，在爐內循環沉積，造成下渣不暢，爐內流化惡化，床溫波動，為維持鍋爐運行，被迫增加一次風量，提高料層厚度，床壓最高達19kPa，大約持續約一周時間，停爐檢查時爐膛密相區澆注料磨損非常嚴重，再次證明煙氣流速是鍋爐磨損的主要因素。近年來，某電廠不斷探索優化鍋爐運行方式，采用“低一次風量、低風速、低床壓”運行，即簡稱“三低”運行模式，在鍋爐減少受熱面磨損、長周期運行方面取得了良好效果。“三低”運行模式符合目前循環流化鍋爐主流設計理念，大型循環流化床鍋爐一般設計床壓在5kPa左右，有的可能還要更低，對延長循環流化床鍋爐運行周期起到了關鍵作用。

2.3 回料量

本文介紹的爐型為高溫旋風分離器、自平衡U型密封返料閥，正常運行時無需調整控制。鍋爐檢修時，回料閥小流化床風帽及澆注料檢查修復后，要將清出的循環灰再填回去；另外，鍋爐做完流化試驗后要對床料進行補充(一般料層厚度在0.8～1米間)，保證鍋爐在啟動初期有一定的循環灰量；但此循環灰量是有限的，一般鍋爐運行一個班次才能建立起回料平衡，如果入爐煤灰分含量少，還需要更長時間。鍋爐啟動初期經常會出現回料波動現象，床溫升高、負荷偏低，說明循環灰量少，回料平衡尚未建立。運行過程中如果負荷頻繁調整、煤中灰分又少，調整不當就會出現長時間不回料，這時就需要加強高壓風撓動，或接通壓縮空氣，強制流化回料，否則施風分離器料腿積灰較多，靜壓增大，突然大量回料有可能造成滅爐風險。某電廠就曾因鍋爐大量回量，低溫灰不能快速排出爐膛外，床溫過低，造成鍋爐滅火事故。

2.4 風量調整

鍋爐設計時，一般采用一次風為鍋爐燃燒流化用風、床下啟動燃燒器點火用風；二次風為鍋爐燃燒調整用風、給煤系統密封用風；高壓風為鍋爐回料流化松動用風。在鍋爐優化燃燒調整過程中，風量調整起到至關重要作用，一般一次風在保證鍋爐正常流化時，盡量控制小風量運行，以減少爐內受熱面磨損；鍋爐燃燒調整用風主要調整二次風量，按照自下往上逐層遞增原則，保證燃料化學燃燒充分，減少飛灰含碳量，提高鍋爐燃燒熱效率。鍋爐經濟運行需要一個整體平衡，一般含氧量控制在3%左右，含氧量過高會造成磨損增大，相應的排煙損失也會增大；含氧量過小，則會造成鍋爐燃燒不完全，燃燒效率降低。另外，在運行中，爐膛差壓應控制在-50Pa左右，該壓力可通過調整引風機的出力來實現[3]。大型循環流化床鍋爐參數控制會更低，主要是考慮降低排煙熱損失。在燃燒調整過程中，一般加負荷時先加風再加煤，減負荷時先減煤再減風，通過微調勤調，避免床溫產生大幅波動，確保燃料燃燒更充分。綜上所述，鍋爐風量調整需要結合實際情況，綜合考量。

2.5 入爐煤粒度控制

文章所述鍋爐設計入爐煤粒度最大為7mm，2mm占比80%以上，如圖1所示[1]。入爐煤可謂是鍋爐的“糧食”，保證入爐煤粒度分布是鍋爐安全運行的前提條件。粒度過大，流化風量就要加大，增加爐內受熱面磨損，理論認為鍋爐水冷壁磨損與入爐煤粒度平方成正比，可見煤的粒度也是鍋爐安全控制的重要因素。粒度過細，一些小的顆粒還未來得及在爐膛內燃燒，隨著煙氣帶走，高溫旋風分離器如果捕捉不到，不能參與循環燃燒，飛灰含碳量將顯著增加，機械不完全燃燒熱損失增大。對于現有設備條件，燃煤粒徑分布調整受到限制，但應盡可能調整接近設計粒度分布。避免細組分過多造成爐膛上部溫度偏高，或者顆粒偏粗造成運行風量過大，磨損嚴重，排煙溫度高等后果[4]?？刂迫霠t煤粒度還要從源頭—入廠煤入手，保證煤質，減少煤中矸石量和雜質，加強細碎煤機運維，定期做煤的粒度分布試驗，確保入爐煤粒度達到或力求接近鍋爐設計入爐煤粒度分布曲線。如果入爐煤粒度偏大，石性大，還會造成流化困難，一些大塊煤矸石或石頭燒不透，沉積在料層底部，嚴重時可能造成排渣管堵塞、噴熱渣、床溫波動，操作不當都會存在停爐風險?？偨Y多年來運行經驗，當入爐煤粒度偏大，床溫出現波動(一般降低)，就要根據實際情況，適當增加一次風量，厚料層來維持床溫，如渣管排渣不暢還要進行梳通，確保鍋爐不滅火。

圖1 哈爾濱鍋爐廠設計煤粒度分布曲線

2.6 環保指標SO2、NOx控制

近年來，國家對環境保護越來越重視，四不兩直、明查暗訪，檢查頻次高執法更嚴格，所有環保指標線上運行，一旦出現指標偏離或超出合格范圍，企業要第一時間做出響應，采取措施回歸正常值范圍，否則要受到相應處罰；因此，各企業都非常重視鍋爐環保指標控制。某電廠設計為爐內脫硫、SNCR脫硝，投資較少，但存在過度投加，脫硫脫硝劑消耗大，造成浪費現象。由于采用純爐內干法脫硫的技術路線，石灰石粉投入量始終處于較高的鈣硫摩爾比水平，鍋爐負荷80%～100%時，鈣硫摩爾比達到約6.5，造成石灰石耗量增加。經過化驗，飛灰及底渣中分別含氧化鈣約12%、6%，造成石灰石大量浪費。同時，過量的石灰石對NOx的原始生成量有明顯的催化作用[2]。企業既要保證環保指標要求，又要考慮鍋爐經濟運行；因此，加強鍋爐優化控制是各企業提質增效的一個重要舉措。一是要保證環保指標上限運行，但也存在超標風險。二是要避免鍋爐負荷大幅調整，確保脫硫脫硝劑在爐內反應時間。三是要時時跟蹤環保指標變化，微調精調。四是要加強脫硫脫硝劑質量控制(石灰石粒度分布，CaO含量，氨水濃度要保證)。未來，如果國家強制要求環保指標超低排放，脫硫脫硝工藝還要進行技術改造，采取半干法或濕法脫硫，SNCR、SCR聯合脫硝等等，確保鍋爐環保指標達標排放。

3 結語

鍋爐優化調整是一個復雜的過程，調整任何一項主要參數，其它參數都要相應變化，需要綜合評價判定；而循環流化床鍋爐的特性又比較突出，即使是同一型號鍋爐也存在一些差別，這就需要運行人員熟練掌握鍋爐設計、構造、特性，以專業知識為基礎，以操作規程為指南，不斷總結運行控制經驗，養成良好的職業素養，才能更好的駕馭所控制的鍋爐。上述幾項參數是鍋爐安全、穩定、高效運行的重要參數，也是運行過程控制的關鍵點，在運行中要加強監控，使其達到最佳運行狀態，最大限度發揮循環流化床鍋爐的高效節能優勢。