超臨界循環流化床鍋爐深度調峰技術難點及控制策略

張 榮

神東監理有限責任公司

1 引言

循環流化床（CFB）燃燒技術是能夠適應多種燃料的燃燒，具有操作彈性大的特點，并且能夠有效地降低污染物控制的成本，在商業中應用較為廣泛，是一項清潔煤燃燒技術。

2 技術優勢

（1）具有燃燒效率高的特點。CFB 鍋爐對高品質煤進行燃燒的過程中，燃燒的效率能夠和煤粉爐差不多，高達97%～99%，并且爐膛截面熱負荷能夠達到3MW∕m2～5MW∕m2，它的效果能夠和煤粉爐差不多，且達到了鼓泡床鍋爐、層燃鍋爐的數倍。（2）具有環保指標優越的特點。循環流化床鍋爐通常在運行的過程中，床溫一般是處在850℃～950℃之間，此外，需要按照燃煤的特性根據Ca∕S 往爐內添加適當的石灰石粉能夠做成脫硫劑，在進行燃燒時，要把生成的SO2脫去，而石灰石粉要想使得效率達到最高的效果，就需要在850℃～950℃范圍內進行脫硫，因此，在進行循環硫化床鍋爐的脫硫時，根據在850℃～950℃燃燒溫度能夠使得脫硫效率達到較高的效果，其脫硫率通常在80%～95%，其燃燒率能夠比煤粉爐大約高出5%。與此同時，循環流化床處在850℃～950℃進行燃燒時，能夠使得熱反應型NOx的生成得到抑制的效果，再加上對分級燃燒方式的使用送入二次風，又能夠實現對燃料型NOx的生成進行有效的控制。NOx的排放通常都是處在不超過200mg∕Nm3。循環流化床潔凈煤燃燒技術的污染控制成本在現在沒有別的技術能夠比它更好，在世界上，它是一個較為成熟并且有前途的一項潔凈煤燃燒技術已經得到各國的認可。（3）燃料制備系統具有簡單、經濟的特點。因為CFB 鍋爐與煤粉爐相比，對于燃料沒有過高的要求，其入爐煤的粒徑要求在低于8mm，所以對于燃燒制備系統沒有過高的標準，但能夠使得燃燒制備系統的壽命能夠加長，同時還會使得其經濟性更加明顯。

3 調峰運行對CFB鍋爐的影響

CFB機組加入了電網調峰進行運行,因為負荷是按照電網的需求進行變化的，所以CFB 鍋爐在進行燃燒的過程中也在逐步變化,燃燒變化會影響到鍋爐的排放。在對負荷進行升降的時候，必須保證對風、煤的加減達到匹配的程度，所以，控制系統調整風煤的過程是十分重要的，若是變負荷時，對風煤沒有進行良好的控制，就容易出現CO、NOx、SO2的排放不斷變多的問題，這樣就會使得CFB 機組的環保性能降低。明顯可以看出，CFB 機組加入了電網調峰進行運行,尤其是在進行兩班制的運行過后，影響到了鍋爐的壽命長度。在循環回路的耐磨耐火材料實際應用過程當中，承壓部件和敷設都有著對應的作用。對于較薄而且比較耐磨的材料層來講，它的實際材料和被輻射的金屬材料膨脹系數是完全不同的，對于一些較厚耐磨耐火的材料，它的實際深度會因為溫度的改變而發生不同的膨脹程度。在經過調峰運行之后，以上的情況都會容易造成裂紋出現。會使得耐磨耐火材料層出現脫落等情況發生，使得CFP 基礎的可用率降低。出現的不良情況：（1）實際上，所出現的煙氣再循環系統的一些問題。①在進行減負荷動態功率的情況下，可以將一次流化風量一直控制在超過180kNm3∕h，這樣能夠使得流化質量更佳。②能夠很好地使得二次風量得到提升，使得二次風管的最低冷卻風量能夠得到有效保障，防止出現超溫和漏灰的情況。③在對高揮發性高硫煤進行燃燒的過程中，調峰深度需要從30%調到20%。④在進行深度調峰況下，能夠使得主蒸汽溫度以及再熱蒸汽溫度得到有效提升。⑤低負荷鍋爐流化若是出現不良的情況，就需要根據煙氣再循環系統進行對流化風量的進一步的提升。根據對煙氣再循環系統的使用，雖然能夠有效地解決了一些問題，但在運用的時候就發生了腐蝕的情況。

4 控制策略

4.1 燃燒調整與控制

循環流化床鍋爐因為具有能夠對自身進行燃燒，能夠實現低負荷穩燃的作用，具有調峰能力強的特點。但在進行降負荷時，需要對負荷變化率進行有效的控制和管理，特別是進行深度調峰工況時，需要避免煤量降幅過大的情況，這樣才能夠防止燃燒惡化，更嚴重的會出現滅火等情況發生。正常來說，CFB鍋爐的降負荷速率應該要達到2%∕min以下。在現實上，需要根據在減煤過后進行對床溫以及氧量開始觀察變化，這樣進行對微調給煤量是否需要進行判斷，能夠達到燃燒的穩定性，之后再進行調峰作用。在進行深度調峰的過程中，給煤量一般是在50t∕h～80t∕h（30%負荷），平均下來，每個給煤口大約在5t∕h～8t∕h，若是給煤量出現過低的情況，就可能會使得局部燃燒出現不穩定的情況。同時，因為所采用的燃用煤種是一種無煙煤，若是常溫達不到一定的高度，就會使得穩燃的效果不能得到很好的實現，而機組在運行的過程中，平常需要保障床溫達到700℃以下，省煤器進口氧量也要在7%或7%以下。

4.2 主蒸汽壓力與汽動給水泵的調整控制

在進行深度調峰降負荷的時候，給水流量會在很大程度上可能出現頻繁波動的狀況，最主要是由于在降負荷時，雖然燃料量和機組負荷是達到同步進行降低的，但熱力系統在進行調整的過程中，是比較的緩慢，對于荷響應來說是較為快速的，在進行燃燒時存在慣性，在深度調峰降負的時候，它的調整速度要比汽輪機進汽調門關閉的速度要緩慢許多，如果操作不好，就會很有可能使得主蒸汽壓力和負荷的出現不匹配的情況，導致主蒸汽壓力變高。盡管四段抽汽汽源壓力存在較大一點，但進行汽輪機做功以及擴容之后，就會使得四段抽氣壓力出現有限的提升。因而，進行運行時，需要使得主蒸汽壓力和負荷能夠達到匹配的效果，負荷和匹配的要求是形成正比的，負荷越高，其要求也越高。這樣能夠防止出現低負荷時給水流量波動的情況；此外，注意對水泵的汽源壓力進行嚴格的監視，在必要的時候可以將它化成為備用汽源。在運行的時候，經常根據對負荷的控制下降速率，達到二者進行匹配的效果。

4.3 變負荷速率

煤粉爐中的煤粉主要是根據高溫煙氣進行強烈混合的對流換熱作用實現能夠達到進行燃燒的溫度，在煤進入之后，可以快速地進行燃燒，負荷可以在短期之內進行響應，從而實現目標負荷，自動發電控制（AGC）方式能夠把負荷速率控制到10MW∕min，或是更高。對于CFB 鍋爐來說，和煤粉爐存在差異的地方是鍋爐結構與燃燒方式，它具有蓄熱慣性大、燃燒和負荷響應速率都較為緩慢等短板。但CFB具有調節范圍廣泛的特點，能夠實現在低負荷進行運用，在不斷地對CFB鍋爐的認識進行加深，使得運行的經驗不斷得到積累，相對應的負荷響應速率也得到了較大的提升。根據以上的說法，負荷是按照時間進行變化的曲線知道：CFB鍋爐在進行負荷的提升時，負荷率提升的速度是較慢的，在往鍋爐內加入煤已經著火時，負荷提升的速度較快，升負荷速率能夠達到6MW∕min（1.71%∕min），但同時會被常溫不能過高所制約；降負荷的過程中，因為爐內擁有許多的床料，所以就會導致負荷下降速率變得緩慢，這時的降負荷速率達到4MW∕min（1.14%∕min）。此外，在CFB鍋爐以較快的速度變化成負荷的過程中，對污染物的排放就會可能在短時間內超出限制，能夠對鍋爐的響應速率產生影響。

4.4 煙氣再循環系統防腐預控措施

（1）在進行混合過后，一次風水露點Thh主要是指導運行人員對經過混合的一次風冷風溫度控制的底線值，一次風冷風若是處在這樣的溫度下進行，就不會有風中水分自動析出結露問題。（2）鍋爐在運行的時候，能夠使得煙氣再循環最小流量達到超過40kNm3∕h，即要確保極端工況下進行的煙氣再循環管道內煙氣工況要保證超過水露點。（3）在進行混合過后，一次風的酸露點Tdp主要是根據對指導運行人員將其混合后一次風冷風溫度控制的操作值，要注意配合暖風器操作進行對一次風冷風進行控制，然后再進行運行，能夠使其不會進行酸腐蝕。（4）根據在一次風機蝸殼底部添加疏水點，能夠使得達到常開并且連續疏水的效果。（5）需要使得煙氣再循環系統管道上存在的疏水點進行連續疏水。（6）把二次風熱風接到一次風機入口的地方，再加熱風使得能夠再循環，一般是在冬天工況進行對一次風機低溫腐蝕采取的措施。（7）進行檢修的過程中，注意修復一次風機內部腐蝕的地方。

5 循環流化床鍋爐技術的新機遇及發展前景

循環流化床鍋爐燃燒技術在現在來說，在商業界運行的程度是比較高的一種清潔煤燃燒技術。在全球煤炭儲量不斷的降低下，對于環保的標準有了更高的要求，使得對于循環流化床的發展和推廣有了更多的機會。（1）煤炭作為一種不可缺少的化工原料，在儲量的逐步降低的條件下，國家已經不斷的開始對大型煤粉鍋爐進行制約。而循環流化床是因為能夠適合多種燃料進行燃燒，并且能夠給城市處理垃圾，一定是會受到政府的支持。（2）現如今，我國的火電廠需要按照國家環保局的標準，已經逐步開展了脫硫項目。但煤粉鍋爐會被結構所制約，在對干法脫硫技術進行使用是比較困難的，所以基本上都是根據石灰石濕法來進行脫硫。濕法脫硫的使用就要對煙道、增壓風機、吸收塔、石灰石漿液系統、石膏脫水系統、廢水系統、石灰石粉制備系統等脫硫設備增加資金輸入。對于循環硫化床鍋爐，需要根據對爐內進行噴鈣干法脫硫，甚至還能夠進行脫硝，且投入的資金較少，系統的脫硫率能夠超過80%。（3）對高灰分、低揮發分或高硫分等其他燃燒設備進行使用時，在對劣質燃料方面進行適應時，存在很高的難度，和對于低負荷有著較高的標準的調峰電廠以及負荷產生波動較大的自備電廠里，選擇采用循環流化鍋爐燃燒技術是最好的。在國際上，已經不斷地向大型化進行發展。在我國，已經研制出了220t∕h、410t∕h循環流化床鍋爐，早已開始進行運行。所以，循環硫化床鍋爐不管是在國內市場還是在國外的市場都能夠生機勃勃，對循環流床鍋爐進行開發具有重要的意義價值。（4）能夠使得能源達到綜合性的利用。與傳統的鍋爐相比較，鍋爐是通過燒煤來進行的，這樣會使得能源不能夠實現再生，同時還會對環境造成較為嚴重的污染，現如今，全球對于這個資源的使用是較為緊張的，因此，鍋爐在未來還是可以進行使用的，要注意對資源進行合理的分配和利用，現在主要需要解決的問題是循環流化床鍋爐技術，現階段的人們根據現在的科技發展，只能想到可以利用一些較次的能源作為替代品，這樣能夠有效地節省能源耗費，此外，使用這項技術會出現許多灰渣，就需要想出其他方法將這些灰渣進行回收，當前這項技術還有待改進，這需要我們不斷地去創新和發展，想辦法對這項技術進行完善。

6 結束語

總的來說，循環流化床鍋爐在未來更廣闊的市場上有著非常好的發展前景。堅信循環床鍋爐將在市場經濟中實施技術創新，更好地促進未來工業生產的可持續發展，從而促進社會的快速發展。