生物質鍋爐流化風量測試與控制

劉旭

(中國能源建設集團湖南省火電建設公司,湖南長沙 410000)

生物質鍋爐流化風量測試與控制

劉旭

(中國能源建設集團湖南省火電建設公司,湖南長沙 410000)

介紹了生物質循環流化床鍋爐的布風板阻力特性試驗和料層阻力特性試驗方法, 驗證了料層阻力計算公式,并將料層阻力計算公式引入到DCS中,冷態試驗階段可參考料層阻力確定臨界流化風量,在運行階段可根據其準確判斷料層厚度及流化情況。分析了帶負荷運行階段流化風量調整對鍋爐燃燒控制與調整的影響,并結合調試階段經驗總結,對同類型鍋爐調試及運行有一定的指導意義。

生物質 流化風量 布風板阻力 料層阻力

生物質燃料是一種可再生能源，生物質發電是國家能源政策的一個發展方向。生物質循環流化床鍋爐是近年來迅速發展的燃燒技術。武漢凱迪電力股份有限公司近期規劃的生物質電廠約50家，其中由湖南火電負責調試的項目為10家，現已調試完成并投產了隆回、安仁兩臺凱迪生物電廠。其鍋爐均為杭州鍋爐集團股份有限公司生產KG120-540/13.34-FSWZ1型循環流化床鍋爐。臨界流化風量實際為流化床鍋爐安全運行的最低一次流化風量，是生物質鍋爐運行的重要參數。鍋爐油槍點火啟動時，如果確定的臨界流化風量過高，則不利于床溫的保持，影響油槍點火的經濟性。在熱態運行時，流化風量過低就不能保證正常的流化，時間稍長，就有結渣的危險。電廠運行人員普遍根據經驗采用從人孔門觀察的方法確定臨界流化風量，存在一定的誤差。下文就如何采用準確有效的方法確定臨界流化風量，如何合理控制熱態運行階段的流化風量，結合調試過程中的實際情況進行了闡述。

1 臨界流化風量的定義

將一部分密度和直徑均相同的圓粒子放在一個敞口容器中，從底部均勻地加人氣體，隨著氣體流量的增加，顆粒之間的結合力逐漸減弱。當氣體對顆粒的曳力剛好等于顆粒的重力減去氣體對它的浮力時，顆粒就像沒有重量一樣，可以橫向移動。此后再增加氣體流速.床層阻力也不再增加，床層只是變得升高些。剛好使床層阻力不再增加的流量為臨界流化風量，與此相對應的風速稱為臨界流化速度。臨界流化速度除與顆粒的粒度和密度有關外，還與流體的物性有關，因此運行床溫的變化將直接影響臨界流化速度，而冷態狀態下確定出臨界流化速度是計算和運行的根本。

2 臨界流化風量的確定

2.1 布風板阻力特性試驗與分析

2.1.1 布風板阻力計算公式

布風板阻力是指布風板上無床料時的空板阻力，它由風帽進口端的局部阻力、風帽通道的摩擦阻力及風帽出口阻力組成。由于前兩項阻力之和占布風板阻力的比率很小， 因而布風板阻力主要由風帽出口阻力決定。布風板阻力計算公式如下：

式中Δp-布風板阻力，Pa；

QN-DCS顯示的標態流化風量，Nm3/h；

A-布風板面積，m2；

ξ-風帽總阻力系數；

u-流化風速，m/s；

t-流化介質溫度，℃。

2.1.2 布風板阻特性試驗

試驗時，首先將所有爐門關閉，撥料風、密封風門關閉，排渣門關閉嚴密。啟動一次風機后，逐漸開大風門，緩慢地、平滑地增大風量，一直加大到最大風量，并且記錄風量和風室靜壓的數據，調整引風機開度，使爐膛內壓力平衡點處保持零壓，此時風室靜壓就代表布風板冷態空板阻力。通過記錄的試驗數據，給出空板風量與壓力關系的阻力特性曲線。記錄的試驗數據如表2所示。

2.1.3 試驗數據處理

根據以上記錄的試驗數據，繪制出一次風量與布風板阻力特性曲線，同時把以上試驗的每一工況的數據代入公式(5)，得到一個布風板的總阻力系數，最后取各個工況得到的阻力系數的平均值。經計算的近似值約為58.018。所以在熱態下只要有了流化風量和流化介質的溫度，就可以計算出布風板阻力。分析的特性曲線如圖1所示。

表1 冷態布風板阻力特性試驗數據

表2 600mm料層阻力特性試驗數據

圖1 布風板阻力特性曲線

圖2 料層阻力特性試驗曲線

2.2 料層阻力試驗與分析

依據料層阻力理論計算公式：料層阻力=風室壓力-布風板阻力，由于風室壓力可由測點直接測得，將公式(5)代入此公式經DCS運算，可從DCS畫面上直接讀取料層阻力。

在安仁凱迪生物電廠整套啟動點火前填加啟動床料至靜高600mm，增加一次風量，初始階段隨著一次風量增加，料層阻力逐漸增大，當風量超過某一數值時，繼續增大一次風量，料層阻力將不再增加，該風量值即為臨界流化風量，試驗數據記錄如表2所示。

以料層阻力作為曲線的縱座標，一次風量作為橫座標，繪制該料層高度下的料層阻力特性曲線如圖2所示。

由上述料層阻力試驗曲線可知，臨界流化風量為19600Nm3/h，而凱迪電廠有經驗的運行人員一般通過逐漸增大流化風量，再到現場通過眼睛觀察，并用釘耙或鐵棍等物件從人孔門處插入床料中，以物件是否可以一次性插入并接觸到布風板或風帽來判斷料層是否完全流化，用此種方法確定的臨界流化風量約為18500Nm3/h；經過多次試驗，一般人工確定的臨界流化風量略小于試驗風量，人工觀察比較直觀，但存在一定誤差，可作為參考，為保證鍋爐的安全運行，最終確定仍以試驗數據為準。

3 流化風量的控制與燃燒調整

燃燒控制與調整的主要任務有：鍋爐蒸發量滿足外界負荷要求，保持燃燒穩定和良好，防止結焦和熄火事故，提高鍋爐效率，滿足環保要求，減少飛灰和有關氣體的排放量等。流化風量的控制與燃燒調整密切相關，主要體現在對床溫、床壓及物料循環倍率等重要參數的控制。

3.1 床溫調控

(1)當爐膛負荷穩定時；①一次風量，給料量應穩定在一定范圍內，回料量也相對穩定在一定范圍內。②若出現床溫升高，可適當增加一次風量，減少給料量。但要注意過熱器蒸汽出口溫度。防止超溫和汽溫低于極限值。床溫回落時應及時調整。③若出現床溫降低時，可適當減少一次風量，增加給料量，但應注意過熱器出口溫度，調節減溫水量，床溫上升時應及時調整。④若出現床溫大幅度變化，在適當調節一次風量，可大量減少或增加給料量，但應注意床溫的變化趨勢，并根據床溫的變化情況及時調節。(2)如因缺料、料變化或其它原因導致床溫下降時，在保證床層良好流化的前提下，可適當減少一次風量，并增大給料量。若床溫下降幅度大，應適當減少一次風量，及回料風量以減少回料量。(3)若鍋爐負荷大幅度減少，應同時減少一、二次風量，減少給料量。減少一次風量時，應注意不能低于最低流化風量，應保持良好的流化狀態。若鍋爐負荷大幅度的增大，應增加一、二次風量和回料量，增大給料量和循環灰量。(4)正常燃燒時，一次風應占總風量的45%，一方面可以保證密相區的燃燒份額，另一方面使密相區在還原氧氛中燃燒，減少NOX的排放量。(5)燃料粒徑突然變大，造成密相區燃燒份額增大，床溫升高。氧量指示無變化，應及時增大一次風量，適當減少二次風量。(6)由于沒有及時放渣，料層加厚，造成一次風量減少，料層差壓增大，床溫升高，應放渣處理。(7)料質突然變差，這時爐膛出口溫度，汽溫，床溫有下降趨勢，氧化鋯指示氧量升高，這時應增大給料量，控制床溫。料粒徑突然變小，造成密相區燃燒份額減少，床溫下降。這時應減少一次風量，增加二次風量，而不增加給料量，以免引起稀相區燃燒份額增大，及循環灰后燃，造成返料器超溫結焦。(8)運行中應加強監視床溫，床溫過高時易結焦，床溫低時，容易引起滅火。一般控制在760-850℃之間，最低不應低于650℃。當床溫升高時，可開大一次風門，減少給料，當床溫降低時，可關小一次風門，增加給料量來控制。

3.2 床壓控制

(1)風室壓力為布風板阻力與料層阻力之和，在風量不變的情況下，風室壓力增大，表明料層增厚。(2)循環流化床鍋爐床壓的調節，就是對料層厚度的調節，也就是對料層差壓的調節。(3)運行中監視料層差壓，可通過爐底放渣控制。正常運行中，料層差壓控制在9000Pa左右。(4)當料層差壓增大，一次風阻力增大揚析和夾帶的物料下降，負荷下降。可放掉部分爐渣。(5)底部放渣要求均勻，放渣量的多少由料層差壓決定，維持一定的風室壓力，通過爐底排渣來實現風室壓力。超過規定值，應增大排渣量，每次排渣時，風室壓力的下降不得超過500Pa。

4 結語

在安仁凱迪生物質電廠冷態調試階段通過布風板阻力特性試驗和料層阻力特性試驗，驗證了料層阻力理論計算公式，現已將這個料層阻力理論計算公式引入到DCS中，讓運行人員可根據料層差壓估算出料層厚度；在進行料層阻力試驗時，通過料層差壓比較準確的確定臨界流化風量；在冷態油槍點火時，接近臨界流化風量點火，可以減少料層熱量損失，節約燃油；在整套調試階段，鍋爐燃燒調整時由于流化風量調整及時、正確，鍋爐未出現結焦現象，返料及排渣正常，床溫床壓等參數負荷設計要求，確保了72+24+240h安全穩定運行，機組平均負荷率達95%以上。

[1]李永華,孫陸軍等.生物質電廠鍋爐運行調試研究[J].鍋爐技術,2009(4)：71-75.

[2]白兆興.生物質鍋爐技術現狀與存在問題[J].工業鍋爐,2008(2)：29-32.