提升CFB机组效率的分析与措施

提升CFB机组效率的分析与措施

陈祉霖陈立君

（贵州天福化工有限责任公司）

摘要：本文从CFB（循环流化床锅炉）锅炉的主要技术特点、结构和系统布置、在节能上等方面进行分析，致力于提高锅炉的可用率，降低锅炉飞灰含碳量，提高锅炉效率。

关键词：循环流化床锅炉（CFB）

前言：CFB锅炉发展的制约因素

CFB机组具有较优良的环保性能，调峰能力强，煤种适应性好，对优化我国火电结构、降低污染物排放和实现电力工业可持续发展具有重要意义。就国内而言，已有2000多台循环流化床（CFB）锅炉投入运行，总装机容量达3000万千瓦。

一、在降低机械不完全燃烧损失（Q4）上的经验

根据煤粒子燃尽时间的经验计算公式：

T=6.067*108*EXP(-0.01276Tch)dt1.16

其中：dt指煤粒的初始粒径；

Tch指炉内平均温度。

可见，煤粒子的燃尽时间取决于煤粒的初始直径和炉内平均温度，而循环流化床锅炉与煤粉炉相比，总体上煤粒子粒径大，燃烧温度低，因此，细（飞）灰燃尽困难，机械不完全燃烧热损失Q4较大。

为降低Q4损失，有两种思路:

1.提高床温水平：炉膛燃烧温度提高到900～960℃（正常燃烧设计温度850℃左右），甚至950～1000℃，当然这样还得根据不同煤种的灰熔点酌情考虑，但提高炉膛燃烧温度，必然就减小了CFB燃烧时生成氮氧化物少的这一环保特性。

2.随着炉膛温度水平的提高以及粒子直径的减小，粒子的燃烬时间减小。因而可以得到如下结论：①粒子的燃尽率取决于分离器的最小切割直径，因此，减小分离器最小切割直径，提高分离器效率是保证粒子燃尽的有效方式。②对于分离器不能捕捉的细粒子，则需要在炉膛内一次燃尽，而细粒子在炉内的停留时间一般应大于6秒。可通过降低炉膛烟气速度来实现。③增加有效停留时间，可早着火，早加风。

通过这些措施，在设计上可以使机械不完全燃烧热损失Q4基本接近煤粉炉的水平。

二、在防止炉内磨损上的经验

循环流化床锅炉由于主循环回路中远超煤粉炉的灰浓度，在结构处理、安装等方面稍有不慎，炉膛水冷壁就会发生爆管事故，严重影响锅炉连续运行时间，因此，锅炉磨损爆管是用户最担心的问题，也是影响CFB锅炉长期安全运行的制约因素，循环流化床锅炉的防磨措施必须引起特别的重视。

1.炉内磨损机理分析

CFB锅炉在炉膛边壁存在大量向下流动的粒子（内循环），下降粒子流的速度和厚度从炉膛顶部开始逐渐增加，在炉膛底部达到最大。下降流对强化炉膛内受热面传热有很大的作用。但大量粒子的高速流动，对炉内受热面的磨损也非常严重。国内外大量CFB锅炉运行的情况标明，炉膛内部的任何不平整处均易导致磨损。下降流流速的变化趋势为随着炉膛高度的增加，下降流流速随着降低，同时，在下降流流速低于某一值时，炉内无需敷设耐磨材料（如上部炉膛）。下降流厚度的变化趋势为随着炉膛高度的增加，下降流厚度随着降低。当下降流厚度小到一定值时，炉内无需敷设耐磨材料（如上炉膛）。因此，降低下降流流速和下降流厚度，对控制磨损有着至关重要的意义。

2.防磨的关键

流化床锅炉炉内磨损主要取决于下降流流动的速度和厚度，即单位时间内下降流的量。可以据此得出流化床防磨的关键：

①降低炉膛烟气速度。通过送、引风量的调节。

②降低下部流化速度：这使下降流在单位时间内的量减少，从而磨损大幅度下降。（风量增加，磨损增大和磨损位置上移）。

同时，还有一个关键因素就是下降流的连续稳定性。在炉内存在不平整处时，下降流存在突变，此时磨损成倍增加。在无法避免炉内的不平整时，可以破坏下降流，延缓其流量的恢复或设立缓冲区，消除下降流的冲量

3.防磨要素

从以上防磨关键的分析，就可以针对不同情况，采取行之有效的措施：

①过渡区防磨：炉膛下部密相区耐磨材料边缘处，采用已经实际工程验证的考究的结构凸台结构，设立缓冲区或外弯结构，转移磨损靶区，依靠耐磨材料的保护防磨；

②水冷壁角部防磨：在炉膛角部从炉底至炉顶全部敷设耐磨耐火材料,依靠耐磨材料防磨。这种方式思路简单，但处理工作量较大，施工质量难以保证。耐火材料的不平整或局部脱落会加剧磨损。下图所示的锅炉角部即敷设了耐磨耐火材料，但运行时间不长即已局部脱落，且箭头处已经出现磨损。同时，耐磨耐火材料的敷设必然会引起最边沿水冷壁管的吸热减少，对水循环不利。第二思路是彻底破坏下降流，延缓其流量的恢复上考虑的防磨。→角部一定高度间隔布置的凸台结构，破坏角部边界层，减小边界层颗粒的流量和速度，将会大大减少角部磨损。

③旋风分离器中心筒和风帽的材料采用耐高温、耐磨损的钢种。而一般采用的1Cr25Ni20Si2（2520）材料，对含硫气氛较为敏感，在600～800℃时有脆化倾向，不适用于常燃烧高硫煤的流化床炉。

④针对不同部位，不同的工作环境，选择不同的耐磨材料和绝热、保温材料，达到最佳防磨效果。并高度重视耐火耐磨材料的采购和敷设、烘炉。

⑤安装要素：如水冷壁焊缝突起和凸瘤的清除及现场焊接的水冷壁扁钢、吊耳、测量装置打磨平滑；

⑥检查要素：作为CFB锅炉的使用者，应有的观念是：CFB锅炉的磨损是不可避免的，因此，建立测厚档案，每次停炉期间，对列入档案编号的水冷壁管子作检查（特别是管道开孔周围和耐火材料与管子交接处），测量其剩余壁厚，是十分必要的。通过测厚档案，可以有效的掌握磨损的速度，并与强度计算比较，提前采取相应的措施。如果磨损是局部的，并且原来的基材还余下2mm的话，可采用表面堆焊进行修补，否则，应对其进行更换，以避免事故爆管给电厂带来的损失。

四、在渣处理上的经验

1.选择适合电厂实际和煤质特性的冷渣器

目前国内使用的冷渣器分为机械式（包括滚筒、绞龙、钢带）冷渣器和非机械式（包括风水冷、气槽）冷渣器两种，各有其利弊。选择冷渣器，关键在于：

①适合电厂的实际情况。实践证明，流化床对于入炉煤质的要求比较高，主要是煤质粒度和入炉煤水分。但是由于我国国情，煤种石块和矸石多输煤破碎系统设计选型困难，入炉煤质较难保证。此时，就要选取对煤质粒度不敏感的冷渣器类型。

②适应电厂的煤质特性，主要是灰分大小。

这里，可以用一个公式进行简单的分析。

afh*Ay=μc*(1-η)*GY

其中，afh指飞灰份额，％；

Ay指每千克煤产生的灰量，kg

μc指分离器入口灰浓度（不包括内循环），kg/m3

η指分离器效率，%

Gy指每千克煤产生的洁净烟气量m3

公式的物理意义是：每千克煤产生的飞灰量等于未被分离器分离的灰量。因此，在已知分离器入口的灰浓度、分离器效率、燃料烟气量、每千克煤产生的灰量的情况下，可以求得飞灰份额，并可以通过该公式对飞灰量进行分析。对于某种技术流派的CFB炉而言，公式右侧值在燃料确定后基本不变，即飞灰份额与每千克煤产生的灰量的乘积即飞灰量基本不变，在燃烧高灰煤时，飞灰份额将下降，为维持主循环回路循环灰量，必须加大底渣排放。而对于低灰煤，飞灰份额增加，主回路床存量将主要靠添加启动床料或石灰石维持。

而非机械式冷渣器对于底渣中的细灰排放能力相对较弱，从而主回路灰量是逐渐增加的，从而带来床压波动、床温维持困难、磨损加

剧等一系列问题的出现。因此，建议对于高灰煤应采用机械式冷渣器。

五、在降低厂用电上的经验

由于风系统的复杂性，CFB炉厂用电一般在12％左右，明显抵消了循环流化床的诸多优势。为降低厂用电，可考虑以下措施：

*在电厂总体布置上（如渣库、粉仓、风机布置等）采取措施，减小与锅炉本体之间的距离，降低能耗；

*降低锅炉本体和烟风道阻力，如采用较低的一次风率和布风板阻力和床压等，为降低厂用电打下技术基础；

*选取合理的辅机容量，避免在风机压头和流量选取上的不合理因素；

*减小或尽量不采用耗电量较大的设备，如冷渣器高压流化风机、外置式换热器高压流化风机等

*采用变频调速技术等新型技术

结论：

综上所述，通过减小Q4损失，厂用电消耗手段来提升机组的使用效率，通过炉内防磨损措施解决CFB锅炉的多发病，将会进一步优化锅炉的连续稳定运行能力，提高锅炉的可用率，降低锅炉飞灰含碳量，提高锅炉效率。