超临界循环流化床锅炉优化运行研究

超临界循环流化床锅炉优化运行研究

吴广波

山西京能吕临发电有限公司 山西吕梁市临县 033200

摘要：随着我国煤炭质量日趋恶化、超低排放全面实施。随着循环流化床锅炉技术水平不断提升，入炉煤质的变化很大，各机组的运行性能也有很大差异，需要在实际生产中推广应用。我国第一批投产的超临界循环流化床锅炉在入炉煤粒径、二次风量、环保参数、漏风率等方面的运行优化，给出了典型的锅炉运行参数指导值。经过对锅炉运行的优化与应用，使循环流化床锅炉的主要工作参数和综合性能指标有了较大的提高，为机组的正常生产提供了技术支持。

关键词：煤炭质量；循环流化床；运行优化；运行参数

引言：2013年，我国四川白马发电厂建成了第一座超临界600MW循环流化床机组。2015年，国内首批350MW超临界CFB锅炉相继投运。到目前为止，我国已建成49台超临界循环流化床发电机组，总装机18020千瓦，其中660MW超超临界循环流化床机组正在施工。为了使大型循环流化床装置的各项操作指标能够满足设计要求，必须对大型循环流化床装置进行实际生产试验，并对其进行优化调整。

1.锅炉设备简介

某电站的超临界循环流化床锅炉为DG1150/25.4-II1型循环流化床锅炉，采用的是超临界循环流化床。该锅炉是一台单炉膛、三旋风分离器、M型布置、平衡通风、中间再热、全封闭、循环流化床燃烧形式。

2.运行优化措施

2.1 入炉煤粒径

锅炉煤粉筛分系统为“两碎三筛”，其中粗碎系统分为两个圆筒筛和两个粗粉机。如果入炉煤的颗粒尺寸较大，为了使流化床锅炉布风板流化均匀和床压更加稳定，就需要加大流化床的一次风量，从而提高了用电使用量。如果入炉煤的颗粒尺寸较小，从锅炉中逃脱的细颗粒就较多，飞灰中的碳含量就较高。为此，对入炉煤的颗粒尺寸进行了严格的控制，并对其进行了优化：（1）在上煤的过程中，如果发现煤颗粒尺寸不正常，应及时进行处置；在煤粒直径超过50mm的极端条件下，应立即停止输送皮带，并及时更换到另外一侧运行。（2）定期采样、分析，严格控制入炉煤颗粒度<6mm，并根据入炉煤的煤质、粒度等情况，适时调整筛分间隙。

2.2 锅炉一、二次风量

循环流化床锅炉二次风流量的控制，本质上是控制锅炉的氧量，它直接关系到锅炉的运行稳定性、经济性，当负荷较高时，进煤量越大，循环灰量越大，二次风量就越大。二次风一般分为上、下两层，二次风量的调节应采用“上层大，下层小”的原则。

2.2.1 一次风量调整

一次风量的控制是最小的，这样就可以减少一、二次风的比例。在该机组开始运行时，该机组的临界流化风量为200kNm³/h，因一次风量的标定系数不同，该机组的临界流化风量为190kNm³/h。在机组正常工作时，主风调门完全开启，一次风量由变频调速装置进行调整，以确保一、二次风量的自动控制。

2.2.2 二次风量调整

为了确保二次风的穿透率，降低NO_X的初始排放，应适当降低下部二次风量，增大上部二次风量，并以“中间大、两侧小”、“前墙比后墙小”的原则进行分配。通过调节锅炉的二次风量，使二次风量与炉氧量同步调节，使锅炉的含氧量保持在3%以内。通过调整上、下二次风的总调门，保证二次风机出口压力高于4.5kPa，并通过调整上、下二次风门的开度，使二次风门的开度达到2∶1，锅炉下二次风手动调门开度缓慢调至50%，这样不仅可以加强炉底的还原气氛，降低NO_X的原始排放，同时也能降低下二次风口的磨损。

2.3 环保参数

锅炉脱硫设施采用炉内喷钙结合炉外循环流化床烟气脱硫装置。当锅炉床温达到850~890℃，钙硫摩尔比低于1.9时，其脱硫效率可达90%。在脱硝装置的脱硝过程中，采用了炉膛内低氧燃烧和SNCR技术进行脱硝，其烟气中NO_X浓度小于50mg/Nm³。运行一段时间后，SO₂和NO_X的排放均符合超低排放要求。循环流化床烟气中的脱硫抑制效果存在着一定的耦合效应，炉膛出口SO₂浓度的合理选择与煤质特性、炉内石灰石耗量、尿素耗量、炉后生石灰耗量密切相关。现场试验表明，当入炉煤含硫0.8%~1.2%时，炉外法脱硫效果最佳的经济指标为：当烟气中SO₂的浓度为800~1200mg/Nm³时，其最佳经济性值为70%~80%。经过优化操作后，其初始NO_X排放量为120~180mg/Nm³，优于250mg/Nm³。此外，也优化了炉后循环流化床烟气脱硫装置前的电袋除尘器的投运方式。试验表明，使用电袋除尘器后，炉外烟道的脱硫效果明显，可以减少炉外法脱硫剂的消耗，并能使炉外钙、硫比下降0.2~0.5。

2.3.1 SO₂控制优化措施

（1）为了避免锅炉床温和含量氧的急剧变化，应尽量减少石灰石粉的投入量。（2）在增加设备负荷时，可预先调节石灰石的进料量，以匹配风煤的进给，避免煤层温度急剧变化。（3）当石灰石输送管线阻塞时，也就是当出口压力大于0.2MPa时，必须对管线进行疏通。（4）控制炉膛出口SO

₂浓度在700~900mg/Nm³的范围内，控制净烟气SO₂浓度在20~35mg/Nm³的范围内。

2.3.2 NO_X控制优化措施

（1）对低于890℃的锅炉床温度进行严格的控制。（2）降低总的锅炉进风流量，减少工作氧量。（3）合理调整一、二次风比例。（4）开大上二次风调门，调小下二次风调门，保证分级燃烧效果。（5）根据机组的负载和锅炉内氧气浓度，适时调节尿素的流量，以确保NO_X浓度在35~50mg/Nm³之间，氨逃逸率在6ppm以下。

2.4 管式空预器漏风率

锅炉空气预热器为管式空气预热器，管箱材料为Q215A/20，而在低温段材料为Q355GNH。管式空气预热器在运行时，漏风会增大，当出现空预器漏风后，灰尘会增多，造成空预器吹灰次数增加，从而对炉膛的燃烧和效率产生一定的影响。因此，在进行实际的操作过程中，需要采取科学有效的方法对其进行进一步的优化。优化方法有：（1）按环境温度、排烟温度适时投入热风系统，以确保空预器总冷端温度，从而使空预器低温段的管壁温度比酸露点高。（2）在机组启动前，烟气温度在进入630℃之前，对氨气的逃逸率进行严格的控制。（3）根据烟气温度来确定吹灰频次，以确保除尘效果。（4）定时对输送管路、喷枪进行检查，确保喷枪的雾化特性良好。（5）在每一次设备维修时，都要检查空气预热器是否有泄漏，并对发现的管道进行堵塞，防止漏风，减少互相吹损，减少吹损区域，确保锅炉的安全、稳定运行。（6）针对管式空预器的低温管的腐蚀和吹损情况，采用了搪瓷管、不锈钢管等新型工艺。

2.5 超临界循环流化床锅炉受热面传热特性试验

（1）在流化速度小于3.5米/秒时，随着流化速度的增大，在布风板上方的气固浓度会逐渐增大。在流化速度大于3.5米/秒时，布风板上方的气固浓度几乎不会增大，而是接近饱和。结果表明，在超临界循环流化床锅炉的运行中，在某一特定工况下，炉膛上部的气固浓度会出现明显的降低。若在该区域设置了末段蒸汽受热面（例如最后一段或再热器），则应特别关注在低负载下的汽温稳定性。超临界循环流化床锅炉在低负荷工况下，必须保证炉膛出口的烟气温度，必须保证在炉膛顶部或外侧壁上设置的末端过热器的蒸汽温度或再热器的蒸汽温度。（2）在不同的流化速度下，炉膛从40m至60m的高度，炉膛中颗粒物的平均粒子浓度，会随着气流速度的增大而减小。这就表明，在相同容积的循环流化床锅炉中，由于颗粒的平均直径减小，导致了炉膛内部的循环灰量增大。此外，对于更细的灰渣，还需要相应地增加回料阀门和外罩的防尘性能。另外，由于灰渣的粒径减小，流化床中的流化粒子间的粘附力也不容忽视。在靠近外壁面的地方有一个大约500mm厚的流化停滞区，这个流化停滞区导致了再热器管屏出口的温度偏差高达50℃。

结束语

对某电站超临界循环流化床锅炉的运行进行了优化，其性能指标有了较大的提高。(1)计算结果显示：在不同的负载条件下，锅炉的床压下降了3kPa，一次风量下降了5~10kNm³/h，总风量下降了40~80kNm³/h，飞灰中的碳含量和底渣中的碳含量减少了0.3%，炉内脱硫剂钙硫摩尔比下降了约0.2。（2）机组寿命和经济性均有显著的提高。在机组年平均负荷率为70%的情况下，该电厂的厂用电率达到了5.94%，比设计的6.42%要好。（3）通过优化操作，将正常工况下的一、二次风量、蒸汽压力等关键操作参数整合到机组协调控制系统中，使“两个细则”的辅助工作得到极大的提高。

参考文献

[1]宋国良,吕清刚,孙运凯,等.600MW超临界循环流化床锅炉机组合理启动及运行方式的研究[J].动力工程学报,2010(11):6.

[2]宋畅,吕俊复,杨海瑞,等.超临界及超超临界循环流化床锅炉技术研究与应用[J].中国电机工程学报,2018,38(2):10.