国产300MW循环流化床锅炉床温控制浅析

国产300MW循环流化床锅炉床温控制浅析

朱金振

广东粤电云河发电有限公司  527300

摘要：

循环流化床燃烧作为一项高效率、低污染的清洁燃煤技术在我国广泛推广，循环流化床锅炉（CFB）对燃料的强适应性是普通燃煤锅炉无法替代的，但同时为了适应不同的原煤特性，在生产过程中往往会导致CFB锅炉基于设计煤种下的运行工况参数出现偏离，尤其是因‌床温控制困难造成风机出力耗电过高和炉内机械磨损问题，增加了运行成本和维护难度。本文针对300MW循环流化床锅炉的床温控制方案进行分析，并对床温控制效果进行了总结。

关键词：CFB锅炉   床温控制   掺烧

前言：

循环流化床有着煤粉炉无可比拟的优越性，但因风机压头高，导致其风机耗电率在厂用电占比中接近一半，床温控制间接影响整机厂用电率。根据CFB锅炉设计方法，850~900℃是兼顾燃烧和环保的床温区间[1]，自投运以来，该厂#5、6炉床温长期比设计值(850~900℃)高将近50℃以上，掺烧国内烟煤时床温更是难以调控，由此带来的床温超限问题会导致炉膛结焦影响机组稳定运行和设备安全。过高的床温导致风机出力增大，进一步提高了风机耗能，直接影响发电成本和经济效益。当前火电企业的经营状态日趋严峻，为了竞价上网、降低发电成本，提高经济效益，降低风机耗电率就势在必行。对此从床温控制方面考虑，积极进行锅炉燃烧的优化调整试验，掺烧炉渣降低锅炉运行床温，控制锅炉运行床压，同时进一步优化一二次风配比，降低风组耗电率，从而实现降本增效。

一、现状：

广东粤电云河发电有限公司C厂#5、6炉是上海锅炉厂生产的SG-1036/17.5-M4506，亚临界中间再热，单锅筒自然循环、循环流化床锅炉。锅炉主要由单个炉膛、3个互相独立的分离器及对应的回料阀、三台高压流化风机、两台二次风机、两台一次风机、两台引风机以及单个回转式空预器等部分组成。一次风经过一次风室、布风板及风帽进入炉膛，二次风分两层从炉膛前后墙、密相区的上部进入炉膛燃烧室，高压流化风作为“U”型回料器流化用风和旋风分离器吹扫用风，其共同组成锅炉的烟风系统。该CFB锅炉在燃用设计煤种时，能够在 30～ 100%负荷范围内稳定运行，在定压70～100%BMCR、滑压50～100%BMCR负荷范围内过热蒸汽和再热蒸汽能够维持额定参数。目前为了提高锅炉整体热效率和降低排烟的飞灰含碳量，锅炉采用高床温的运行方式，但是由于受热面布置不合理、流化不良、煤种改变等因素的影响下，平均床温超出设计值20℃以上，单点床温甚至高达980℃。

二、优化调整控制措施和效果

2.1燃煤掺烧炉渣

如今在无法完全燃用设计煤种的情况下，为保证锅炉在掺烧国内烟煤后能够保持燃烧稳定和较高的效率，同时维持入炉煤的发热量基本稳定，采取了掺烧煤粉炉炉渣的措施。通过掺烧炉渣能有效改善炉内床料颗粒度的分布，提高炉内床料质量，增加其内外循环灰量能更好地控制锅炉运行床温。特别是在蓄高床压后进行排渣，将大颗粒床料通过排渣系统排出炉内，进一步改善炉内床料质量。在掺烧炉渣和排渣过程中动态调整炉内床压，始终维持炉内床料在合理的范围内，从而达到控制锅炉床温的目的，掺烧炉渣对比如表1。

2.2调整床料和床压

在一次风量满足最低流化风量的前提下，通过改进一二次风量配比把控床温变化。严格控制一次风量不超过总风量的60%，通过降低一次风量，增加二次风量增强炉内燃烧和控制床温。在进行风量调整的过程中会影响烟气含氧量的变化，当氧量较低时，燃烧不完全，机械不完全损失和化学不完全损失增大；当氧量过高时，会造成床温降低，换热减弱，排烟热损失增大，同时导致二次风机耗能增大。经过长时间试验及运行发现，合理控制烟气含氧量在1.8%的水平，能维持较好的锅炉效率，以此作为二次风量调整的依据。因二次风对炉膛的负压影响较一次风大，造成引风机耗能增加，但一次风机耗能的减少使得锅炉风机的总耗能降低，因此烟气含氧量是调整二次风量的关键因素。以控制二次风量为核心，正常情况下只需要控制单一变量（二次风量）就可以维持锅炉床温稳定，同时降低风机耗能。

通过降低锅炉运行床压达到降低床温的效果，循环流化床锅炉的床压指的是流化床底部的床料高度形成的压差，床压数值的大小表征呈现炉膛内物料循环量的多少。正常运行中，床压应该维持在一定的范围内，若床压过高循环流化床中的物料流化效果不好，一方面炉膛燃料在下部堆积燃烧，所释放的热量无法全部被密相区的受热面吸收，导致密相区床温过高，而稀相区内因为物料浓度过低，无法将足够热量传递给稀相区的受热面，最终导致锅炉出力不足；另一方面，床压增大需要一次风机更高的出力，导致受热面磨损和风帽吹损问题出现。经过多次试验性调整，对床料进行选择和流态化重组，通过排渣将床料中颗粒较粗、循环传热差的无效床料排出，以降低下部床压，既保证了炉内的传热效果要求，又能维持床温稳定。

实施方案后对比如表2、表3。

                        表2：措施实施前座签表

表3：措施实施后座签表

2.3給煤偏置和水冷屏改造

300MW的CFB锅炉一般有H型和M型两种布置方式，该厂采用结构紧凑、造价低的Ｍ型布置。但该布置方式所配备的３台旋风分离器，使得各循环回路具有相对的独立性，各分离器之间的效率偏差影响循环回路的循环量和炉膛物料浓度，使床层的左右侧温度和中部温度产生显著偏差，严重影响锅炉超低排放的实现[2]。燃烧的总煤量直接影响床温的整体升降，但实际运行过程中，床温呈现的是局部超温，调整各给煤机的入炉煤量可以在一定程度上减少床温偏差，减轻幅度可达到5~10℃[3]。该厂8台称重式计量给煤机布置在锅炉前墙，通过增加两侧给煤机出力，降低中部给煤机给煤量，改变給煤偏置的手段缓解锅炉床温偏差过大从而改善床温中部温度偏高的情况。

该锅炉原先沿宽度方向布置有10片水冷屏、12片中温屏式过热器、12 片高温屏式过热器、6片高温屏式再热器。通过技术改造在距炉膛后墙670mm，距离侧墙7650mm处，各增加一片屏，共增加2片屏。增加的水冷屏管子根数为36根，管子材料与锅炉原设计水冷屏一致，水冷屏面积约为230m2。对原来两侧4 片水冷屏采用的一对二下降管形式做改变，变为一对三的形式。在原最外侧的两根下降管上开孔，接2根下降管通过锅炉两侧墙绕至炉后墙，一对一形式引入炉后墙新增的两片水冷屏。原水冷屏的引出形式不作变动，将新增的2片水冷屏的出口管道引至后墙。基于降温水冷屏改造手段提高管道局部吸热能力进一步降低炉内床温。

                         图1：改造前床温

图2：改造后床温

三、总结

1.在掺烧炉渣后，有效地降低锅炉整体的运行床温，使得风组的调整裕量进一步提高，从而保障了机组运行的安全、经济运行。

2.在实际运行中通过试验优化一二次风量分配比，根据煤种进行动态调配，既保证炉内流化良好，又达到控制床温和降低生产耗能目的。

3.通过调整给煤机的入炉煤量偏置可以在一定程度上减少床温偏差，技术改造增加局部水冷屏进一步将床温偏差收窄。

四、结束语

结合300MW循环流化床锅炉的燃烧特性，通过燃烧优化床温控制技术能够更好地提高循环流化床燃烧非设计煤种的安全性、稳定性以及经济性，这将使得循环流化床燃烧技术对燃料适应性的探究得到更深层次的扩展。

[参考文献]

［1］蒋敏华，肖平．大型循环流化床锅炉技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2009：56．

［2］吕剑，宋晓童，徐钢．电站循环流化床锅炉床温偏差分析及改造［Ｊ］．节能，2015（４）：４０－４４．

［3］郑秀平，王文斌．循环流化床锅炉床温偏差大的原因分析［Ｊ］．内蒙古电力技术，2011（３）：４１－４2

［4］上海锅炉厂.上锅1036t/h循环流化床锅炉产品说明书[M].上海：上海锅炉厂有限公司，2009

作者简介： 朱金振（1996—），男，本科，工科学士，热能动力工程助理工程师，从事集控运行工作。