循環流化鍋爐安全運行及節能減排

李 云

江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院徐州分院，江蘇 徐州 221000

0 引言

當今我國是世界上煤炭用量最多的國家，使用節能環保的燃燒技術對節能減排具有戰略意義。企業如何在循環流化床鍋爐運行中提高效率﹑做好節能工作，是關系到國家能源合理利用和進一步推進循環流化床技術向前發展的問題。某公司使用循環流化床鍋爐5年來，在優化運行﹑改造設備方面進行了大膽的探索和實踐：認為可以適當減小點火時的風量，總結出投煤的最佳溫度和投入返料的最佳床溫﹑含氧量，提出運行中風量略高于流化風量即可，同時在風帽維護和水冷壁防磨方面采取了必要措施。實踐證明，取得了一定的節能效果。

1 鍋爐啟動方式優化

1.1 點火方式優化

隨著油價日益上漲，鍋爐點火用油是企業挖掘節能潛力不容忽視的地方。該公司根據多次點火實踐的摸索，對點火各控制工況點進行調整，使點火用油量大幅度節省。表1為點火耗油量對比。

表1 循環流化床鍋爐點火耗油量對比

1）點火時嚴格控制風量

突破必須流化的規定，退出低風量保護，關小主風門開度至15%～20%（此時注意風道喘振問題，如果振動很大可以稍微調節開度避開振動），風量只有正常臨界流化風量的40%～55%。此時床料逐漸由鼓泡狀態向流化狀態過度，而風門擋板仍然不用開大，僅在水冷風室風溫超過1000℃時調節開大風門降低溫度。因為床料里含碳量較少﹑溫度較低，不足以結焦（床料含碳量較大或已經有煤加入床料時慎用）。當投煤時由于風溫上升，根據氣體絕對方程可推知熱風量足以到達或超過臨界流化風量。當煤已經穩定燃燒后再逐漸開大主風門。

2）及時控制投煤溫度

根據多次試驗證明，入爐煤揮發分只要大于24%以上，在450℃～460℃已經完全可以脈動投煤。對于入爐煤揮發分大于15%以上，完全可以在480℃～500℃投煤，即使全部燃用無煙煤，在520℃～540℃也可以斷續投煤。斷續投煤后注意氧量變化情況，以判別煤的燃燒情況。投入較多煤后氧量沒有明顯下降再追加投煤，容易造成結焦。當氧量降低到一定程度穩定后可以再繼續投煤。當煤一旦燃燒后立即減小油壓，此時油壓較高，油量比較大，及時減小或退出油槍可以節約用油，減少油量基本按1t/h煤相應減少300kg/h柴油量的原則。

1.2 一級返料投運優化

一級返料系統成功投入運行是流化床鍋爐啟動過程中一個非常關鍵的步驟，也是安全經濟運行的重要控制點。

返料系統出現故障主要有：

1）由設備缺陷造成的，如風帽脫落﹑澆筑料脫落﹑增壓風機系統故障等；

2）由分離器積灰突然坍塌處理不當，或者返料系統投入操作不當造成。

第一種情況只要對系統仔細檢查就能避免，如果運行時此類故障突發，只有停爐處理。以下主要分 析如何正確處理第二種情況，即循環流化床鍋爐返料系統如何安全又節能地投入使用系統。在循環流化床鍋爐啟動前必須放盡返料系統的返料灰。返料灰比較細，如果有存灰，它將吸附空氣里水分造成結塊，導致返料不暢通。投入油槍后先不投入返料風機，此時如果投入返料風機，就大大增加了空氣流動量，也就減緩了床料上升速度，浪費了燃油。而且此時返料系統循環料比較小，不易建立起返料循環。也有部分廠家堅持此時投入返料，使返料系統的澆注料上升溫度速率能夠比較平緩。此時投入返料還有一個好處是不會出現后期大量冷灰坍塌的情況，對運行員工操作水平要求比較低，建議新員工采用此方法比較安全。但是從節能的角度考慮，比較好的方案是煤開始穩定燃燒，床溫600℃～650℃并且穩步上升，氧量穩定在9%～12%左右時投入返料。并且投入返料前，放掉返料系統內80%以上的冷灰，避免造成大量冷灰突然進入爐膛造成床溫驟降甚至熄火。投返料時注意床溫﹑床料差壓和氧量的變化情況。床溫和料層差壓迅速下降時表明有大量循環灰進入爐膛，應及時增加一次風量和點火油壓。如果啟動前已經放盡返料系統的返料灰，并且投入返料前，又將放掉80%以上的冷灰，那么就不會出現這種現象，并且很容易建立起穩定的返料循環。

2 鍋爐燃燒控制優化

影響循環流化床鍋爐熱效率的主要因素有燃燒溫度，飛灰含碳量，爐渣含碳量，排煙溫度，鍋爐負荷，燃燒控制，配風控制，燃料種類和顆粒分布等。

2.1 風量和負荷的控制

循環流化床鍋爐運行對于風量控制提倡精細操作，為了提高操作過程的安全系數，通常采用較大風量運行。這對循環流化床鍋爐來說負面影響是多方面的，既增加了煤耗又增加廠用電量，還加大了受熱面的磨損。所以控制風量為略高于流化風量即可，氧量為4%～6%，，盡量靠近底限。經過長期運行表明，雖然流化床鍋爐負荷可以穩定在35%～110%額定負荷運行，但是從長遠安全和經濟的角度出發，負荷控制在88%～96%是循環流化床鍋爐最經濟的負荷。長時間的超負荷不但增大煤耗和廠用電量，而且會加劇負荷磨損量，最終得不償失。

2.2 鍋爐床溫和飛灰含碳量的控制

燃燒溫度對燃盡時間影響的經驗公式為：

式中：τp為碳離離子燃盡時間，s；

Tb為燃燒溫度，℃；

dp為碳粒子直徑，cm。

從公式中可以看出，碳粒子的燃盡時間與燃燒溫度有關，提高燃燒溫度能夠明顯縮短碳粒子的燃盡時間。

在滿足灰熔點溫度控制范圍和脫硫要求的前提下，盡量提高燃燒溫度可以起到較好的節能效果，可以降低飛灰含碳量。但是不足的是燃燒溫度高，NOX生成量大。對于爐內脫硫來說，在850℃～920℃可以達到最佳鈣硫比，而且富氧燃燒對脫硫有利，這就要求二次風要有合理的風量比例和較強的穿透力，但富氧燃燒同樣增加了NOX生成量。因此，循環硫化床鍋爐在運行時綜合考慮燃燒效率﹑脫硫效果和NOX生成量，選擇合適的燃燒溫度，合理的過量空氣系數和一﹑二次風量比例，才能保證有較高的燃燒效率和較低的飛灰含碳量。

3 關鍵設備改造

3.1 風帽改造

鍋爐隨爐配蘑菇風帽，后來改造為鐘罩式風帽，經過幾年使用，效果比較好。針對個別風帽脫落和水冷風室漏渣的現象，摸索出風帽加筋的辦法，將風帽安裝好以后，采用Φ8的圓鋼按10個一組點焊連接，即使個別風帽出現松脫現象也不會脫落翻倒。另外，每次停爐后及時檢查和更換松脫風帽和磨損風帽，有效地解決了這個問題。

3.2 水冷壁防磨措施

據統計，因磨損導致的泄漏事故占流化床鍋爐易發事故的60%以上。隨著深入研究和實踐，各種防磨技術大大增加了流化床鍋爐的可用性并延長了使用周期。

1）把好用煤采購關，盡量少用石塊和煤矸石含量多的煤種；

2）爐膛四角采用防磨澆注料蓋管，轉角仍保持直角形狀，高度一直到爐頂，有效保護水冷壁管；

3）盡可能取消爐膛密相區以上到中上部的爐溫和負壓或其他監測點，爐膛中部測點會在運行時形成渦流，極大加劇局部磨損；

4）每兩年對密相區域采用LX88A超硬耐磨材料進行電弧噴涂；

5）嚴格控制風量和鍋爐負荷，控制低床壓6.5 kPa ～7.5kPa，控制低負壓降低煙氣流速，從而減低磨損量；

6）每次停爐水冷壁全面測厚，建立受熱面磨損臺帳。根據臺帳分析磨損分析運行周期，定期采取防磨措施。

3.3 輸煤系統改進

隨著輸煤設備的不斷改進，對于循環流化床鍋爐來講，采用第二代齒輥式或齒板式破碎機是輸煤系統優化的選擇。其基本原理由原來的落煤改變為撥煤或推煤。對于粘性較大的煤種來說在一定程度上防止了堵煤。而且齒輥和齒板式的碎煤機相對原來的二級破碎系統明顯有兩個優點。在粒度達到要求的基礎上比原來節電20%～25%。在噪聲和粉塵污染上有較大改觀。

4 結論

經過不斷摸索和實踐，對循環流化床鍋爐優化調整和設備改造取得了一些效果和經驗。現役的每臺循環流化床爐連續安全運行平均超過150天，最高連續安全運行達到了282天。煤耗明顯下降，鍋爐效率明顯提高，取得了較好的效果。

[1]路春美，程世慶.循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]劉德昌，等.循環流化床鍋爐運行及事故處理[M].北京：中國電力出版社，2006.