循環流化床鍋爐工藝及運行方案優化房衛東

楊洪屹　+王思玉

摘 要：新港公司循環流化床燃煤鍋爐UG-6.3/350-M是中石油第一臺燃煤注氣鍋爐，于2011年9月12日投入注汽試運行，同年10月25日正式用于油田生產注汽。由于循環流化床鍋爐設計參數與實際運行的參數有一定差異且實際運行時鍋爐的熱效率受到多方面參數的影響如煤質的變化，燃料顆粒度的分布，一次風二次風的比例等等，因此利用循環流化床鍋爐環保的優勢對鍋爐的運行參數進行研究并優化各運行參數使其達到節能降耗經濟運行的目的。

關鍵詞：環保；熱效率；參考標準；經濟 1 循環流化床鍋爐工藝結構

UG-130/6.3-M鍋爐為中溫次高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架π型布置。鍋爐運轉層以上室內布置，運轉層以下封閉，在運轉層7.0m標高設置混凝土平臺。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是蝸殼式汽冷旋風分離器，尾部豎井煙道布置一組對流過熱器和對流管束，對流管束下方布置兩組光管省煤器及一、二次風各三組空氣預熱器。在燃燒系統中，三臺給煤機將煤送入落煤管進入爐膛，鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風機提供。一次風機送出的空氣經一次風空氣預熱器預熱后由左右兩側風道引入爐下水冷風室，通過水冷布風板上的風帽進入燃燒室；二次風機送出的風經二次風空氣預熱器預熱后，通過分布在爐膛前、后墻上的噴口噴入爐膛，補充空氣，加強擾動與混合。燃料和空氣在爐膛內流化狀態下摻混燃燒，并與受熱面進行熱交換。爐膛內的煙氣（攜帶大量未燃盡碳粒子）在爐膛上部進一步燃燒放熱。離開爐膛并夾帶大量物料的煙氣經蝸殼式汽冷旋風分離器之后，絕大部分物料被分離出來，經返料器返回爐膛，實現循環燃燒。分離后的煙氣經轉向室、過熱器、對流管束、省煤器、一、二次風空氣預熱器由尾部煙道排出。

2 循環流化床鍋爐燃燒研究

循環流化床鍋爐燃燒主要是煤從鍋爐房煤倉通過給煤機進入爐膛密相區，進入密相區后被爐膛內流化的床料加熱（床溫800～900℃）后迅速破碎分解并在一二次風的流化和助燃的作用下燃燒放熱的過程。

2.1 燃料粒徑分布的影響

由于循環流化床的煤粒是原煤經過碎煤機破碎篩分后進入鍋爐房煤倉，碎煤機破碎篩分后的粒徑分布在0～13mm左右，而不同粒徑的顆粒在一二次風的作用下在爐膛內密相區和稀相區停留經過的時間不同，鍋爐密相區屬于欠氧燃燒區，稀相區屬于富氧燃燒區，因此煤顆粒大小對燃燒有一定影響。

2.2 風量（氧量）的影響

循環流化床鍋爐燃燒主要是煤的燃燒，在燃燒過程中風量（氧量）對燃燒的影響主要有：燃燒時煤粒與氧氣的接觸面；在不同氧量下發生完全燃燒和不完全燃燒；煤粒燃燒的階段在稀相區和密相區燃燒的量不同（不同的床料厚度對于同樣的氧量會有不同的送風量），但由于床料在熱態運行時與冷態運行時風量所能帶動流化的能力不同，因此冷態運行時測量的料層在熱態運行時沒有具有可比性，所以實際運行時無法以定量去計算風量（氧量）的影響，只能在完全流化的狀態下，氧量足夠燃燒的情況下去研究過氧系數的程度對于燃燒傳熱的影響和環保等別的影響。

2.3 一、二次風比例的影響

一二次風比例的影響主要在于對于床料分布在密相區和稀相區的份額會不同，對于同樣的床料而言，當一二次風較大時，密相區床料份額較少，當煤進入密相區時接觸空氣較多，燃燒較完全，會引起床溫較高，當一二次風比例較小時，密相區床料份額較大，當煤進入密相區時接觸空氣較少，燃燒較不完全，會引起床溫相對較低。在不同的床溫下煤燃燒生成的產物不同，因此熱量會有細微差別。

2.4 運行料層及灰濃度的影響

在循環流化床的燃燒中，爐內料層及飛灰是作為一個惰性不發熱的蓄熱體存在，對于進鍋爐內的煤粒起的是加熱作用，根據國內外研究已有的先例，每秒進入爐內的煤量大約為整個床料量的百分之一，因此煤燃燒與床料和灰濃度間的關系主要在于料層的密集度影響煤粒燃燒時與氧氣的接觸面，和煤燃燒后又構成床料及飛灰。

2.5 旋風分離器分離效率及返料量控制的影響

如圖1為鍋爐的蝸殼式汽冷旋風分離器，其分離效率根據設計在正常運行情況下為99.5%，因此煤粒基本燃燒是在尾部煙道前的部分循環燃燒完全，如圖經過分離器分離下來的固體會存在一部分不完全燃燒的煤粒會繼續燃燒再經過下圖的返料器，返回爐膛，進入爐膛內床料進行循環。

圖2為循環流化床鍋爐的U型返料器，其返料內型屬于自然返料，原理是如圖輸送風對應的料層與松動風對應的料層之間的壓差造成松動風側的床料向輸送風側流動進入爐膛，因此在一定的風量和風壓下，在鍋爐穩定運行一段時間后其返料量是固定的。

通過以上兩個方面分析，旋風分離器分離效率及返料量控制的影響對于煤燃燒主要在于固定的返料量進入返回爐膛后對于床溫的影響從而影響煤燃燒的效率。

2.6 煤質的影響

煤的工業分析是了解煤質特性的主要指標，從工業分析來說煤的組成成分有水分，灰分，揮發分，固定碳。

水分：水分在煤中含量適量時會促進燃燒，但是當水分含量過高時會造成水的汽化吸熱過多降低床溫和煙氣溫度。

灰分：煤中的灰分含量過多，相對的煤中的固定碳含量較低，主要影響是引起煤著火較困難，燃盡時間長從而導致灰渣含碳量增高，機械不完全燃燒損失增大，灰渣熱損失也增大。

揮發分：煤中揮發分高對于煤燃燒時的影響在于揮發分燃點低，表現在煤的著火容易，揮發分析出后在煤粒上留下的空隙就多，煤粒中碳與氧氣的接觸面就大，表現在煤的燃盡時間短和灰渣含碳量降低。

固定碳：固定碳的含量越高，則煤需要燃燒的氧就越多，但是同樣需要煤粒與氧氣的接觸才能燃燒，假設一個煤粒全是碳，則其除表面外的碳無法接觸到氧氣則無法進行燃燒反應，只能等煤破碎后才能反應，反而延長了煤的燃燒時間，引起灰渣含碳量的增加，導致機械不完全燃燒損失增大，灰渣熱損失也增大。endprint

2.7 脫硫劑加入對燃燒的影響

鑒于循環流化床鍋爐的環保要求，需要在鍋爐運行時加入石灰石進行爐內脫硫，加入石灰石后，會影響床溫，從而影響循環流化床鍋爐的燃燒效率，因此按循環流化床的最佳脫硫溫度范圍和實際反應時的鈣硫比，對流化床的燃燒參數調整有重要的指導作用。

3 制定優化運行方案

3.1 對石灰石來料進行質量監控

由于目前石灰石進料未進行第三方檢驗，化驗數據由供料方提供，因此建議實行定期對石灰石來料進行化驗校核，并盡量使用石灰石CaCO3含量高的石灰石進行脫硫，可以在一定程度上節約成本。

3.2 對鍋爐進行定期酸洗

雖然鍋爐目前運行時間較短，但是考慮長遠應實行定期進行酸洗，防止鍋爐內部結垢降低鍋爐的熱效率。

3.3 對采油開井數及地層壓力進行調控

由于過熱蒸汽在溫度一定，蒸汽壓力越高時，其焓值相對是在下降的，因此當負荷一定時，盡量調控采油開井數及地層壓力，可以在鍋爐熱效率不變的情況下降低噸氣耗煤量，從而節約成本。

3.4 在灰分變化不大的情況下提高煤質低溫發熱量

循環流化床鍋爐盡量使用低含硫（低于0.5%），高熱值，正常灰分（30%）的煤種，可以降低噸氣耗煤量節約成本。

3.5 增大水冷壁面積

通過本臺鍋爐的運行，可以看出由于床溫較高，需要使用較大風量去降低床溫，導致噸汽耗電較高，因此建議下臺鍋爐設計時，水冷壁面積可在設計的基礎上再大一點。

3.6 建議對煤進行摻混調配

參考內地電廠有對煤進行摻混使用，間接改變煤種，因此根據第四條建議可以進行研究。

4 優化評價及經濟分析

4.1 優化評價

流化床已平穩運行兩年多，各項設備從改進到穩定運行已基本進入平穩狀態運行，此次研究基本確定經濟運行參數的范圍，和運行參數調整規律。此臺流化床設計型號為UG-130/6.3-M，比較特別屬于運行比較無參考類型的鍋爐，且用煤種相比內地流化床使用較多地區用的煤種為高發熱量煤種。因此在運行特點上有以下幾種變化：運行風量配比一次風：二次風約在70：30至60：40之間。調整床溫上：一次風增加床溫，二次風減少床溫。出口煙氣溫度100至120℃，低于設計溫度140℃。運行床溫850±30℃， 低于設計溫度920±40℃。

根據本次研究得出了優化運行參數，方便了運行員工的操作使用與查詢對比，但目前由于研究時間短，煤種變化較少，比較局限。后期還需要根據煤種變化收集數據進行完善。

4.2 經濟分析

根據本次優化研究制定出了各項優化運行措施，以及工況調整對照表格，規范了員工的運行調整，防止了員工在煤種變化時不進行及時調整導致噸氣耗煤相對的增高，雖然目前煤種變化較少，比較局限。但給出了計算參考，后期可以根據煤種變化及時得出最佳噸氣耗煤量，并根據耗煤量進行對應的工況調整，按年噸氣耗煤指標0.155且產蒸汽78萬噸可以節約：

煤價按280元一噸計算

780000×（0.155-0.153）×280=436800元

參考文獻

[1]史海強.循環流化床燃燒探討[J].四川電力技術，2006，29（5）.

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[3]羅成昆.淺析循環流化床鍋爐床溫、床壓、負荷的運行調整[Z].endprint