淺談改進循環流化床鍋爐運行效率的方法

于季鵬

（黃陵礦業煤矸石發電有限公司，陜西 黃陵 727307）

淺談改進循環流化床鍋爐運行效率的方法

于季鵬

（黃陵礦業煤矸石發電有限公司，陜西 黃陵 727307）

能源產業是國民經濟發展的基礎，隨著國內對能源的需求日益增加，我國加大了對大型電站的投入。循環流化床鍋爐是一種將固體燃料轉變為類似流體狀態下燃燒，再使用燃燒產生的熱能產生蒸汽的設備，具有脫硫效率優、燃燒效率高、適應性廣等優點，逐漸替代原有鍋爐設備在各型電站中獲得了廣泛的應用。但從循環流化床鍋爐在電站的投運效果來看，其運行效率仍有較大的提升空間，本文將對如何提高循環流化床鍋爐的運行效率進行研究。

循環流化床；燃燒；運行效率

鍋爐是火電廠的關鍵設備，它是利用燃料燃燒所釋放的熱量產生具有一定壓力和溫度的蒸汽設備，鍋爐設備一般由鍋爐本體設備和鍋爐輔助設備組成。循環流化床鍋爐是一種新型節能環保綜合型的鍋爐，目前在新建的火電廠中已經取得了廣泛的應用。使用循環流化床鍋爐代替電廠原有的鍋爐設備并不需要對電廠的其他設備進行大規模改造，該鍋爐具有燃料適應性廣、燃燒效率高、維修簡單、負荷調節范圍廣、經濟效益好等特點。

循環流化床鍋爐本體設備主要由燃燒設備、蒸發設備、對流受熱面、鍋爐墻體構成的煙道和鋼架構件等組成，其輔助設備則由通風設備、給水設備、燃料運輸設備、除塵設備、除灰設備、鍋爐輔件等組成。燃燒設備是循環流化床鍋爐本體設備的核心，由燃燒室、點火裝置、布風板、風帽以及物料循環系統等組成[1]。循環流化床鍋爐燃燒室由耐火磚砌成，防止爐內水冷壁受熱面的磨損，底部設有布風板將爐膛封住，防止爐內床料從下部漏掉并使一次風得到均勻的分配，爐床下部布置了點火裝置，點火裝置中設有煙氣發生器，流化床鍋爐燃料油在煙氣發生器中點燃，在一次風所送入氧氣助燃的作用下迅速轉化為850℃左右的高溫煙氣，高溫煙氣經過布風板后，使物料快速流化并在燃燒室內燃燒，燃燒后所生產的物料和煙氣經過分離器分離后，經物料循環系統返回燃燒室內繼續燃燒，從而使燃料充分燃燒，釋放出大量的熱量。循環流化床鍋爐的蒸汽設備主要由汽包、水冷壁管、下降管、聯箱組成，其作用是使進入鍋爐內的給水在特定的受熱面中不斷吸收燃料燃燒所釋放的熱量，使水吸收熱量轉化為飽和蒸汽。

1 影響循環流化床鍋爐運行效率的因素

目前，我國使用的循環流化床鍋爐的結構類型多達數千種。隨著全球能源緊缺問題日益突出，循環流化床鍋爐的運行效率引起電力企業的重視，降低燃料損耗、提高熱轉換效率是提高循環流化床鍋爐運行效率的根本途徑。影響循環流化床鍋爐運行效率的因素主要有以下幾個方面。

1.1 流化速度

物料流化速度越快，循環物料量也相應增加，燃料燃燒越充分，鍋爐的運行效率也越高，但也使物料對設備的磨損作用加大；流化速度過低，則會出現循環物料量不足的情況，影響鍋爐運行效率。目前，國內循環流化床鍋爐的流化速度一般取值為6 m/s[2]。

1.2 床料粒徑及質量

床料粒徑越大，則物料越容易流化，但是，為了使床料在入爐后能被吹到懸浮段空間內燃燒，并同時促進增加循環物料量，床料粒徑也不宜過大。目前，循環流化床鍋爐制造廠商一般給出的優選的床料粒徑范圍為0～25 mm。影響床料粒度的主要因素是燃煤的熱爆性質、揮發分含量，一般來說，熱爆性強且粒度較大的燃煤在爐內受熱爆裂后可使循環物料量成倍增加，而煤中所含的揮發分越多，則煤中焦炭含量就越低，使煤就越容易被點燃。但是，煤的燃燒時間增加，可以使煤充分燃燒，提高鍋爐的運行效率。

1.3 二次風配比

目前，人們一般將燃燒所需的空氣分為一、二次風從不同位置分別送入流化床燃燒室內，實現分段燃燒是減少循環流化床鍋爐氮氧化合物排放量的根本途徑。在同等條件下，一次風所占風量較大時，則密相床燃燒份額增加，使用流化床溫度升高，若不及時增加燃燒煤會使鍋爐運行負荷下降，運行效率降低；一次風比較小時，如果燃料不能被吹起、進入懸浮段燃燒的大顆粒燃料較多，則會使這些大顆粒得不到充分燃燒，也使鍋爐運行效率降低。因此，一次風比一般選擇為50%～60%較為適宜。二次風一方面可以為燃燒補充空氣，另一方面可以加強氣固兩相的混合，二次風一般從密相床的上面噴入爐膛，二次風風口的設置位置越高，則將較多的碳粒和物料吹入空間，增大了上部的燃料份額和物料濃度，會使鍋爐運行效率降低，因此，將二次風分別從不同的高度送入，則可使用爐內煙氣流速相對均勻。

1.4 分離器

目前，分離器主要分為旋風分離器和慣性分離器兩種類型，通常旋風分離器效率較高，體積大，應用最廣泛。分離器的效率、容量是影響鍋爐運行效率的主要指標，分離器的分離效率和容量越高，則分離器采集和送回爐膛內繼續燃燒的細碳顆粒等循環物料就越多，鍋爐的運行效率也越高[3]。

1.5 回灰裝置

回灰裝置一般分為機械閥和非機械閥兩大類，非機械閥類具有控制靈活的優點，目前應用最廣。但是，非機械閥類的開啟與關閉都是由給風控制的，當閥垂直段中料位較低時，松動風就有可能將灰從垂直段向上吹起，影響閥的密封并產生結焦，因此，在選擇回灰裝置時必須注意控制灰流截面。

1.6 受熱面磨損

循環流化床鍋爐在運行時，處于流化狀態的床料在密相床內反復沖刷受熱面，使受熱面產生磨損，尤其是在爐膛下部壁面垂直段與漸縮段交界處、爐頂及爐膛出口等處，受熱面磨損嚴重時，會影響尾部煙道結構，致使煙氣從受磨損后的間隙中逸出，一方面加劇了該處的磨損，另一方面使物料不能充分燃燒，鍋爐運行效率降低。

2 提高循環流化床鍋爐運行效率的方法

2.1 合理選擇燃料，選擇合適的入爐煤粒度

一般情況下，燃煤中的灰分含量與碳含量成反比，為提高鍋爐運行效率，應盡量選擇熱值較高、灰分較少的燃煤。燃煤入爐粒度越細、循環倍率越大，燃燒效率越高，灰渣中的可燃物就越少，鍋爐驅動負荷的能力越強，鍋爐運行效率越高[4]。此外，還要選擇合適的入爐煤炭級配比，試驗表明，粒度1 mm以下的煤粒達50%時，煤粒會被很快送入爐膛，降低入爐煤的平均粒度，大幅度提高鍋爐燃燒效率，通常優選的級配比為：1 mm以下的占40%、1～3 mm的占25%、3～5 mm的占20%、5～8 mm的占10%、8～13 mm的占5%，有條件的，還應選用可磨性系數較大或成灰性較好的煤種。

2.2 調節一、二次風量和給煤量，優化鍋爐燃燒

在循環流化床運行中，司爐人員要密切監控煙氣中的含氧量，并根據煙氣中的含氧量測算出鍋爐的運行效率，然后適當調整一、二次風量和給煤量，保證燃燒正常、負荷穩定，當料層積累到一定厚度時還需要及時排渣。一般來說，煙氣中含氧量應控制在4%～5.5%，一、二次風量比應控制在6:4～7:3，料層差壓控制在10 000 Pa左右，爐膛壓差控制在800～1 500 Pa較為適宜，使鍋爐具有較高運行效率的同時，飛灰可燃物也較低，減少煤炭使用總量。

2.3 調整合適的循環倍率

鍋爐循環倍率越高，分離器的分離效率也越高，使經過分離器后極細小的灰粒子也被捕集后參加循環燃燒，還使爐內物料濃度增大。其中部分物料在密相區和稀相區內往復運行循環，將密相區內熱量帶入稀相區內，使爐膛內保持高溫狀態，燃料得以充分燃燒，從而提高了鍋爐的運行效率。

2.4 提高燃料在密相區的燃燒份額和氣化率

提高燃料在密相區的燃燒份額，既使流化的燃料在爐床上劇烈燃燒，為稀相區的燃燒減輕了負擔，也使煙氣、循環灰將足夠的熱量傳入稀相區內，使稀相區產生高溫，從而提高鍋爐整體的運行效率。此外，提高燃料在密相區的燃燒份額也間接地提高了密相區的氣化率，這是由于固體燃料在高溫爐床上燃燒時還存在還原反應。特別是采用分段燃燒方法時，密相區上部的還原氣氛愈濃厚，使部分二氧化碳還原為一氧化碳，增加了一氧化碳氣體的含量，攜帶一氧化碳的煙氣進入稀相區內與二次風混合后迅速燃燒，使稀相區溫度提高到950℃～1 000℃，從而提高了鍋爐整體的運行效率[5]。

2.5 燃燒和管理控制系統

使用現代化的數字控制系統準確調節并優化爐內燃燒空氣與燃料的配比，減少燃料消耗，提高鍋爐負荷高低的調節比，使鍋爐在更寬的負荷變化范圍內都能保持較高的燃燒效率。

2.6 選擇相適的鍋爐啟停順序

司爐人員的正確操作是保障鍋爐穩定高效運行的主要措施，電力企業往往安裝了多臺循環流化床鍋爐。由于鍋爐的運行效率在鍋爐的負荷調節范圍內是變化的，一般來說，鍋爐在最高檔位時燃燒效率最高，而在最低檔位時，鍋爐的燃燒效率最低，因此，合理選擇每臺鍋爐的啟停順序，可以使鍋爐的燃燒級數與所需要的蒸汽負荷相匹配，使在線鍋爐數量較少，卻均能保持在最高的檔位運行，從而使多臺鍋爐的平均運行效率達到最優化。

3 結語

循環流化床鍋爐具有良好的經濟性、環保性、調峰控制能力、能耗低、適應性強等特點，在相當長一段時間內仍將是火電企業中鍋爐的首選設備。電力企業發電機組的發電效率受循環流化床鍋爐的運行效率影響很大，而影響循環流化床運行效率的因素很多。因此，要從根本上提高效益，電力企業必須加大在技術改造和創新上的投入，使用先進管理方法，采取多方面措施，合理控制燃燒溫度，提高循環流化床的運行效率。

1 劉德昌.流化床燃燒技術的工業應用[M].北京：中國電力出版社，2003.

2 賀井勝，崔 波．循環流化床鍋爐熱效率計算探討[J]．科技資訊，2006，（14）：109.

3 王慧麗，蔡新春．循環流化床鍋爐熱效率偏低原因分析及解決措施[J]．熱力發電，2010，39（7）：47-49.

4 黨黎軍．循環流化床鍋爐理論設計與運行[M]．北京：中國電力出版社，2004.

5 呂俊復，金曉鐘，張建勝，等．兩相流動對流化床燃燒行為的影響[J]．熱能動力工程，2000，15（3）：217-219.

Discussion on Improving Operation Efficiency of Circulating Fluidized Bed Boiler

Yu Jipeng
(Huangling Mining Coal Gangue Power Generation Co., Ltd., Huangling 727307, China)

The Energy industry is the basis of national economic development, with the increasing demand for energy in China, China has increased investment in large power plants.Circulating fluidized bed boiler is a kind of solid fuel into a similar fluid state combustion, and then use the combustion of heat generated steam equipment, with excellent desulfurization efficiency, high combustion efficiency, wide adaptability, and gradually replace the original boiler Equipment in the various types of power plants have been widely used.However, from the operation of the circulating fluidized bed boiler in the operation of the power station, the operation efficiency of the circulating fluidized bed boiler is still greatly improved.This paper will study how to improve the running efficiency of the circulating fluidized bed boiler.

circulating fluidized bed; combustion; operation efficiency

TK229.66

A

1008-9500(2017)10-0133-03

2017-07-03

于季鵬(1985-)，男，陜西臨潼人，助理工程師，從事鍋爐專業技術管理工作。