循環流化床鍋爐燃燒控制分析

溫彬

摘要：裝備大量循環流化床鍋爐機組，對于優化我國電力結構、改善電力供應品質、提高我國整體資源利用效率以及降低污染物排放，發揮著不可替代的作用。鍋爐燃燒優化是通過對鍋爐燃料供給和配風參數的調整以及對其控制方式的改變等，保證送入鍋爐爐膛內的燃料及時、完全、穩定和連續地燃燒，并在滿足機組負荷變動需要的前提下，獲得最佳燃燒工況的工作，以此來保證循環流化床鍋爐燃燒的完全性，提高鍋爐燃燒的節能效果。基于此，本文就循環流化床鍋爐燃燒控制展開了分析。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐；燃燒控制

1 循環流化床鍋爐燃燒及其傳熱特性

根據結構分類，流化床鍋爐可分為三個系統：鍋爐本體、分離系統、煙道系統。鍋爐本體包括汽包、水冷壁、高溫受熱面、風室以及給煤系統等；分離系統包括頂部旋風分離器，以及回料系統；煙道系統包括低溫受熱面、省煤器、空預器等。在循環流化床鍋爐工藝流程中，燃燒及脫硫發生在由大量灰粒子所組成的溫度相對較低、接近870℃的床層內，該溫度的選取同時兼顧提高燃燒效率及脫硫效率。這些細粒子由通過布風板的一次風所產生的向上煙氣流將其懸浮在爐膛中，二次風分2層送入爐膛，由此實現分級燃燒。旋風分離器將絕大部分固體粒子從氣—固兩相流中分離出來后，通過回料器被重新送回爐膛參加燃燒。這樣就形成了循環流化床鍋爐的主回路。循環流化床主回路的特征為：強烈的擾動及混合、高固體粒子濃度的內循環及外循環、高固體/氣體滑移速度及較長的停留時間。以上特點為傳熱以及化學反應提供了良好的外部條件。

2 循環流化床鍋爐的燃燒控制

2.1 床溫（料層溫度）的控制

料層溫度又被稱為床溫，指的是燃燒密相區內流化物料的溫度，這個參數直接關系到鍋爐能否安全穩定運行。測定床溫的時候一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，將其布置在燃燒室密相層中，距離布風板200～500mm，插入爐墻深度維持在15mm～25mm之間，且數量必須大于等于2只。鍋爐運行過程中不能忽視料層溫度的監視，通常情況下需要將溫度控制在850～950攝氏度，這是因為溫度過低鍋爐會出現滅火以及燃燒不穩等情況，并且這個溫度區間也是最佳脫硫脫銷溫度，溫度過高則容易出現高溫結焦，造成鍋爐出現停止運行的事故。所以物料層的溫度不能低于800攝氏度，最高則不能超過970攝氏度。

2.2 料層厚度的控制

循環流化床有密相區和稀相區之分。料層厚度是指密相區內靜止物料厚度，對同一煤種，一定的料層差壓對應著一定的料層厚度。通常將風室與燃燒室上界面之間的差壓值作為料層差壓的監測數值，料層厚度越大，測得的差壓值亦越高。在鍋爐運行中，料層厚度大小會直接影響鍋爐的流化質量。料層薄，對鍋爐穩定運行不利，因爐料的保有量少，入出的爐渣可燃物含量也高。料層太厚，增加了料層阻力，雖然鍋爐運行穩定，爐渣可燃物含量低，但增加了風機的電耗，同時有可能引起流化不好造成爐膛結焦或滅火。一般來說，料層差壓控制在7000～8000Pa之間。料層差壓通過爐底排渣來調整，在使用過程中，應根據所燃用煤種設定一個料層差壓的上限和下限作為排渣開始和終止的基準點。

2.3 運行中最低運行風量的控制

根據循環流化床鍋爐的特點，從一次風機出來的空氣分成3路送入爐膛：第1路，經一次風空氣預熱器加熱后的熱風從兩側墻進入爐膛底部的水冷風室，通過布置在布風板上的風帽使床料流化，并形成向上通過爐膛的氣固兩相流；第2路，熱風用于爐前分布式多點給煤；第3路，未經預熱器加熱的冷一次風作為播煤風送入給煤機。二次風從風機出來后，經過環形風箱從爐膛前后墻分上中下層進入爐膛。一次風調整流化、爐膛溫度和料層差壓；二次風控制總風量。在一次風滿足流化、爐溫和料層差壓的前提下，總風量不足時，可逐漸開啟二次風門，隨負荷的增加，二次風量逐漸增加，維持正常的爐膛負壓及含氧量。一般含氧量控制在3%左右，含氧量過高會造成磨損增大，相應的排煙損失也會增大；含氧量過小，則會造成鍋爐燃燒不完全，燃燒效率降低。另外，在運行中，爐膛差壓應控制在-50Pa左右，該壓力可通過調整引風機的出力來實現。

2.4 爐膛（懸浮段）物料濃度的控制

爐膛差壓是一個反映爐膛內固體物料濃度的參數。通常將所測得的燃燒室上界面與爐膛出口之間的壓力差作為爐膛差壓的監測數值。爐膛差壓值越大，說明爐膛內的物料濃度越高，爐膛的傳熱系數越大，則鍋爐負荷可以越高。因此在鍋爐運行中應根據所帶負荷的要求調節爐膛差壓。而爐膛差壓則通過鍋爐分離裝置下的排灰管排放的循環灰量的多少來控制，一般爐膛差壓控制在500～2000Pa之間。此外，爐膛差壓還是監視返料器是否正常工作的一個參數。在鍋爐運行中，如果物料循環停止，則爐膛差壓會突然降低，因此在運行中需要特別注意。

2.5 返料溫度的控制

通過返料器送回到燃燒室中的循環灰的溫度就是常說的鍋爐返料溫度，控制返料溫度可以起到調節料層溫度的作用。返料器是循環流化床鍋爐的一個主要部件。它工作的好壞直接影響著鍋爐的安全、穩定、經濟運行，首先要保證返料器有穩定流化氣源，啟動時調整好返料器的流化風量。在運行中，要加強監視和控制返料器溫度，防止超溫結焦，一般返料器處的溫度最高不宜大于950攝氏度，當返料器溫度過高時，應及時查明原因并消除。溫度過高的時候容易造成返料器結焦，特別是將無煙煤作為燃料的時候，無煙煤相比于普通煤更為難燃，而且存在燃料后燃的情況，如果不控制好溫度，很容易出現結焦的情況。當溫度太高時，加大返料風量并調整風煤配比、一二次風配比及煤質，同時需要檢查返料器有沒有堵塞的情況，如果有的話，需要及時進行清除，以達到保證返料器通暢的目的。

2.6 鍋爐出力的調整

當增加負荷時，應當先少量增加一次風量和二次風量，再少量加煤，如此反復調節，直到獲得所需的出力。增負荷率一般控制在2%～5%/min。當減負荷時，應先減少給煤量，再適當減少一次風量和二次風量，并慢慢放掉一部分循環灰，以降低爐膛差壓，如此反復操作，直到獲得所需出力為止。降負荷時，給煤量和一、二次風量可以很快減少，循環灰可以很快放掉，在緊急情況下，減負荷率可達到20%/min，但一般控制在5%～10%/min。

3 結束語

綜上所述，在實際運行操作中，應根據不同的煤種、煤的含硫量以及煤粒的大小，對鍋爐的運行參數進行及時地調整，做到勤調、微調、細調，使鍋爐始終達到高效率燃燒的運行狀態，充分發揮循環流化成鍋爐的節能環保優勢。燃燒調整的根本任務是：使燃料所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的需要，保證鍋爐安全經濟運行。燃燒控制的基本任務可歸納為：維持蒸汽壓力穩定；保證燃燒過程的經濟性；維持爐膛壓力穩定。這三項控制任務缺一不可。

參考文獻：

[1]循環流化床鍋爐燃燒控制與調整[J].胡開兵.化工技術與開發.2012（12）.

[2]循環流化床鍋爐燃燒控制與調整[J].肖遠亮.科技視界.2014（14）.

（作者單位：平朔煤矸石發電有限責任公司）