鍋爐若干種燃燒問題的分析與處理

張利珍

(太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030021)

引 言

CFB鍋爐是目前商業化性能最好的清潔煤燃燒鍋爐，隨著國家大幅度調低鍋爐污染排放環保指標，鍋爐污染排放物控制成本顯著加大。根據GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》要求，在用和新建燃煤鍋爐的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放均要達到超低排放ρ(SO2)<50 mg/m3；ρ(NOx)<35 mg/m3；ρ(煙塵)<5 mg/m3；ρ(汞及化合物)<0.03 mg/m3(以上皆為標態、干基、6%含氧量煙氣指標)[1-2]。

國家嚴格的環保標準，要求用戶一方面需不斷加大設備投入，配套相應脫硫脫硝裝置進行煙氣治理，另一方面也需從鍋爐結構設計和運行方式上作出必要的改造和調整，去降低污染物的初始排放，從而降低煙氣脫除污染物成本。低氧量、低床溫是循環流化床鍋爐應對低排放的通行運行工況。在實際生產實踐中，有的鍋爐片面地追求超低排放環保性能，設計床溫偏低，在運行方式上，采用一些以期直接達到低排放效果的操作方法，大幅降低一次風量，實際運行效果反而使鍋爐燃燒狀況出現了嚴重問題，從而制約了鍋爐連續、穩定、節能及環保運行。

1 某用戶鍋爐運行現狀

1) 江蘇泰州某熱電廠安裝的一臺300 t/h循環流化床鍋爐，投運后在額定負荷條件下顯示床溫偏低，低負荷運行時床溫更低，底渣及飛灰含碳量均偏高。鍋爐主要技術規范見表1，鍋爐總圖見圖1。

2) 鍋爐運行一段時間后，風室溫度逐漸升高，初步判斷運行過程中發生了風室倒渣現象，為了減緩這一情況，現場運行操作提高一次風量，降低二次風量，風室倒渣問題有所緩解。

表1 鍋爐主要技術規范表

圖1 鍋爐總圖

3) 停爐后檢查確認風室有倒渣現象(見圖2)。

圖2 風室倒渣

2 問題分析

1) 關于風室倒渣問題，查閱歷史運行曲線，發現運行時流化床下部壓力、爐膛差壓均出現過左右波動現象，即床料發生了“左右翻床”現象，風室倒渣與此現象有關。

2) 導致床料發生“左右翻床”的原因是多方面的，事實上就是布風不均勻現象，一方面是因為鍋爐布風板阻力設計并不高，為2 850 Pa，實際運行時的一次風量不足以使布風板布風不均勻，特別是檢查發現入爐煤粒徑偏大，粗細分布不均勻，更進一步加劇了布風不均勻。布風不均勻導致的燃燒狀況不正常，使鍋爐NOx和SO2初始排放也發生了較大波動，最終在線排放可控性變差。為了緩解風室倒渣而不得不采用高一次風量運行，使一、二次風配比偏離設計，鍋爐的燃燒狀況變差，飛灰含碳量增高。布風不均勻制約了鍋爐連續、穩定、節能及環保運行。

布風不均勻的另一個原因與現場的風機配置有關，本項目是兩臺一次風機并聯運行，電機是變頻調節，低頻時兩臺風機電機電流交叉波動，存在“搶風”現象，導致布風板左右配風發生波動(見圖3)。

圖3 兩臺一次風機電流交叉波動

3) 引關于床溫偏低，底渣及飛灰含碳量偏高的問題，與鍋爐追求超低排放性能有關、在國家環保政策的大背景下，各鍋爐設計制造廠家均采取低床溫的設計理念，即使鍋爐是額定負荷運行，床溫一般也不會超過900 ℃，床溫低勢必造成底渣及飛灰含碳量升高，這也是能效和環保之間尋求平衡需考慮的主要問題。當然，現場運行條件的改變及運行方式的不同同樣會導致鍋爐運行工況偏離設計工況，比如煤種發生變化。

3 優化改造方案

1) 基于兩臺一次風機并聯運行，建議運行調整采用“變頻加風門”聯合控制方式，即將變頻器頻率控制在45 Hz以上后，風量調整采用風門調節方式，另一方面，為了使左右一次風量均衡，現場在兩側一次風道之間，以及空預器連通箱之間加裝了若干連通管(見圖4)。

圖4 空預器連通箱之間加裝連通管

2) 加強入爐煤的管理和控制，減少煤矸石的含量，切實改善入爐煤粒徑，保證給煤熱值相對穩定以避免給煤量大幅波動。

3) 增加布風板阻力，改善布風均勻性，風帽加裝節流環，布風板阻力增加約700 Pa。

4) 通過覆蓋水冷受熱面來提高床溫，主要覆蓋區域在爐膛出口處和水冷屏受熱面，覆蓋區域如第92頁圖5～圖7所示。

5) 為了進一步降低飛灰含碳量，通過縮小二次風口截面積來提高二次風口流速。

4 改造后運行驗證

1) 布風板通過加裝節流環增加阻力，以及用戶更換了碎煤機改善了入爐煤顆粒之后，鍋爐運行穩定性有了很大提高，維持最初的一次風量運行，流化床下部壓力及爐膛差壓不再發生明顯的左右波動，運行超過六個月后停爐檢查，風室未見明顯倒渣。

2) 隨著布風板阻力的增加，流化床層運行穩定性明顯提高，表現在各點溫度趨于一致，左右排渣口排出渣的顏色和粒度基本一致，內在的因素應該是整個床料較以前更加均勻，布風更加均勻，鍋爐的燃燒狀況得到了明顯改善。鍋爐燃燒狀況的改善，有利于鍋爐超低排放性能的發揮，鍋爐的NOx和SO2初始排放較以前降低，排放值更加穩定，最終煙囪在線顯示值可控性明顯提升。

圖5 爐膛出口后墻覆蓋區域(mm)

圖6 爐膛出口側墻覆蓋區域(mm)

圖7 水冷屏覆蓋區域(mm)

3) 改造增加了二次風口流速，同時又覆蓋了一部分受熱面，與改造前相比，相同負荷和相同爐膛差壓，床溫升高20 ℃，實踐證明，床溫的升高并沒有使NOx和SO2初始排放升高，相反有了一定的降低，這應該與燃燒狀況的改善有很大關系。

4) 改造后飛灰含碳量沒有明顯降低。通過現場分析發現，改造后仍是延用之前的運行模式，因司爐擔心風室倒渣現象再次發生，現場控制一次風量偏大，二次風量仍偏小，以致于二次風提速不明顯。通過調整降低一次風，一次風量較之前降低約10 000 m3/h，根據氧量提高二次風量，運行一段時間后檢驗，飛灰含碳量有了明顯降低，由原7%左右降低為4%～5%(見表2)，最終證明覆蓋受熱面和提高二次風口流速去降低飛灰含碳量是可行的。

表2 改造前后運行參數表

5 結語

1) 實現超低排放的基礎是鍋爐運行正常。

2) 循環流化床鍋爐運行正常的前提是保證燃燒正常，而鍋爐燃燒正常的標志是布風均勻，流化良好，一二次風配比合理，鍋爐能效得以保證。

3) 既達到初始排放低的目標，而又不影響鍋爐燃燒，是CFB鍋爐應從燃燒角度研究和不斷破解的課題。