循環流化床鍋爐調試中的主要問題及處理

李偉全

（山東電力建設第三工程有限公司，山東青島 266000）

1 循環流化床的構造與特征

循環流化床鍋爐的結構可分為前、中、尾三部分。前部為鍋爐爐膛，從上到下可分為三個區域：一次風室、密相區和稀相區。中心部分是旋風分離器，其功能是實現循環物料的分離。具體的工作質量直接受循環物料質量的影響。尾部煙道是CFB 鍋爐不可缺少的部件之一。蒸汽鍋爐的尾部煙道主要由過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器組成。尾部煙道內設計了廣泛的受熱面，還能起到煙氣、難以獲取的小顆粒的排出目的。此類鍋爐所擁有的高性能、低能耗的優勢主要是因為內部獨特的的燃燒特點。其燃燒原理是通過高溫引起煙氣和氣流擾動，提高顆粒之間的接觸效果。同時，有不少的顆粒返回到流化碳燃燒工作當中。鍋爐在工作過程中，會不斷地在鍋爐內產生大量的高溫固體顆粒，這些顆粒是可以循環利用的，因此，這種鍋爐稱為CFB 鍋爐。鍋爐可以有效地將排出的高溫固體顆粒收集起來，再送至爐膛重新燃燒，從而實現燃料的最大利用，有效提高鍋爐的燃燒效率。由于在CFB 鍋爐中，很大一部分固體顆粒可以回收利用，與其他傳統鍋爐相比，具有有效節約燃燒成本的優點。

2 循環流化床鍋爐使用現狀

循環流化床鍋爐作為一種較為成熟的清潔燃燒技術，已經在工業生產中得到了有效的應用，特別是在潔凈煤的研究領域。隨著技術的不斷發展，對燃料的適應性越來越高，燃燒效率也在不斷提高，爐體能夠脫硫脫硝，在中國潔凈煤發電領域發揮著非常重要的作用。CFB 鍋爐雖然具有較高的燃燒穩定效果和對燃料的適應性，但不能保證對所有煤種都有較高的利用效果。并且在最近幾年，在燃煤發電的發展背景下，很多燃煤電廠開始選擇對各種類型燃煤材料的使用，尤其是對劣質煤的投入，嚴重影響了工作效率，拉低熱效率，提高了對于煤的消耗。由于各類煤的燃燒性質在一定程度上不同，在煤質變化、機組維護、頻繁啟停等因素的影響下，最終煤炭消耗量會急劇增加，嚴重降低企業的經濟效益。

3 循環流化床鍋爐調試中的主要問題

3.1 爐膛中心區域缺氧

幾乎所有的CFB 鍋爐都存在爐膛中心缺氧的問題。其原因是二次風的設計和運行參數不適應高密度物料的最佳流化。除高密度物質顆粒對二次風射流的阻塞作用外，還存在覆蓋水壁的壁面附流垂直向下流動、顆粒在各層內水平運動不均勻、各轉彎變化區渦流干擾，垂直上升速度不均勻。這種中部缺氧會降低燃料在爐內的燃盡效果和脫硝效率，在低溫燃燒時不能實現高效燃盡。

3.2 床層溫度偏差

導致床層溫度偏差的幾個常見因素：物料粒徑、二次風幾何布局、布風板及風帽結構、分離器及返料器結構特點、一二次風配比、循環灰量、原始鍋爐設計爐內參數、爐膛有效高度、是否采用了多種燃料運行方式。床層溫度偏差大是CFB鍋爐普遍存在的問題。大多數CFB 鍋爐床層溫度偏差在50 ℃以上，嚴重偏差可達100 ℃以上。床層溫度的不均勻性必然會導致局部溫度峰值過高，這是NOx 急劇升高的主要因素。其NOx 生成是合理床層溫度下的數倍甚至更高。

3.3 床層溫度異常

對于CFB 機組來說，控制一個合適的床溫變化范圍，是鍋爐燃燒的關鍵因素之一。理論上，850～900 ℃的床溫控制范圍絕對是能接受的CFB 最佳低氮脫硝溫度，而對于現實運行需求來說，控制平均床溫為850～950 ℃時，既可以考慮斷煤不滅火應急處理且達到理想低氮效果，又能夠很好地實現多煤種變化時的料層燃盡過程和汽溫控制。由于物料顆粒粗時床層溫度高，物料顆粒細時床層溫度低的規律，許多CFB 鍋爐不能保證理想的床層溫度。此外，布風板、風帽和等壓風室的設計瑕疵，也會造成配風不均勻或床溫控制困難。

某些輸煤碎煤系統的缺憾，加上目前絕大多數用戶所使用的環錘式碎煤機的過破碎現象，容易造成3個異常情況：顆粒兩級分化嚴重、粗大顆粒顯著居多、細末燃料成為主導比例。使得燃煤顆粒很難實現0～8 mm 寬篩分下的理想級配顆粒，普遍出現不能保證床溫的現象。在運行過程中，950～1050 ℃和750～850 ℃兩種極端床溫現象較為常見，特別是在床溫較高的情況下，一般存在于中小型CFB 鍋爐的運行中。

危害：床層溫度過高時，容易產生過量NOx危害，使物料層發生高溫結焦；當床層溫度過低時，會產生大量的N2O，造成二惡英污染、燃盡率降低等問題。

3.4 床層溫度、爐膛出料溫度和返料溫差大

在循環流化床裝置運行過程中，床層溫度明顯高于爐膛出料口（分離器入口）溫度和回料溫度；或床層溫度明顯低于爐膛出料口（分離器入口）溫度和回料溫度。這種溫差的增大會影響整個物料循環流化過程的低溫燃燒效果和高效率低氮效果。大多數CFB 鍋爐爐膛出口溫度明顯低于床層溫度，溫差超過100 ℃。為了保證蒸汽溫度或蒸發量，必須在較高的床溫下運行，導致NOx 顯著增加。對于循環返料系統出現問題，或者返料腿給煤的大中型CFB 鍋爐來說，NOx 的減排目標還與返料系統溫度水平有著直接關系。

3.5 一次風率高

受鍋爐裝置設計、物料層厚、原煤粒度等諸多因素的影響，大多數CFB 鍋爐存在一次風量大、配風板流化速度快、相區密集等問題，導致燃燒條件差，原始NOx排放值高，密相區磨損嚴重，即使在合理粒度和氣流分布的條件下也無法解決。一次風比、流化風速、床下風室的綜合技術改造成為關鍵。

3.6 二次風布置不合理

國內外CFB 鍋爐普遍存在二次風噴口面積不合理、二次風組織不合理的問題。沒有正確處理射流穿透、氣流分布均勻性、風煤比局部平衡和制造還原氧化帶合理分布之間的協調關系，嚴重限制了CFB 鍋爐的燃燒效果，未能進行均勻、有效、科學的配置，不能在爐內完成高效低氮燃燒過程。

當煤質、風帽狀況、飛灰循環效率、粒度、布風板面積和流化速度等幾方面顯著變化時，物料層厚度自然會發生變化，相應高度和水平方向的爐膛壓力也會有很大的不同。相應的二次風設計應合理布置，以滿足核心燃燒區域的合理延伸，保證整個燃燒系統的正常運行，因此二次風的布置十分重要。

4 循環流化床鍋爐調試方法

4.1 風量調節

一次風量和二次風量構成總風量。CFB 鍋爐燃燒調節的一個重要參數是風量的調節。在設計過程中，一次風量和二次風量都是占據50%。臨界流化風量必須大于一次風量，否則會出現結焦；調整應根據材料層的溫度進行。一次風量的增加主要發生在物料層溫度較高時。

當料層溫度較低時，應減小風量。二次風從密相區與稀相區交界處的過渡段引入，其速度會比較高，可以保證密相區物料的連續加速。這樣，在稀相區物料密度增加，循環物料量也增加，燃燒狀態也得到改善。

4.2 料層溫度的控制

鍋爐運行時，流化床上物料的溫度（床溫）就是所謂的料層溫度。因為CFB 鍋爐與其他鍋爐的區別在于低溫燃燒，這是其主要特點之一。如果床層溫度過高，很容易導致床層物料結焦。如果床層溫度過低，對燃料的燃盡程度也會有一定的影響。另外，還會對鍋爐的負荷能力產生影響。在任何情況下，鍋爐的正常運行都不能得到保證，所以有必要對床溫進行控制。實踐證明，將CFB 鍋爐的床溫控制在850～950 ℃是比較合理的。

4.3 料層厚度的控制

料層過厚，難以承載，料層過薄，溫度過高。因此，材料層厚的調整應結合溫度和負荷。負荷低時，降低料層厚度，節省風機功耗，保持料層厚度高，防止高溫結焦。

5 循環流化床鍋爐運行的策略

5.1 強化床料質量

有很多電廠在停爐之后，為了能夠降低再次起爐所消耗的時間，通常選用足夠厚度的床料，便于再次啟動鍋爐時使用。相關試驗表明，該操作是可行的。但是該方法必須建立在合理的床料含碳量和粒度分布的基礎上。如果床料含碳量高，啟動后床溫在600 ℃時驟然上升。特別對于一些蒸發量較低、燃用煤質較低的鍋爐極有可能出現結焦問題，因此，在鍋爐停機時，一定要詳細檢查床料質量。如果床料含碳量高，含碳率達到3%以上，則需要排出一些床料，添加一些質量合格的床料使用；如果床料的平均粒度過小，則需打開通風機去除部分小粒度床料，加入粒度合格的床料進行彌補；如果床料中的平均粒徑偏大，就會對流化造成干擾，有必要通過渣冷卻器去除一些大顆粒，并加入合格的床料加以彌補。總之，床料的具體質量效果不僅會干擾冷態試驗數據的準確性，還會影響鍋爐的長期安全運行。

5.2 優化啟動床料厚度

在冷態試驗過程中，很多鍋爐工作人員喜歡結合廠家給出的床料厚度參考值來設計起始床料厚度，并沒有真正結合鍋爐本身的特點。通過鍋爐調試運行階段的反復啟動工作逐漸發現了一些規律。如果點火時床料層較厚，會導致床溫升緩慢，延長啟動時間，并且需要大量的點火油，但具有溫升相對穩定的優點；如果床料層太薄，可以更快地達到投放煤料放置的溫度。但物料層可能會被吹穿，導致氣流分布不均勻，最終結焦。結合多次換料層試驗，最終證明，為了滿足床料流化，找到最適合鍋爐啟動的床料厚度，更容易控制床料溫度和提升負荷。

5.3 循環流化床鍋爐燃煤機組脫硝工藝優化

（1）由于CFB 鍋爐具有較高的燃料適應性，會使用一些含硫量高的燃料。另外，由于尾部的過量空氣系數較高，因此，在鍋爐內部的SCR 反應器催化小會導致大量化合物的產生，導致下游設備的堵塞，最終對整體系統的連續運行造成嚴重的干擾。

（2）如果在工作中選用石灰石粉加熱爐脫硫技術，會導致石灰石在加熱爐中大量燃燒，最終導致大量CaO 的出現。這些CaO 會以小顆粒的形式隨煙氣一起進入SCR 反應器內，導致催化劑中毒的問題，嚴重影響催化劑的效率，大大削弱鍋爐的脫硝能力。

（3）與傳統煤粉鍋爐相比，CFB 鍋爐在結構布置上存在較大差異，尾部區域省煤器下方空間小，對SCR 反應器的安裝造成了干擾，幾乎沒有合適的放置區域。因此，鍋爐內安裝的SCR 反應器的實際工況不能達到預期效果。新型流化床鍋爐可以有效地將床溫控制在900 ℃以內，因此可以有效地利用低溫燃燒技術實現NOx 排放的有效控制。結合國家相關排放標準，只有采用SNCR 才能達到相關排放標準。通過SNCR 技術的應用，消除了鍋爐對催化劑的需求，大大降低了運行成本，有效地提高了企業的經濟效益。最合適的還原劑氨的反應溫度800～1200 ℃，而能有效地控制鍋爐的實際工作溫度約為900 ℃，這是非常接近SNCR 反應溫度，可使煙氣和還原劑進行有效混合反應，最終保證SNCR 技術具有良好的脫硝能力。因此，在CFB 鍋爐中采用SNCR 技術，不僅可以有效地提高設備的工作效率，而且大大降低了使用成本，使企業能夠獲得更好的經濟效益。

5.4 優化床溫控制系統

通過將智能控制系統應用于實際的發電工作中，可以有效地解決以往的一些困難。采用反饋控制技術，床層溫度不需要在一定范圍內進行調節，直到高于調節器的閾值才會開始工作。調節器的具體值可根據負荷的變化按比例進行修正，也可結合床層溫度的偏差和變化率，達到在線修正的效果。此外，前饋控制部分的前饋信號能加快系統的調節速度，讓床溫可以很快地對負荷變化進行適應。如果測量信號出現問題或被切換為手動模式時，床溫控制器也會自行切換為手動控制。

6 結束語

與傳統煤粉鍋爐相比，CFB 鍋爐的正常運行、控制和調整都相對簡單，但這種新技術設備要想能夠做到更好地進行調整，以確保最大限度的安全、經濟穩定，仍然是困難的。安全生產和經濟利益的最大化有些時候是不能并存的，CFB 不僅能安全的生產，而且還會給企業帶來最大的利益。企業要想確保正常運行，就應該保證生產過程的安全。只有在安全的環境中，企業才能正常運營。