火電廠循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能降耗問題研究

摘要：循環(huán)流化床鍋爐作為一種高效率、低污染的節(jié)能產(chǎn)品，對改善環(huán)境、充分利用一次能源、促進電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、提高電力行業(yè)和化工行業(yè)的技術(shù)水平具有重要意義。基于此，本文首先介紹火力發(fā)電廠循環(huán)流化床的構(gòu)造，其次闡述循環(huán)流化床鍋爐特點，再次探討火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能降耗存在的問題，最后提出多種鍋爐節(jié)能降耗對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：火電廠；循環(huán)流化床鍋爐；節(jié)能降耗

DOI：10.12433/zgkjtz.20232244

在我國經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的深入，環(huán)境保護意識的增強，我國燃煤電廠面臨前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。由于能源問題日益嚴重以及對節(jié)能環(huán)保意識的日益增強，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要一套行之有效的節(jié)能減排方法。與此同時，燃煤發(fā)電企業(yè)也正在采取一些有效的對策，節(jié)約能源，降低能耗，其中，鍋爐作為火力發(fā)電廠的關(guān)鍵，已成為調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要結(jié)合實際，制定相應(yīng)的對策，提高鍋爐操作的節(jié)能性，減少電廠的操作費用，以此提高經(jīng)濟效益。

一、循環(huán)流化床的構(gòu)造

循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)分為前、中、后三部分。首先是鍋爐的流化床，從上到下可分為主風(fēng)室、密相區(qū)和稀相區(qū)三個區(qū)域，水冷壁鋪設(shè)在其周圍，以提供燃燒空間。中間是旋風(fēng)分離器，功能是分離循環(huán)物料，具體工作質(zhì)量直接受循環(huán)物料質(zhì)量的影響。最后是尾煙囪，它是循環(huán)流化床鍋爐的基本部件之一。蒸汽鍋爐主要由過熱器、再熱器、省煤器以及空氣預(yù)熱器組成。后煙道設(shè)計用于多種受熱面，也用于排放煙霧和小顆粒物，循環(huán)流化床鍋爐的高性能和低能耗優(yōu)勢主要是由于獨特的內(nèi)燃特性，燃燒原理是通過高溫?zé)煔夂蜌饬鞲蓴_提高顆粒之間的接觸效果，同時，許多顆粒返回流化燃燒。鍋爐可以有效收集原本會被排除在外的高溫固體顆粒，然后送入鍋爐用于新的燃燒目的，從而最大程度上利用燃料，提高鍋爐的燃燒效率。大多數(shù)固體顆粒都可以在循環(huán)流化床鍋爐中回收，與其他傳統(tǒng)鍋爐相比具有優(yōu)勢，可以節(jié)省燃燒成本，這也是其他鍋爐沒有的功能。正是由于這些獨特的優(yōu)點，循環(huán)流化床鍋爐的工業(yè)化使用效果比較理想。

二、循環(huán)流化床鍋爐特點

（一）循環(huán)流化床環(huán)境污染少

循環(huán)流化床可以對煤進行脫硫和氮化，循環(huán)流化床的重要優(yōu)點是可以有效脫硫，保護環(huán)境。煤粉爐膛的高溫會導(dǎo)致焦炭殘渣過多，影響脫硫和制氮的效果，爐膛溫低會導(dǎo)致熱損失。循環(huán)流化床的一般內(nèi)溫約為900℃，循環(huán)流化床可通過加入石灰石等脫硫劑，為煤炭脫硫工藝提供最佳溫度，循環(huán)流化床鍋爐的溫度稍低，采用分段進氣可以抑制燃煤過程中氮氧化物的生成，進而實現(xiàn)氮脫硫，降低大氣環(huán)境污染。

（二）循環(huán)流化床鍋爐煤炭燃燒率

高循環(huán)率的流化床利用動力流化床的燃燒特性，使大量的飛灰顆粒在鍋爐中實現(xiàn)平穩(wěn)循環(huán)，同時增加大量煤種，只占用床層原料的一小部分，使爐膛內(nèi)的熱交換更加充分，煤的預(yù)熱和燃燒更有效。在未燃燒的煤顆粒的情況下，重復(fù)循環(huán)增加煤顆粒在爐膛中的停留時間，能參與多次熱交換，實現(xiàn)充分燃燒。循環(huán)渦流床對原料的適應(yīng)性也更強，無論是高硫煤、潔凈煤還是煤矸石，都能得到完全焚燒，從而提高資源利用率。

（三）循環(huán)流化床鍋爐調(diào)節(jié)性較強

高溫循環(huán)和灰燼顆粒在循環(huán)浮子鍋爐中儲存更多熱量，可以確保窯內(nèi)溫度穩(wěn)定。當添加新碳時，會產(chǎn)生熱量，可以快速加熱和點火，降低旋轉(zhuǎn)浮子鍋爐的負載，進行更好的負載管理。而當旋轉(zhuǎn)浮動層上的負載發(fā)生變化時，可以調(diào)節(jié)碳量和流速。

三、火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能降耗存在的問題

（一）燃燒負荷大

在發(fā)電廠的鍋爐運行過程中，引燃的狀態(tài)下具有較高的負載，如果不能及時進行有效控制，會影響到生產(chǎn)量和工作效率，導(dǎo)致資源浪費。鍋爐的高引燃負荷導(dǎo)致整個引燃過程需要消耗大量資源。如果可以采取有效措施設(shè)計鍋爐的負載方案，有利于減少濃煙與發(fā)燙量，這也是當前多數(shù)發(fā)電廠鍋爐因引燃導(dǎo)致效率不高的難點。要想有效降低負荷率，需要采取有效措施降低耗能，確保鍋爐有效運行。

（二）鍋爐運行出現(xiàn)問題

對于火力發(fā)電廠的鍋爐而言，燃料利用率只有在高運行負荷下才能相應(yīng)提升。在鍋爐運行過程中，如果燃料變形或原煤質(zhì)量低，會頻繁發(fā)生火焰故障。燃油質(zhì)量差主要是由于管理人員沒有按照要求儲存燃油，導(dǎo)致貯存期間質(zhì)量下降，無法滿足鍋爐運行需求。除了燃料問題外，還有許多影響鍋爐運行的因素。在嚴重的情況下，可能引發(fā)安全事故。

（三）爐膛和煙道漏風(fēng)對爐膛燃燒有很大影響

漏氣會影響爐內(nèi)溫度，提升鍋爐的引燃速率，增加煙氣量，如果不能及時調(diào)節(jié)溫度，就會造成煙氣熱危害。例如，熔爐中大量的氣體泄漏會變更熔爐內(nèi)的空氣動力學(xué)規(guī)范，降低熔爐溫度，防止燃油燃燒以及燃燒不完全時的熱損失增加。

（四）燃料質(zhì)量較差

鍋爐的動力來源是煤等原料，其品質(zhì)對鍋爐的能耗有較大影響。大多數(shù)發(fā)電廠使用原煤作為主要燃料，含有大量雜質(zhì)，同時不同類型的原煤質(zhì)量差異較大，燃燒效果不同。缺乏燃燒是火力發(fā)電廠燃煤很可能會出現(xiàn)的問題，也是燃煤率下降的主要原因。此外，燃料品質(zhì)較低，還會造成鍋爐的燃燒過程不穩(wěn)定，生成大量熔渣，導(dǎo)致燃燒過程中產(chǎn)生的燃料廢物變得更重，如果不能有效處理殘留物，就會污染環(huán)境。

四、提高循環(huán)流化床節(jié)能降耗能力的措施

（一）對循環(huán)流化床鍋爐的各參數(shù)指標要正確控制

從燃燒過程的特點以及燃燒的運行情況來看，燃燒過程中所需的燃氣量比常規(guī)燃燒過程中所需的燃氣量多。相關(guān)技術(shù)人員要結(jié)合企業(yè)的具體情況，科學(xué)計算相關(guān)指數(shù)，嚴密控制生產(chǎn)工藝，同時在年度審查期間，必須校準鍋爐風(fēng)量的決定因素。使用熱流量計精確校準一次和二次風(fēng)量以及總風(fēng)量，然后使用改進的熱測量系統(tǒng)檢查校準結(jié)果，以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)精度。循環(huán)流化床鍋爐床的溫度也必須進行控制。通過打開外床的錐形閥，可以在800℃范圍內(nèi)，調(diào)整爐溫。在旋風(fēng)機入口，不宜太高，以免造成爐膛內(nèi)的高溫?zé)龘p。如果煙霧溫度出現(xiàn)了異常，會造成回流錐閥兩邊的冷卻裝置出現(xiàn)異常；如果能控制煙霧溫度，則有利于實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

（二）嚴控補水率和床溫?zé)崃?/p>

應(yīng)嚴格控制系統(tǒng)的補水率，通常小于3%，閥門內(nèi)不得有泄漏。在確保熱系統(tǒng)正常運行的同時，廢水排放量小于2%。如果控制熱力學(xué)系統(tǒng)的水填充率，應(yīng)增加填充率，確保電容器始終在高水位下運行，然后關(guān)閉水填充閥；同時，適當調(diào)整系統(tǒng)排水閥，并使用冷凝器水位降計算熱力學(xué)系統(tǒng)的再水化速率，如果大于3%，檢查閥門是否存在內(nèi)部泄漏。為了控制床的溫度，有必要確保各種測溫部件處于良好狀態(tài)，并始終將熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度控制在850～920℃之間。在鍋爐運行期間，有效控制床的溫度是控制參數(shù)的主要因素，要求在整個控制過程中，根據(jù)煤炭材料分析熱系統(tǒng)負荷變化，與環(huán)保工作要求密切相關(guān)，調(diào)整煤炭量，為了更好地發(fā)揮其作用，需要調(diào)節(jié)溫度。采用高硫燃油時，如果床的溫度為850～880℃，可獲得較好的脫硫效果；如果煤的質(zhì)量更好，適當提高燃燒溫度，提高燃燒效率。在負載變化的情況下，需要調(diào)整煤供應(yīng)，確保循環(huán)流化床回火熱系統(tǒng)的正常蒸汽壓力。在控制蒸汽壓力時，控制熱力學(xué)系統(tǒng)中主蒸汽的溫度是重點，可以此提高熱力學(xué)控制的自動輸入速率。

（三）仔細觀察并勤于調(diào)整碎煤機的工作狀態(tài)

在燃料燃燒前，有必要使用破碎機控制煤顆粒，并確保其均勻分布，如果不及時調(diào)整破碎機，煤顆粒往往會超過設(shè)計量，由于粗料沉積，會增加材料層的阻力，進而影響冷渣去除的效果。料層的實際厚度很薄，由于物料層易被氣流沖刷而產(chǎn)生溝狀氣流，非均質(zhì)氣流會產(chǎn)生部分結(jié)渣，很難形成一個穩(wěn)固而密集的相區(qū)域，造成底部殘渣中的碳含量較高。此外，當細粉末較大時，會使燃料進入回流裝置，導(dǎo)致排氣管焦化或直接接觸，排氣溫度升高，從而引發(fā)事故。因此，在地面破碎機的日常操作和保養(yǎng)過程中，需要進行更多的觀察和調(diào)整，在檢測循環(huán)流化床中平均煤粒與計算值的偏差時，必須在每次操作后及時調(diào)整篩網(wǎng)或破碎機頭之間的間隙，改變破碎機設(shè)置的技術(shù)參數(shù)，確保其安全高效運行。

（四）循環(huán)流化床鍋爐燃煤機組脫硝工藝優(yōu)化

流化床鍋爐燃料的適應(yīng)性強，可使用含硫量高的燃料。此外，鍋爐中SCR反應(yīng)器的催化效果低，導(dǎo)致產(chǎn)生大量化合物，下游設(shè)備出現(xiàn)問題，最終影響整個系統(tǒng)連續(xù)運行。如果在工作中選擇爐內(nèi)脫硫技術(shù)添加石灰粉，爐內(nèi)將產(chǎn)生大量石灰石，導(dǎo)致SCR反應(yīng)器中大量氧化鈣以小顆粒的形式跟隨煙氣，發(fā)生催化劑中毒，不僅會影響催化劑的效率，還會降低鍋爐的脫氮能力。與傳統(tǒng)煤粉鍋爐相比，流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)布置具有明顯差異，后部區(qū)域省煤器下方的空間較小，會干擾SCR反應(yīng)器的安裝，幾乎沒有合適的鋪設(shè)表面。

不過，新型流化床鍋爐可以將床溫控制在900℃以下，利用低溫燃燒技術(shù)有效控制氮氧化物排放。結(jié)合國家相關(guān)排放標準，只有使用SNCR才能達到相關(guān)標準。還原氨合適的反應(yīng)溫度在800～1200℃之間，而鍋爐的實際工作溫度可有效控制在900℃左右，適合SNCR的反應(yīng)溫度。因此，在流化床鍋爐中使用SNCR技術(shù)，不僅可以有效提高工廠效率，還能顯著降低運營成本，幫助企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟效益。

（五）除塵器的節(jié)能優(yōu)化

隨著火力發(fā)電廠污染指標和地方政府法規(guī)的調(diào)整，火力發(fā)電廠要達到超低排放標準。在流化床鍋爐上，測試最新的除塵技術(shù)，由于灰含量高，該技術(shù)使用較少的煤，需要改革流化床鍋爐除塵技術(shù)。袋式除塵器的除塵效率不符合相對低排放的要求，加上電廠電阻大、能耗高，需要改進除塵技術(shù)，使用電動除塵器或電動袋進行除塵組合。在設(shè)計電除塵器功率時，變壓器高壓電除塵器的電流設(shè)計應(yīng)充分考慮低含煤量的影響。在這種處理中，產(chǎn)生的灰分濃度往往低于估計值的2～3倍。在符合排放標準的情況下，變壓器裝置的總輸出電壓比降低到規(guī)定范圍內(nèi)，以此降低市電分離器和輔助設(shè)備的能耗，有效節(jié)能，提高效率。

（六）采用混合燃料提高燃燒效率

循環(huán)流化床鍋爐的運轉(zhuǎn)離不開燃燒的燃料，目前所用的大部分都以煤為代表的非再生資源，與新能源相比，性價比偏高。在其焚燒的過程中，也會排放許多有毒的東西。在此基礎(chǔ)上，利用生物質(zhì)作為補充劑，將生物質(zhì)與燃煤復(fù)合，可改善燃油燃燒效果。而最普通的生物質(zhì)燃料是稻草，由于稻草很難加工，一般都會被燒掉，不僅會導(dǎo)致巨大的生物質(zhì)燃料消耗，也會污染空氣。通過對秸稈的生物發(fā)酵，可以產(chǎn)生烷烴等可燃性氣體，在燃燒時沒有產(chǎn)生有毒的氣體，實現(xiàn)綠色發(fā)展。不過，秸稈處理較麻煩，通常摻入煤中焚燒，二者混合后，能讓燃料間有充足的間隙，從而在燃燒時有充足的氧助燃，使得燃燒更為徹底。

五、結(jié)語

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐是一項節(jié)能、環(huán)保、高效的技術(shù)，可實現(xiàn)低熱值燃料的高效利用與可再生能源的可再生能源，在環(huán)境保護與節(jié)能上具有顯著的優(yōu)越性，是目前國家節(jié)能、低碳發(fā)展的迫切需求。通過對循環(huán)流化床鍋爐進行合理的節(jié)能優(yōu)化，可以使其更好地發(fā)揮節(jié)能作用。為進一步提升循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的節(jié)能水平，應(yīng)重視并加強對鍋爐空氣系統(tǒng)和除塵器的節(jié)能優(yōu)化，還應(yīng)重視并加強對鍋爐排放造成的熱損失，提升有關(guān)人員的職業(yè)素養(yǎng)與技術(shù)，讓循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)更上一層樓。

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作者簡介：孫國梁（1986），男，山東省鄒城市人，本科，助理工程師，節(jié)能專工，主要研究方向為電廠節(jié)能；王連喜（1986），男，山東省鄆城縣人，本科，助理工程師，技術(shù)員，主要研究方向為循環(huán)流化床鍋爐燃燒及調(diào)控。