床層壓差對循環流化床鍋爐正常運行的影響分析

武慧東

（山西天脊潞安化工有限公司，山西 長治 047500）

0 引言

循環流化床（以下簡稱CFB）燃燒技術具有效率高、負荷調節便利、污染物排放少和灰渣綜合利用效率高等諸多優點，因此循環流化床鍋爐的應用占比得到了進一步提升，正在朝向大規模應用的方向而進一步發展[1-2]。但在CFB 的實際運行過程中，其容易受到各種因素的影響，床層壓差則是一個較為顯著的影響因素，過高或過低均會導致CFB 的正常運行受到影響。對此，應當進一步探究床層壓差對循環流化床鍋爐正常運行的影響因素，以保障其長期平穩運行。

1 案例概況

某發電廠2 號機組鍋爐為典型的循環流化床鍋爐，于2019 年投入實際運行。根據該鍋爐的整體結構，可從以下三個方面對其進行描述：其一，在鍋爐的循環過程中，爐膛內燃料燃燒產生的成分將經過冷卻旋風分離器進行初步分離，而后依次通過高溫過熱器、中溫過熱器等部分進行加熱，同時在該回路中，由回料器對飛灰的流量進行調整。其二，在鍋爐的尾部煙道中，其過熱器、再熱器主要對尾氣的溫度進行調整，省煤器則主要用于余熱的再利用。其三，該鍋爐還配備有空氣預熱器，其主要作用是提高鍋爐的熱交換性能，降低不必要的能源消耗。該鍋爐機組的整體設計圖見圖1。

圖1 該鍋爐機組的整體設計示意圖

在該鍋爐機組系統的運行過程中，首先由機械設備抓取燃料并將其輸送至給煤口，使燃料進入爐膛內進行燃燒，隨著燃料燃燒放熱，鍋爐蒸汽的溫度也將隨之提升，蒸汽將依次通過過熱器、再熱器進行傳導，以調節鍋爐蒸汽溫度[3]。鍋爐燃料燃燒產生的煙氣則首先經由前煙道進入旋風分離器中進行處理，而后再經由進入到省煤器中，實現余熱的再利用。

在以往的運行中，該鍋爐運行長期保持平穩，但近期該鍋爐運行狀況逐漸轉差，特別是鍋爐的熱效率相對較低。根據技術人員初步分析后確定，造成這種狀況的主要原因是鍋爐床層壓差參數設置不盡合理。對此，該電廠技術部門決定對該流化床鍋爐系統的床層壓差進行調整，以實現鍋爐運行工況的優化。

2 床層壓差影響分析與優化

結合該電廠發電工作中常用的煤炭類型，本次床層壓差調整實驗采用基低位發熱量為22 364 J/kg 的煤炭，其主要成分質量分數如表1 所示。

表1 實驗用煤炭的主要成分質量分數

在確定以上煤種后，通過調整循環流化床的床層壓差，對該流化床鍋爐的運行及分析數據變化情況進行研究。本次床層壓差的調整主要按照以下步驟加以進行：在添加床料前，對布風板進行仔細地清理，清楚小孔和管座里的異物，并做冷態布風板阻力特性試驗，確保冷態下沒有產生阻力偏差，為后續的床層壓差調整予以準備；通過改變排渣量的方式，對床層壓差進行初步調整，將排渣量升高至較高水平；當床層壓差相對偏高后，通過調整風室調節擋板開度的方式，增加一次風量，以此進行床層壓差的進一步調整[4-5]。

在調整得到不同的床層壓差后，分別對不同床層壓差下的流化床運行及分析數據進行測試和讀取，由此得到分析結果如表2 所示。

表2 不同床層壓差下的流化床鍋爐運行及分析數據

根據表2 中的數據變化，可得出如下推論：在床層壓差升高時，煤灰中的碳含量先升高在降低，同時鍋爐燃燒熱效率也隨著床層壓差的升高而逐步升高。在此基礎上，控制流化風速為定值做進一步研究，結果顯示，當流化風速為恒定值時，床層壓差與燃料燃燒效果呈現負相關，即提升燃燒效率必須降低床層壓差，其主要機理是降低床層壓差有助于降低爐膛內的煤渣厚度，以此降低物料濃度，如此，物料可得到更加充足的氧氣而充分燃燒；在降低床層壓差后，細小煤粒在上升過程中相對更為順利，不易與床料發生空間碰撞，也更容易燃盡。根據以上研究結果，綜合考慮該電廠的實際情況，并整合床層流化狀態、煤質、煙氣氧含量、一次風與二次風配比、風機電耗等因素進行考慮，最終確定床層壓差控制為6.7 kPa，以降低煤灰中的碳含量，提高鍋爐燃燒熱效率。

在確定床層壓差后，為確保該優化后的床層壓差參數能夠控制鍋爐的穩定運行，測試人員進行重復實驗，共計進行16 個測量工況，分析風室風壓和爐膛差壓的變化情況，結果如圖2 所示。

圖2 所有測量工況下的風室風壓和爐膛差壓變化圖

根據此圖可見，隨著測量實驗的不斷重復進行，風室風壓逐漸呈下降趨勢，而爐膛差壓則基本不變。初步判斷，初始階段風室風壓偏高的原因是床層差壓調整完成時間較短，風室風壓變化存在滯后性。但整體來看，風室風壓和爐膛差壓在調整后呈現出明顯的改善狀態。

3 實際應用分析

在確定本次設置的床層壓差6.7 MPa 為合理參數后，基于該參數對流化床鍋爐進行重新設置，并對比優化前和優化后的運行狀況，結果如圖3 所示。

圖3 運行狀況對比

如圖3 所示，在優化床層壓差后，鍋爐的溫升率得到顯著提升，對鍋爐整體性能也起到了一定的改善作用。同時經過實際觀察后發現，當床層壓差參數得到調整后，顆粒終端運行速度顯著降低，不易與床料等部位碰撞，因此鍋爐的受熱面磨損幾率也隨之降低，這對于鍋爐長期穩定運行而言，具有重要的現實意義。

4 結語

整體來看，在本次研究中，根據某發電廠的生產實際情況，并結合流化床鍋爐的特點，探討了床層壓差對流化床鍋爐設備運行狀態的影響，通過多次實驗探尋相對較優的床層壓差參數，并將其投入到實際應用當中。結果顯示，通過對床層壓差參數的優化，鍋爐的運行效率得到進一步提升，同時也有助于減緩鍋爐磨損，確保鍋爐主體設備長期安全運行。這表明本次研究取得了初步成功，可為今后的相關工作提供參考借鑒。