小火電循環(huán)流化床鍋爐控制方案及經(jīng)濟(jì)性研究

尉永波

（山東華聚能源股份公司，山東 濟(jì)寧273500）

1 循環(huán)流化床鍋爐基本原理

循環(huán)流化床（CFB）作為一種新型、成熟的高效低污染的清潔燃燒技術(shù)，在火電鍋爐上得到了廣泛的應(yīng)用，其燃燒方式特殊，具有許多其他燃燒方式不具備的優(yōu)點(diǎn)，如可以實(shí)現(xiàn)低溫燃燒和降低NOx排放，并可實(shí)現(xiàn)在燃燒過(guò)程中直接脫硫，大大減少了世界主要大氣污染源——燃煤電站的二氧化硫（SO2）和氮氧化合物（NOx）的排放，從根本上解決了酸雨問(wèn)題。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐還具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣活性好且便于綜合利用、可以實(shí)現(xiàn)壓火熱備用、投資及運(yùn)行成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。因此，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在世界上得到迅猛發(fā)展，取得了重大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

循環(huán)流化床鍋爐一般可分成2個(gè)部分：（1）固體物料循環(huán)回路，包括爐膛、分離器、回料器等；（2）對(duì)流煙道，布置有過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等，接近于普通的煤粉爐。鍋爐燃燒所需要的一次風(fēng)和二次風(fēng)是從爐膛的底部和側(cè)墻送入。原煤塊被破碎之后，在刮板式給煤機(jī)的作用下被送到煤斗之中，在煤斗的下方安置著螺旋式給煤機(jī)，通過(guò)播煤風(fēng)可以將煤吹入爐內(nèi)。在爐膛出口的水平煙道內(nèi)放置著多級(jí)煙灰分離器，使分離出的高溫灰直接掉入灰斗中。

煤進(jìn)入爐膛之后，首先在主床上燃燒。預(yù)熱器的高壓風(fēng)從爐床的床下風(fēng)室向上進(jìn)入爐膛之內(nèi)，使得煤顆粒發(fā)生沸騰和燃燒。在煙氣的速度足夠高的情況下，許多顆粒能夠從床層離開，并且被煙氣攜帶到爐膛的上部進(jìn)行燃燒，最終被帶出爐膛。通常情況下，在爐膛的出口位置安裝著多級(jí)煙灰分離器，它能夠分離顆粒和煙氣，并且可以進(jìn)入煙道。一般要保證顆粒能夠上升、分離并且最終飛出爐膛，煙氣一定要達(dá)到某一最小速度。經(jīng)過(guò)分離的煙氣會(huì)進(jìn)入煙道，并在省煤器、空氣預(yù)熱器的作用下逐漸冷卻；與此同時(shí)，分離出來(lái)的顆粒會(huì)重新進(jìn)入爐膛并且繼續(xù)燃燒，然后再次上升、分離，從而產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過(guò)程。通過(guò)這種過(guò)程的不斷進(jìn)行，各煤種都能夠在850～950℃的溫度下進(jìn)行完全的燃燒。同時(shí)，由于爐膛內(nèi)的燃燒溫度不是很高，便于對(duì)氮氧化物的含量進(jìn)行控制。此外，適當(dāng)?shù)臏囟纫材軌虼偈固妓徕}顆粒與部分硫化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終獲得良好的脫硫效果。

2 循環(huán)流化床鍋爐控制方案

2.1 床溫控制

通常情況下，控制床溫應(yīng)該從煤種、煤量、一次及二次風(fēng)量、返料量、灰渣排放量等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。由此看來(lái)，控制床溫必須綜合考慮不同的因素，這一過(guò)程是較為復(fù)雜的。若床溫存在較大的偏差，且在控制過(guò)程中未取得明顯的效果，那么，就必須有效地調(diào)整鍋爐負(fù)荷，并在床溫得到有效控制后才可以再次恢復(fù)鍋爐的負(fù)荷。

為了在爐膛內(nèi)能夠更好地抑制氮氧化物的產(chǎn)生，同時(shí)獲取最好的脫硫效果，就一定要合理地控制床溫，保證床溫始終處在特定的低溫范圍內(nèi)，通常這一范圍是按照煤種和主機(jī)廠的推薦值來(lái)進(jìn)行設(shè)置的。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，為了實(shí)現(xiàn)更好地脫硫，應(yīng)該將溫度維持在850～950℃的范圍之內(nèi)。另外，由于使用了分級(jí)送風(fēng)、低溫燃燒的策略，因而能夠避免氮氧化物的產(chǎn)生。然而，相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫燃燒的情況下，N2O這種物質(zhì)非常容易生成，其產(chǎn)量會(huì)隨溫度的升高而逐漸減小。由此看來(lái)，必須合理地控制床溫，保證床溫在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，不能過(guò)高或者過(guò)低。

2.2 風(fēng)量控制

CFB鍋爐的風(fēng)量控制主要涵蓋了總風(fēng)量和一、二次風(fēng)量比例的控制2個(gè)方面。在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，總風(fēng)量能夠根據(jù)燃料信號(hào)獲得，同時(shí)可以根據(jù)過(guò)量空氣系數(shù)來(lái)進(jìn)行修正。另外，要改變總風(fēng)量，就應(yīng)該改變風(fēng)煤比，這與常規(guī)煤粉爐類似。但其在一、二次風(fēng)量的配比上與常規(guī)煤粉爐存在著差別。一、二次風(fēng)量的配比是負(fù)荷和煤種發(fā)熱量的函數(shù)。不過(guò)，CFB鍋爐一、二次風(fēng)量的配比控制通常以對(duì)二次風(fēng)機(jī)的控制為主，主要包括2種控制風(fēng)量的方式：（1）二次風(fēng)機(jī)的投運(yùn)時(shí)間較早；（2）二次風(fēng)機(jī)必須在負(fù)荷達(dá)到較高的狀態(tài)下才可以使用。

2.3 給料量控制

CFB鍋爐的給料量控制主要包括給煤量控制和碳酸鈣給量控制2個(gè)方面。

通常情況下，給煤量控制主要是通過(guò)對(duì)給煤機(jī)出力進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到的。煤量的給定值是由熱負(fù)荷輸出作為煤量需求指令并與總風(fēng)量低選后確定的；給煤量主要是受負(fù)荷指令和風(fēng)—燃料比聯(lián)鎖控制。

碳酸鈣給量控制是根據(jù)環(huán)保部門對(duì)二氧化硫排放的測(cè)量是否達(dá)到要求來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，其必須經(jīng)過(guò)主調(diào)節(jié)和副調(diào)節(jié)共同構(gòu)成串級(jí)控制回路。碳酸鈣量給定值由碳酸鈣給量與當(dāng)前煤量的合適比例確定，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)煙氣中的二氧化硫含量來(lái)進(jìn)行修正，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的碳酸鈣粉量，科學(xué)有效地控制鈣硫比，確保二氧化硫排放量能夠在規(guī)定的范圍之內(nèi)，最終獲取良好的脫硫效率。

3 提高循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的措施

3.1 低床壓燃燒措施

床壓是反映爐內(nèi)床料量多少的參數(shù)，也是爐床料量多少的唯一判據(jù)，其數(shù)值會(huì)因負(fù)荷、風(fēng)量、床料粒度、煤質(zhì)、煤種等各種變量的改變而發(fā)生改變，因此，床壓是循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)中非常關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)。在鍋爐正常工作過(guò)程中，床壓的測(cè)量值會(huì)隨著鍋爐負(fù)荷、爐內(nèi)灰的粒徑、煤的質(zhì)量、煤的破碎粒度以及風(fēng)量的改變而發(fā)生改變，因此爐內(nèi)的床壓控制值也會(huì)不斷發(fā)生變化，必須在進(jìn)行多次試驗(yàn)之后才能確定適當(dāng)?shù)拇矇骸?/p>

由于爐內(nèi)的床壓控制值會(huì)不斷發(fā)生變化，因此，在鍋爐正常工作過(guò)程中必須綜合控制床料，并根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特性以及鍋爐的工作情況來(lái)合理地確定運(yùn)行值。經(jīng)過(guò)多次逐漸降低床壓運(yùn)行控制值，以及對(duì)每次改變床壓值后鍋爐運(yùn)行情況的總結(jié)分析，我公司最終得出了較為合理的運(yùn)行控制值，該控制值比原控制值有了較大幅度的降低，使得高負(fù)荷時(shí)可以控制偏低值，低負(fù)荷時(shí)可以控制偏高值，從而在該范圍內(nèi)有效控制床壓過(guò)低或過(guò)高的不利影響。

3.2 低氧量燃燒措施

由于循環(huán)流化床鍋爐爐膛的密封性較強(qiáng)且漏風(fēng)系數(shù)較小，氧量隨煙氣流向逐漸降低，這與傳統(tǒng)煤粉爐的氧量隨煙氣流向因漏風(fēng)的增加而變大正好相反，因此降低氧量運(yùn)行是可行的和有利的，在經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行分析對(duì)比后，已確保其適用性。在采用低氧量燃燒技術(shù)后，風(fēng)量的減少能夠降低風(fēng)機(jī)的能耗；床溫的提高也會(huì)大幅度提升鍋爐的燃燒效率，并且能夠降低飛灰的含碳量；風(fēng)速的降低能夠減輕磨損。由此看來(lái)，采用低氧量燃燒技術(shù)能夠最大限度地提升鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)燃燒這一非常復(fù)雜的過(guò)程，通過(guò)對(duì)燃燒的理論研究以及大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，從運(yùn)行和調(diào)整2個(gè)方面積極探索解決方法，較準(zhǔn)確地掌握了爐內(nèi)燃燒工況，從而較精確地對(duì)燃燒進(jìn)行了調(diào)整，既提高了鍋爐運(yùn)行水平，又保證了循環(huán)流化床鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

［1］岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004

［2］路春美，程世慶，王永征.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003