大型循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能提效技術(shù)探析

趙孔友

（陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司，陜西 西安 710018）

大型循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能提效技術(shù)探析

趙孔友

（陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司，陜西 西安 710018）

我國自主研發(fā)并投產(chǎn)了世界首臺(tái)600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐的順利投產(chǎn)使我國成為循環(huán)流化床鍋爐理論與技術(shù)水平最為完備的國家之一。隨著國家節(jié)能減排政策的深入，循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能技術(shù)研究已被作為重點(diǎn)項(xiàng)目研發(fā)。文章針對循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能設(shè)計(jì)原理、運(yùn)行方式及管理方式進(jìn)行了剖析。

大型循環(huán)流化床；鍋爐技術(shù)；節(jié)能技術(shù)；提效措施；輔助系統(tǒng)

近十年來，我國循環(huán)流化床（CFB）鍋爐技術(shù)發(fā)展迅猛。隨著我國首臺(tái)300MW CFB進(jìn)口鍋爐于四川白馬電站投運(yùn)，我國多臺(tái)自主研發(fā)的300MW級以上CFB鍋爐相繼投產(chǎn)。迄今為止，我國建有的CFB鍋爐數(shù)量世界最多、規(guī)模最大、參數(shù)最高，我國的CFB鍋爐設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行水平已處于世界頂尖水平。在此期間，我國CFB技術(shù)領(lǐng)域的專家、學(xué)者做了大量細(xì)致的工作，通過對大批CFB鍋爐的研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工，調(diào)試和生產(chǎn)期間的各類運(yùn)行方式進(jìn)行分析總結(jié)，歸納出節(jié)能提效的主要觀點(diǎn)：第一，采用流態(tài)重構(gòu)節(jié)能型CFB鍋爐技術(shù)，優(yōu)化床料質(zhì)量，減少無效床料，降低風(fēng)機(jī)壓頭和廠用電率，并有效解決了燃燒效率偏低的運(yùn)行問題；第二，采用床下燃油點(diǎn)火方式，盡可能降低鍋爐風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)械脈動(dòng)填煤，創(chuàng)新應(yīng)用節(jié)能型霧化油槍有效降低點(diǎn)火油耗；第三，在輔機(jī)設(shè)備選型方面，考慮全國火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降的實(shí)際，大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械使用變頻調(diào)速器進(jìn)行調(diào)控，避免基于鍋爐BMCR工況作為設(shè)計(jì)選型風(fēng)機(jī)偏離運(yùn)行值較大導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率低、耗電大，此外采用性能可靠的底渣熱量回收裝置，提高鍋爐熱效率等系列節(jié)能提效技術(shù)。通過大量試驗(yàn)研究、工程實(shí)踐，這些措施均取得了不錯(cuò)的節(jié)能作用。

1 大型CFB鍋爐的特點(diǎn)

大型CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、脫硫效率高、NOX原始濃度低、燃燒強(qiáng)度大、燃料預(yù)處理操作簡單、低負(fù)荷穩(wěn)燃特性優(yōu)等。表現(xiàn)在CFB鍋爐采用低溫（床溫可控制在900℃以下）燃燒技術(shù)，降低NOX源頭生成量，并為爐內(nèi)脫硫創(chuàng)造了最佳反應(yīng)溫度條件，環(huán)保投入低、效益好；可以大量燃用煤粉鍋爐不能燃用的矸石、煤泥等低熱值燃料，實(shí)現(xiàn)就地清潔高效轉(zhuǎn)化利用；燃燒效率高，最高可達(dá)到98%以上。

2 大型CFB鍋爐選型

2.1 依據(jù)燃料成分明確鍋爐型號

大型CFB鍋爐可燃用各種劣質(zhì)燃料，包含煤炭洗選副產(chǎn)物、生活污染廢物以及各類燃料混合物等。在鍋爐選型設(shè)計(jì)時(shí)，需提前對燃料進(jìn)行成分鑒定，出具數(shù)據(jù)報(bào)告，經(jīng)過專業(yè)人員仔細(xì)分析給出燃料分析報(bào)告，鍋爐廠依據(jù)此報(bào)告，作為大型CFB鍋爐設(shè)計(jì)選型、制造的基礎(chǔ)，各企業(yè)在選擇CFB鍋爐時(shí)要依據(jù)企業(yè)自身需求進(jìn)行選擇，在招投標(biāo)過程中進(jìn)行技術(shù)溝通和理念互通，以專業(yè)術(shù)語客觀地表達(dá)鍋爐的實(shí)際制作型號。

2.2 推進(jìn)CFB鍋爐向更高參數(shù)、更大容量方向發(fā)展

以煤為主符合我國資源稟賦事實(shí)，根據(jù)國家煤炭洗選政策，到2020年，原煤入洗率、矸石利用率均需達(dá)到80%以上，礦區(qū)產(chǎn)生可用于發(fā)電的煤泥、矸石等低熱值煤將達(dá)到5億噸，實(shí)踐證明，CFB發(fā)電技術(shù)是大規(guī)模清潔高效利用低熱值煤的最佳途徑。目前，我國小容量CFB機(jī)組占比大、總體能耗較高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年3月，超臨界CFB機(jī)組僅占6%；150MW超高壓CFB空冷機(jī)組平均供電煤耗值367g/kWh、平均廠用電率7.85%，300MW亞臨界CFB空冷機(jī)組平均供電煤耗值346g/kWh、平均廠用電率8.07%，某350MW超臨界CFB空冷機(jī)組供電煤耗值342g/kWh、廠用電率6.5%，可見隨著CFB鍋爐參數(shù)的提升，機(jī)組的能耗呈現(xiàn)下降趨勢；此外經(jīng)測算：一臺(tái)660MW超超臨界CFB機(jī)組較超臨界CFB機(jī)組降低供電煤耗10g/kWh以上，可減少碳排放約7萬噸/a（按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)4000h計(jì)），消耗矸石、煤泥等低熱值煤近150萬噸/a。因此，推進(jìn)CFB鍋爐向更大型化方向發(fā)展，可進(jìn)一步降低能耗，對于我國建設(shè)能源節(jié)約型社會(huì)具有深遠(yuǎn)意義。

3 低床壓運(yùn)行技術(shù)

目前國內(nèi)部分國產(chǎn)自主型的CFB機(jī)組，在保持CFB煤種適應(yīng)性廣和污染排放控制成本低的優(yōu)勢條件下，通過流態(tài)重構(gòu)提高床料質(zhì)量和降低床料量，降低運(yùn)行床壓，減少了鍋爐風(fēng)機(jī)能耗。經(jīng)調(diào)研國內(nèi)某350MW超臨界空冷CFB鍋爐已實(shí)現(xiàn)低床壓運(yùn)行，機(jī)組滿負(fù)荷測試床壓為4.85～5.3kPa，供電煤耗336g/kWh、廠用電率6.25%，節(jié)能效果明顯。實(shí)現(xiàn)低床壓運(yùn)行的關(guān)鍵條件是，依據(jù)繪制的CFB鍋爐流態(tài)圖譜，配置性能可靠的燃料破碎篩分系統(tǒng)，保證燃料粒徑滿足要求；優(yōu)化提高旋風(fēng)分離器效率，維持爐內(nèi)有足夠的細(xì)顆粒床料和爐膛的上床壓，保證爐內(nèi)有足夠參與循環(huán)換熱的細(xì)循環(huán)物料量，這樣可以將爐內(nèi)不參與循環(huán)換熱的大顆粒渣排除爐外，有效降低水冷風(fēng)室背壓。

4 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)

通過工程實(shí)踐，大型CFB鍋爐一、二次風(fēng)機(jī)因風(fēng)壓高，只能采用離心風(fēng)機(jī)，因其使用效率高、能耗高。通過對比分析，帶變頻器的離心風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)，尤其是鍋爐在低床壓運(yùn)行工況，一次風(fēng)機(jī)軸功率更低，廠用電率進(jìn)一步降低。國內(nèi)某大型設(shè)計(jì)院針對660MW超超CFB鍋爐一次風(fēng)機(jī)調(diào)速方式進(jìn)行對比分析，結(jié)果為：在BMCR工況，低床壓運(yùn)行時(shí)，采用變頻裝置的較采用定速的離心風(fēng)機(jī)軸功率低1171kW，按機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)4000h計(jì)，一臺(tái)CFB鍋爐可節(jié)省電耗937萬kWh，節(jié)能收益明顯；二次風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果同樣顯著。

5 輔助系統(tǒng)的類型選擇

5.1 鍋爐底渣設(shè)備

大型CFB鍋爐排渣量較大，熱損耗較高，必須通過冷渣器降低熱損耗。冷渣器的選擇要綜合考慮實(shí)際入爐燃料特性，燃料破碎篩分設(shè)備配置，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保持物料的最佳使用等。在總結(jié)現(xiàn)役大型滾筒冷渣器和流化床式風(fēng)水聯(lián)合冷渣器使用效果的基礎(chǔ)上，盡量發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，比如：滾筒冷渣器操作方便、可靠性高，對底渣粒度要求不嚴(yán)、運(yùn)行電耗較低，流化床式風(fēng)水冷渣器單臺(tái)出力大、可提高鍋爐效率、可選擇性排渣，因此冷渣器的選擇應(yīng)綜合鍋爐提效、節(jié)能降耗各因素。第一，研發(fā)優(yōu)化采用新型風(fēng)（水）冷渣器回收鍋爐底渣熱量節(jié)能技術(shù)，提升鍋爐效率；第二，將兩種形式的冷渣器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合、靈活運(yùn)行，協(xié)調(diào)提高鍋爐效率、降低能耗。結(jié)合某600MW級CFB項(xiàng)目，測算采用冷渣器設(shè)備后，可提高鍋爐效率0.5%以上。

5.2 爐內(nèi)脫硫系統(tǒng)

大型CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫劑多使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的石灰石，影響脫硫效率的因素有石灰石品質(zhì)、粒徑、流化速度、床溫、Ca/S摩爾比等。通過在300MWCFB鍋爐上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，石灰石粒徑≤1.5mm時(shí)，即使Ca/S在2.5以上，脫硫效率僅70%，通過嚴(yán)格控制石灰石粒徑≤0.5mm，脫硫效率最高可達(dá)95%，脫硫效果優(yōu)異，但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于石灰石顆粒較細(xì)，上部床壓沒有出現(xiàn)增長的趨勢，分離器的分離效率似乎不太理想；實(shí)驗(yàn)表明，在進(jìn)行大型CFB爐內(nèi)脫硫效率選擇時(shí)，應(yīng)立足項(xiàng)目實(shí)際條件，通過深入技術(shù)論證和運(yùn)行調(diào)整，不斷摸索CFB爐內(nèi)、爐外脫硫最佳占比，綜合低能耗、低成本因素，選擇最佳的爐內(nèi)脫硫效率，輔助爐外脫硫，實(shí)現(xiàn)CFB鍋爐超低排放。

5.3 填料系統(tǒng)

基于設(shè)計(jì)理念和操作習(xí)慣，提升燃料管理力度是最佳選擇。在保證采取燃料成分均勻的前提下，應(yīng)強(qiáng)化篩選燃料的品質(zhì)，確保粒度合格，保證爐前的燃料被充分使用和穩(wěn)固運(yùn)行，提升鍋爐使用效率。

5.4 灰塵處理系統(tǒng)

對于CFB鍋爐而言，大多燃用劣質(zhì)燃料，灰塵量較同容量煤粉鍋爐大。一般需要采用專業(yè)的靜電除塵器進(jìn)行煙塵初步處理，但灰塵排放量過大，除塵器的利用率較低。再則，僅采用布袋除塵，前級灰塵顆粒較大，對濾袋的磨損較為嚴(yán)重，濾袋的清洗頻率過高，不利于長久使用。綜合考慮，可以采取布袋與靜電除塵器相結(jié)合的方式；采用高效靜電除塵器與濕法高效脫硫除霧器協(xié)調(diào)的方式；采用干法脫硫除塵一體化等多種組合方式，具體需統(tǒng)籌考慮采用的脫硫工藝、維護(hù)的工作量及系統(tǒng)阻力等因素，在節(jié)能高效的前提下實(shí)現(xiàn)粉塵達(dá)標(biāo)排放。

6 關(guān)鍵設(shè)備選型

大型CFB鍋爐選型中機(jī)械設(shè)備是節(jié)能的關(guān)鍵。在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)充分考慮當(dāng)前電力負(fù)荷較低的實(shí)際，打破常規(guī)，避免裕量選擇過大。實(shí)際工程中好的做法：綜合考慮《大火規(guī)》有關(guān)規(guī)定，鍋爐三大風(fēng)機(jī)TB點(diǎn)風(fēng)壓不再重復(fù)考慮鍋爐本體、空預(yù)器及除塵器等系統(tǒng)設(shè)備阻力的裕量，直接選取設(shè)備廠家提供的最大設(shè)備阻力，并在招標(biāo)技術(shù)文件中科學(xué)設(shè)置技術(shù)條件，力求廠家提資精準(zhǔn)，規(guī)避重復(fù)疊加，導(dǎo)致裕量選擇過大。

7 加強(qiáng)監(jiān)測控制力度

大型CFB鍋爐的使用是基于其特殊的燃燒結(jié)構(gòu)。從政府角度分析，在政策要求、系統(tǒng)改造、設(shè)施選購、運(yùn)行發(fā)展、管理促進(jìn)等方面都要實(shí)現(xiàn)大的提升，保證電力系統(tǒng)、電力檢測控制系統(tǒng)的正常使用，提升系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定能力、準(zhǔn)確能力，尤其是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，必須全面進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)資源的高利用率，提升鍋爐熱效率，顯現(xiàn)節(jié)能效果。

8 建立健全廠級節(jié)能體系網(wǎng)

各發(fā)電企業(yè)應(yīng)牢固樹立節(jié)能管理理念，適時(shí)建立節(jié)能制度體系、監(jiān)察體系、考評體系，逐步形成公司-車間-班組三級節(jié)能體系網(wǎng)。不斷強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)節(jié)能培訓(xùn)，持續(xù)增強(qiáng)全員節(jié)能意識(shí)，從節(jié)省一滴水、一度電、一方蒸汽做起，不斷提升員工技能意識(shí)和創(chuàng)效能力，向經(jīng)營管理要效益。

9 結(jié)語

大型CFB鍋爐作為一種高效率、低污染的節(jié)能產(chǎn)品，在實(shí)現(xiàn)資源綜合利用、環(huán)境治理方面起著十分重要的作用。CFB鍋爐技術(shù)的進(jìn)步使得能源綜合利用率明顯提高，能耗水平逐步提升，電力相關(guān)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展政策不斷得以落實(shí)。通過對大型CFB鍋爐節(jié)能技術(shù)的探討分析，給出了一定成果觀點(diǎn)，這對于不斷提高大型CFB鍋爐節(jié)能技術(shù)水平、提升CFB機(jī)組整體發(fā)電效率、提升我國工業(yè)整體發(fā)展效率、提高低熱值煤綠色高效利用、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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（責(zé)任編輯：王 波）

TK223

1009-2374（2017）12-0148-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.076

趙孔友（1978-），男，內(nèi)蒙人，供職于陜西彬長新民塬發(fā)電有限公司，研究方向：電廠工程與技術(shù)管理。

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