循環(huán)流化床鍋爐床溫控制特性的研究

張永，劉輝，劉新泉，任紀(jì)兵，陳燁

（華聚能源東灘礦電廠，山東 鄒城 273500）

循環(huán)流化床鍋爐相比一般的煤粉鍋爐要先進(jìn)很多，這也就決定了其控制調(diào)節(jié)相對(duì)復(fù)雜，控制的難度非常大?？茖W(xué)合理的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以說(shuō)完全依賴(lài)對(duì)床溫控制原理的深入分析和理解，從而避免設(shè)計(jì)上的缺陷。這也是確保新投入運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐安全可靠運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。

1 床溫控制的意義

我國(guó)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐沸騰溫度選擇在800～900℃范圍內(nèi)，主要有兩個(gè)原因：第一，我國(guó)大部分煤床溫低。低溫可有效避免爐膛結(jié)焦。第二，合理的床溫是常用石灰石脫硫劑的最佳反應(yīng)溫度，可以最大限度地提高脫硫劑的脫硫能力。因此，必須將鍋爐床溫度控制在一定范圍內(nèi)。

（1）在循環(huán)床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，如果床溫存在溫度過(guò)高的情況，可能會(huì)出現(xiàn)不良后果：脫硫劑偏離最佳反應(yīng)溫度，脫硫效果降低，床溫超過(guò)或部分超過(guò)燃料的焦化溫度，爐內(nèi)高溫焦化，特別是空氣分配板上的焦化處理和返回閥門(mén)非常困難，只能停爐。鍋爐出口蒸汽溫度過(guò)高，影響輔助設(shè)備的運(yùn)行?，F(xiàn)在生產(chǎn)的大多數(shù)循環(huán)鍋爐都使用簡(jiǎn)單的表面減溫器來(lái)降低溫度。溫度調(diào)節(jié)范圍有限。一旦床溫嚴(yán)重過(guò)熱，蒸汽就會(huì)過(guò)熱，減溫器將不堪重負(fù)。

（2）如果循環(huán)床在實(shí)際操作中冷卻，床溫也可能產(chǎn)生不良后果。脫硫劑脫硫效果降低，爐溫低于燃料的點(diǎn)火溫度，鍋爐表現(xiàn)出低溫熄火。鍋爐的輸出減少。從以上分析可以看出，爐膛的過(guò)熱現(xiàn)象更為嚴(yán)重。鑒于此，循環(huán)床鍋爐的床溫控制應(yīng)集中在床溫的過(guò)溫控制上。

2 循環(huán)流化床鍋爐床溫的控制

2.1 增減給煤量與床溫

在正常的情況下，如果保持給煤量不變，那么加

到床當(dāng)中的新的煤炭顆粒加熱吸收熱量與燃燒所釋放的熱量是處于平衡狀態(tài)的，因此，其對(duì)床溫的影響也就比較小。但當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，一般而言，工況時(shí)刻都在發(fā)生變化，則給煤量影響床溫的最大因素是給煤的頻率。

給煤量調(diào)節(jié)床溫的滯后程度與煤種的反應(yīng)力有著密切的關(guān)系。如果燃燒的是煙煤，增減給煤量的時(shí)候床溫的升降速度都非?？?，但如果燃燒無(wú)煙煤，由于其本身的反應(yīng)力較慢，會(huì)導(dǎo)致床溫先出現(xiàn)下降然后再上升的現(xiàn)象。這也就是說(shuō)，燃燒無(wú)煙煤時(shí)床溫的反應(yīng)具有滯后性。因此，在調(diào)節(jié)床溫時(shí)，因?yàn)榇矞貢r(shí)刻都是變化著的，適宜燃燒煙煤。

總而言之，在煤的燃燒過(guò)程中，不能在床溫上升到一定高度時(shí)才開(kāi)始減煤。同樣的，也不能在床溫下降到一定溫度時(shí)才開(kāi)始加煤。

2.2 送風(fēng)量與床溫

（1）一次風(fēng)送風(fēng)量調(diào)整分析。一次空氣通過(guò)空氣分配板送至燃燒室的密相區(qū)，占總空氣供應(yīng)量的40%～70%。一次風(fēng)有兩個(gè)功能。一種是滿足密相設(shè)計(jì)中完全燃燒的要求，另一種是在密相區(qū)燃燒產(chǎn)生的熱量，以保持設(shè)計(jì)的床溫。

調(diào)節(jié)一次風(fēng)量的前提是它可以滿足常規(guī)流化，否則會(huì)有流化惡化和結(jié)渣的危險(xiǎn)。在這個(gè)前提下，如果風(fēng)量太小。首先，不能滿足密相區(qū)設(shè)計(jì)的燃燒份額；其次，密相區(qū)產(chǎn)生的熱量減少。因此，風(fēng)所產(chǎn)生的熱量也減少了。

在床溫較高的情況下，通常采用增加風(fēng)量的方法來(lái)降低床溫，并且該方法的效果非常顯著。在床溫急劇增加的情況下，不應(yīng)使用該方法。

（2）二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)分析。與煤粉鍋爐不同，二次風(fēng)量占總風(fēng)量的30%～50%。當(dāng)風(fēng)量不足時(shí)，需要及時(shí)增加二次風(fēng);在低壓負(fù)荷范圍內(nèi)，一般情況下，二次風(fēng)輸入量較小。當(dāng)對(duì)大量二次空氣施加低負(fù)荷時(shí)，爐內(nèi)溫度會(huì)大幅波動(dòng)。因此，應(yīng)根據(jù)爐內(nèi)的負(fù)荷和溫度來(lái)確定是否施加二次風(fēng)量。

2.3 氧量與床溫

氧量變化可反映爐內(nèi)燃燒工況，所以可以做為床溫調(diào)節(jié)的重要依據(jù)，并且其滯后性比給煤調(diào)節(jié)床溫的滯后要小，可提前反映給煤調(diào)節(jié)的趨勢(shì)，一般當(dāng)給風(fēng)不變，氧量降低時(shí)，說(shuō)明此時(shí)給煤過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)缺氧燃燒而使床溫降低，應(yīng)減少給煤以穩(wěn)定床溫，反之亦成立。

2.4 點(diǎn)火過(guò)程中床溫調(diào)節(jié)

循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火操作是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，在這一過(guò)程中，靜止的常溫狀態(tài)下的燃料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱骰癄顟B(tài)下的燃燒的床料。這一過(guò)程控制的難點(diǎn)主要在于床溫的限制，其多采用人工進(jìn)行控制。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的初期，點(diǎn)火進(jìn)行了數(shù)次，但次次都失敗，這無(wú)疑說(shuō)明了循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火啟動(dòng)是一個(gè)比較薄弱的環(huán)節(jié)。

但近年來(lái)，隨著床下煙道燃燒器的使用，加上輔助床上點(diǎn)火油槍?zhuān)梢园颜麄€(gè)的點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程劃分為三個(gè)階段：第一，熱煙氣加熱惰性床料階段；第二，從給煤直到關(guān)閉點(diǎn)火裝置階段；第三，鍋爐正常運(yùn)行階段。

其中，在惰性床料加熱階段，需要將床料加熱到650℃左右。在點(diǎn)火之前，需要床內(nèi)的燃料達(dá)到流化狀態(tài)，然后關(guān)掉送風(fēng)裝置，使鍋爐得到平整均勻的床層。在初期，由于床溫較低，因此，應(yīng)盡可能地采用較小的一次風(fēng)量，加快升溫的速度。此外，還應(yīng)該節(jié)約燃料。

2.5 低負(fù)荷下的床溫調(diào)節(jié)

一般而言，在正常電荷的25%～40%也就是低負(fù)荷范圍。和一般的鍋爐相比，循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)越性表現(xiàn)在其負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍比較大，可在25%～100%額定負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，上部顆粒的濃度比較低，輻射所傳熱的份額一般情況下會(huì)快速增加，最低負(fù)荷時(shí)期輻射傳熱量可占總傳熱量的90%以上。因此，當(dāng)鍋爐內(nèi)的負(fù)荷變化時(shí)，不能再簡(jiǎn)單依靠調(diào)節(jié)返料量的方式來(lái)維持鍋爐內(nèi)的正常溫度。

（1）當(dāng)鍋爐需減負(fù)荷時(shí)，首先需要做的就是降低床層的厚度和高度，減少床料的貯存量，然后一定程度上減少給煤量，相應(yīng)的，要降低一次風(fēng)風(fēng)量。但是，一次風(fēng)風(fēng)量也不能低于臨界流化風(fēng)量。在減少床料存量和給煤量的情況下，床溫仍然可以維持在較高的溫度，不過(guò)減少床料的存量也增加了風(fēng)壓的消耗量。

（2）當(dāng)鍋爐內(nèi)需要升荷時(shí)，和減荷的操作步驟相似，首先要做的是增加床層的厚度，增加床料的貯存量，在維持正常床位的前提下，增加給煤量和一次風(fēng)風(fēng)量。

2.6 高負(fù)荷下的床溫調(diào)節(jié)

高負(fù)荷階段床溫較高，床溫滯后性相對(duì)較小，且一次風(fēng)量一般可投入自動(dòng)控制，自動(dòng)控制下一次風(fēng)量跟隨燃料量增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，此階段可以通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)量偏置的大小控制風(fēng)煤量。

2.7 鍋爐料層厚度對(duì)床溫的影響

按正常來(lái)講，料層越厚儲(chǔ)熱值越高，對(duì)于鍋爐帶負(fù)荷性能和降低灰渣含碳量方面都有積極的影響。但也不是一成不變的，料層厚度是和煤種因素密切相關(guān)的，當(dāng)燃燒發(fā)熱量較高、揮發(fā)份相對(duì)低、灰分較少的煤種時(shí)，料層厚度就不宜過(guò)厚，因?yàn)闊@種煤時(shí)的床溫一般都較高，為了帶負(fù)荷和安全起見(jiàn)保持料層厚度的下限值通常是一個(gè)好的辦法。

2.8 鍋爐分離器效率對(duì)床溫的影響

分離器是分離循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)物料的重要設(shè)備。其功能是通過(guò)離心力原理從煙氣中分離和收集顆粒，通過(guò)回流裝置和回流管完成材料科學(xué)的循環(huán)過(guò)程。如果分離器效率低，則顆粒將不能有效地與煙道氣分離，這將導(dǎo)致大量顆粒通過(guò)爐而不循環(huán)。

分離器是分離循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)物料的重要設(shè)備。其功能是通過(guò)離心力原理從煙氣中分離和收集顆粒，并通過(guò)回流裝置和回流管完成物料循環(huán)過(guò)程。如果分離器效率低，則顆粒將不能有效地與煙道氣分離，這將導(dǎo)致大量顆粒通過(guò)爐而不再循環(huán)。

2.9 煤種煤質(zhì)對(duì)床溫的影響

給煤是影響床溫的最直接因素之一。煤炭供應(yīng)對(duì)床溫的影響存在滯后。此功能增加了床溫調(diào)節(jié)的難度。在啟動(dòng)注煤或增加負(fù)荷的過(guò)程中，燃料顆粒投入運(yùn)行后不能立即點(diǎn)燃，爐腔內(nèi)的物料量過(guò)大，不會(huì)造成床溫上升，但有一個(gè)很大的延遲。這種滯后時(shí)間在操作期間非常長(zhǎng)。即使在噴煤開(kāi)始時(shí)滯后時(shí)間超過(guò)20min，高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)滯后1分鐘以上，即煤燃料啟動(dòng)后的床溫為20min。它開(kāi)始上升，即使在這個(gè)過(guò)程中，床溫也有下降的趨勢(shì)。在這個(gè)過(guò)程中，如果煤粉的連續(xù)輸入導(dǎo)致床料中可燃物的過(guò)度積聚，則在到達(dá)點(diǎn)火點(diǎn)后會(huì)引起爆燃，床溫將迅速上升而不能控制。同時(shí)，床溫的升高導(dǎo)致可燃物的快速燃燒和消耗，并且可燃物的濃度迅速降低，這又導(dǎo)致床溫急劇下降和床溫的大幅波動(dòng)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文較為系統(tǒng)地分析了影響床溫的各種因素，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐與煤粉鍋爐的區(qū)別，討論了其在不同工況下的調(diào)節(jié)床溫的各種方式。希望能夠給相關(guān)研究者提供參考和借鑒。