循环流化床锅炉运行调整对安全经济运行的作用
循环流化床锅炉运行调整对安全经济运行的作用
循环流化床锅炉是目前应用最广的洁净煤燃烧技术之一，目前在循环流化床锅炉运行中存在较多问题，这些问题的存在使循环流化床锅炉连续运行时间受到限制，机组可利用率相对较低，本文是笔者通过查阅大量循环流化床锅炉燃烧论文和笔者所在单位总结的一些心得。提出了锅炉对床温、一、二次风量的比例、送引风量、煤的粒度、粒度的级配比等参数精心进行调整来实现循环流化床锅炉的燃烧效率降低飞灰可燃物来确保循环流化床机组的安全、稳定、经济运行。一、循环流化床锅炉的现状
循环流化床锅炉自上个世纪八十年代第一台济南锅炉厂生产的35T/H在山东济南明水电厂投运以来，就以其独特的燃烧效率较高、煤种适应性广，运行调整简单，负荷调整范围广、环保、灰渣综合利用率高、脱硫效果明显等优势在电力、化工等行业得到大力的推广。特别是电力行业经过二十年的努力，目前大量大容量循环流化床锅炉投入商业运行，最近四川白马电厂、云南红河电厂300MW连续刷新连续运行记录，云南红河电厂更是创造了连续运行200天的300MW机组的最长运行记录。因此循环流化床锅炉是可以通过运行人员精心调整来确保机组安全经济稳定运行的。这就要求我们电厂生产人员不断的努力学习新知识、积极探索锅炉调整对电厂安全经济运行的重要性，来确保循环流化床锅炉长周期，安全高效经济稳定的运行。二、运行床温风量的调整
锅炉既是一个蒸发设备又是一个燃烧设备，燃料在炉内燃烧是一个非常复杂的化学反应过程，如何搞好完全燃烧这种化学反应，不但是研究人员、设计人员、制造、安装、调试，监督检验单位的责任，也是使用者的责任。在理论上煤中的炭原子、氢原子、可燃硫原子能和空气中的氧原子发生完全的化合反应，但在实际运行中很难做到。就运行设备而言，在现有的设备基础上通过精心调整，摸索出比较合适的运行工况，按完全燃烧的四个条件（温度、时间、均匀的混合、充分的氧量）来达到最佳的燃烧工况。循环流化床锅炉采用的是低温燃烧技术，由于燃烧稳定相对电站煤粉炉来说温度偏低，而温度是燃料燃烧中最重要的条件，温度越高，反应的速度就越快，燃烧所需要的时间就相对缩短，一般来讲循环流化床锅炉的燃烧效率要低于常规煤粉炉，但在循环流化床锅炉实际运行中，大中型锅炉都接近了常规煤粉炉，150MW和300MW配套循环流化床锅炉的燃烧效率都能达到90%左右。所以说在一个比较低的温度场内能获得一个较高的燃烧效率且减少了污物的排放是循环流化床锅炉能得到大力发展的前提条件，循环流化床锅炉对燃料的品质要求相对较低是其优于常规煤粉炉。
循环流化床锅炉刚入炉的煤和其它炉型一样，先预热逐渐蒸发出内为在水分，而后析出挥发分在炉内密相区进行燃烧。较小的颗粒的煤被强烈的气流送到稀相区继续燃烧，未燃尽的炭粒子被旋风分离器分离出来，通过返料器返回炉膛继续在炉内燃烧。大颗粒的煤在炉膛内被流化风吹到一定高度，靠自由落体从炉膛四周回到床上，这样燃料煤在炉膛内进行多次循环，直至燃尽。这是因为在整个循环过程中，炉内温度场变化很小，有利于可燃物与氧原子的混合而充分燃尽，使得循环流化床锅炉的燃烧效率保持在很高的状态（大型流化床锅炉的燃烧效率>98%）锅炉运行人员在运行调整中，只要将一、二次风量、风压、给煤量、床温、床压和氧量控制在合适的范围内就可以保证循环流化床锅炉正常的运行。根据近年来的理论研究和各电厂运行的经验，一、二次风量比为燃烧烟煤、褐煤等挥发分较高的煤种时为6：4左右比较合适，燃用挥发分低的煤种时，根据挥发分的含量一、二次风比例为5：5到6：4之间较为合适，这种风量比例下锅炉燃烧效率就比较高。锅炉负荷在50%以下时可停用二次风机以减少锅炉厂用电。为减少锅炉排烟热损失，烟气中的氧量应控制在3~6%之间，燃烧挥发分高的烟煤、褐煤时烟气中的氧量应控制在下线3~5%，挥发分低与10%的燃料氧量尽量提高到5~6%。料层差压根据锅炉设计进行控制，挥发分高的煤种由于燃尽时间短可小些；挥发分低的煤种燃烧较为困难燃尽时间要多些，料层差压可采取高位运行，以增加其在炉内的燃烧时间。炉膛差压控制在1000~1500Kpa较为合适，正常运行时炉膛保持正压运行，炉膛温度尽量控制在950℃以下，尽量不要低于900℃，这样燃烧效率比较高，负荷控制容易，脱硫效率较好，Nox化合物也能符合国家控制标准，锅炉的各项参数就比较正常，锅炉的循环倍率也能和设计值相吻合。相反，锅炉燃烧效率低，锅炉负荷难带外，对锅炉的安全运行带来很大的影响，也对炉内脱硫脱硝效率影响很大，给企业的外在形象和经济效益带来影响。三、燃料粒度级配比的调整循环流化床锅炉负荷的调整，在某种意义上就是说对循环物料的调整即：煤、床料、返料量。锅炉点火后需要相对长的时间锅炉才能带满负荷，其根本原因就是锅炉点火后，炉内料层较薄，蓄热量小和炉内内衬材料的制约，使循环物料少，循环倍率低物料难以建立有效的循环。当循环物料达到一定的浓度、床温比较稳定时，锅炉内物料建立正常的循环后，锅炉负荷就比较好控制。研究和实践证明，进入炉内物料颗粒度比较均匀且颗粒度较小时，锅炉内物料循环就好，燃烧效率就高，飞灰和炉底渣的可燃物就越少，锅炉运行就经济。这就需要我们生产运行人员控制合适的入炉煤粒度，经科技人员研究和在循环流化床锅炉上多次实践给出，比较合适燃料的级配比为，无烟煤入炉煤的粒度应控制在8mm以下，烟煤入炉煤的粒度应控制在13mm以下，褐煤等挥发分高的煤可适当提高入炉煤的粒径控制在30mm以下(云南红河电厂燃烧褐煤最大粒径为50mm)。无烟煤比较合适的级配比为0~0.45mm约占40%，0.45~1mm的约占30%，1~5mm的占20%，大于5mm的约10%。尽量不要出现大量的超过8mm煤粒。燃烧烟煤时比较合适的级配比为0~0.45mm约占35%，0.45~1mm的约占20%，1~8mm的占40%，大于8mm的约5%，尽量不要出现大量的超过13mm煤粒。燃烧褐煤时由于褐煤煤中灰分较少、热爆性强，成灰密度较小，灰质软易磨损飞失等特性，在排渣允许的情况下，为保住床压维持炉内平衡，可适当提高入炉煤的粒度，对褐煤的级配比可适当的放宽。因此无论燃烧那种煤种都要积极的探索，摸索出适合自己锅炉的燃料的级配比和颗粒度，来保证我们的循环流化床锅炉能安全稳定经济运行。每个电厂燃烧的煤种都不可能相同，建议各个电厂要在条件许可的情况下，尽量燃烧可磨性系数较大或成灰性较好的煤，这对锅炉的安全经济稳定运行是有好处的。进入炉膛的煤粒度偏大且不均匀（级配比不好）原煤的可磨性系数偏小，成灰性差，不但造成炉膛料压高，炉内流化不好，灰渣可燃物上升，循环倍率偏离设计值，还造成锅炉燃烧效率降低，热效率降低。强化送风量、风压还易造成炉内磨损加大，连续运行时间缩短，就难以达到循环流化床锅炉安全、稳定、经济运行。因此煤的粒度、粒度的级配比、一、二次风量的比例、送引风量、原煤的可磨性系数、循环倍率、炉内气固两种物质运行的速度、烟气中的含氧量、炉内温度等参数的优化是保证循环流化床锅炉安全、经济、稳定运行的基础。
循环流化床锅炉运行调整相对常规煤粉炉来说较为简单，但要调整好，以达到最安全、最经济稳定的工况却较为困难。安全和经济有时是很矛盾的。我们生产管理人员一定要充分认识这种矛盾，决不能回避矛盾，才能去解决这种矛盾，安全和经济矛盾的相对解决就能保证循环流化床机组的安全经济运行。生产管理人员的职责就是知道和解决生产中存在的各种矛盾，生产运行人员的职责和工作就是要做到精心操作调整好处理好安全和经济的矛盾。也就是说在确保安全的前提下保证机组在最经济的工况下运行。让燃料的可燃元素在炉内的燃烧反应过程中与空气中的氧原子有一个最佳的混合和配比，使其充分的燃烧，就是根据蒸汽的压力、温度、负荷、炉内燃烧各部温度、煤质情况、循环倍率物料浓度、料层差压和返料温度，返料量等工况，调整好一、二次风的比例和引风量。
扩展阅读：循环流化床锅炉经济运行调整的方法
循环流化床锅炉这个新产品，自上个世纪80年代后期投放市场运行以来，就以其独特的燃烧效率高、煤种适应性能广、运行调整简单、维护检修方便、负荷调整范围宽，以及环保效益好、炉内脱硫效率高、灰、渣活性好、综合利用途径广等优点被人们所信赖。经过十多年的运行实践检验，充分证实了循环流化床锅炉不但是一种环保、节能的综合型炉，而且也是一种替代其它老式炉型的新炉型。
经济运行的调整
任何一台设备、一种产品投放社会和市场以后，都要接受生产实践的检验，都要逐渐被使用他的人去认识，从而确定他的先进与落后。循环流化床锅炉也是一种设备和产品，它的运行好坏主要检验其安全性和经济性，以及社会的综合效益性和对环境的保护性；其后再检验它的稳定性，实用性和人们操作、使用它的难易性以及对本企业创造经济效益的好坏性。锅炉既是一种蒸发设备,又是一种燃烧设备。就其燃料在炉内的燃烧本身来讲它是一种非常复杂的化学反应过程，怎样搞好这种化学反应即：完全燃烧。不但是设计、制造、安装、调试、监督检验单位的责任，而且也是使用单位的责任。无论从哪一方面讲,谁都不能也不可能将燃料中的炭原子、氢原子、可燃硫原子和空气中的氧原子进行100%的化合反应，生成二氧化碳分子、水蒸汽分子以及二氧化硫分子。就运行调整而言，在现有的设备基础上通过精心调整，选出较合适的运行工况，按着完全燃烧的四个条件，确保燃烧的顺利进行，是从事锅炉专业所有人员的责任。循环流化床锅炉采用的是低温燃烧新技术，这在燃烧领域确是一个重大创举。因为任何的化学反应，温度都是反应过程中的催化剂，温度越高、反应的速度就越快、越剧烈、越完全、越彻底、需要燃烬的时间就越短。而循环流化床锅炉的炉内燃烧温度，要比普通的煤粉炉、老式的链条炉、趋于淘汰的沸腾炉、运行成本昂贵的燃油炉低许多，那么反应的速度从理论上讲就要缓慢许多，而完全燃烧需要的时间就要长一些。所以说怎样在这个较低的温度场里，能获得一个较高的燃烧效率，是循环流化床锅炉的独特优点，也是这种新式炉型较其它任何老式炉型的最大优越之处。
循环流化床锅炉刚入炉的煤和其他炉型一样，都是先预热后再蒸发水分，而后析出挥发份马上在密相区进行燃烧，较小颗粒的煤被强烈的流化后送到了稀相区继续燃烧。而且在一次的循环中燃烧不烬，可在下一个循环中继续进行燃烧，这样燃料和循环物料在炉内往复循环多次，直至将燃料中的可燃物燃烬为止。追其根本原因就是在整个的循环过程中，由于炉内的温度场变化不大，有利于可燃物充分燃烬。所以说该炉型的燃烧效率可达98%以上，是经过实践检验和多次热力试验测试数据证实的。司炉人员在运行调整中，只需将一、二次风量、给煤量、床温和循环物料浓度控制在合适的范围内就可以。根据几年来的运行经验和理论依据，一、二次风量比为6：4或7：3较为合适，在50%以下负荷时可停止二次风机运行，以节省厂用电量。为了减少排烟损失q2的份额，烟气中含氧量应控制在4.5~6%之间,料层差压控制在9500Pa之内，炉膛压差控制在500~1400Pa之间较为适合，这时的锅炉效率也较高，负荷也容易带，各种参数也较正常，这时的循环倍率也能和设计数值相吻合。相反，除负荷带不上外，各处的温度也较高，除给安全运行带来危害外，也给炉内脱硫带来诸多困难。循环流化床锅炉运行调整虽十分简单，但怎么样能调整好，以达到最安全、最经济和最稳定的工况却不十分容易。安全和经济有时是有矛盾的，我们一定要充分认识这种矛盾，决不能回避这种矛盾，只有认识了，才能去解决，只有解决了，才能更安全。有时注重了经济影响了安全，而有时保证了安全又影响了经济。运行人员的职责和中心任务，就是怎样能做到精心调整和处理好这一对矛盾；就是在确保安全的情况下确保锅炉在最经济的工况下运行，让煤中的可燃元素在炉内的燃烧反应过程中与空气中的氧元素有一个最佳的混合和配比、使其最充分的燃烧；就是根据蒸汽压力、温度、负荷、炉内温度、煤质情况、循环物料浓度、料层压差和循环返料灰温度等工况调整好一、二次风比例和送、引风量。根据以前已投运的循环流化床锅炉连续放渣的单位不多，如果能实现连续放渣，锅炉的运行调整就简单了许多。而定期放渣就出现了一个料层压差随时间的变化而变化的情况，时间和压差就出现了一个函数关系。随着时间的推移，料层变厚阻力增大，料层压差逐渐变大在其余参数均不变的情况下，而这时送风量下降，送风机压头上涨，炉内流化和物料循环都向着减弱的方向发展。运行人员就应根据参数变化情况适当调整送、引风量，从而保证燃烧正常、负荷稳定。当料层达到了一定厚度或到了规定的放渣数值时应进行放渣，这时大量的底料被排往炉外、料层压差急剧变小，送风机压头下降，送风量上升，这时的流化和循环都向着较强的方向发展，这时运行人员就应适当调整送、引风量，确保过剩空气系数变化不大。在平时的运行中经常出现放完底料，就发现旋风返料器堵灰的事故。主要原因就是送、引风机工况有了较大变化，而旋风分离器下面的“U”型返料器进风又来自一次风系统(有返料风机的系统除外),当系统风压下降，而进返料器的风量、风压都下降。当料层压差下降，阻力下降，送风量必然上涨，循环倍率增加，这时给返料器又增加了多余的负担，无疑是对“U”型返料器雪上加霜。在运行中当出力达到极限工况时，放底料堵返料器是经多次实践检验证实的，而且在这种系统中经理论分析也是符合道理的。所以在运行中当循环物料浓度较高，循环倍率较大时应先放一些循环物料再放渣是比较安全可*的，而且应在放渣的过程中或放渣后从新调整送风量就能避免“U”型返料器堵灰，就能减少此类事故发生，从而确保了安全运行。而采取连续放渣，由于料层压差、循环倍率、送、引风量等参数变化不大，就能避免由于在定期放渣过程中、和放渣后产生堵返料器的事故。
循环流化床锅炉负荷的调整，在某种意义上讲就是对循环物料的调整。点火后刚投入运行的炉子，在相当一段时间内是很难能带满负荷的。追其根本原因，就是由于料层比较薄、循环物料比较少，循环倍率比较低，物料循环没有建立起来所致。当循环物料达到了一定的浓度，循环已经形成了一定的倍率，负荷就很容易提高。实践证明循环物料颗粒越小、循环倍率越大，燃烧效率越高、灰渣中的可燃物就越少，带负荷越容易，炉子运行越经济，反之就越差。所以说在运行中应保证合适的入炉煤粒度，且有一定的级配比（1mm以下的占50％，1~5mm的占30％，5~8mm的占10％，8~13mm的占10％较好）。在条件允许的情况下，燃用一些可磨性系数较大或成灰性较好的煤种，对循环流化床锅炉安全、经济、稳定、满负荷运行是有好处的。入炉煤粒度偏大且不均匀（级配比不好）、原煤可磨性系数又较小，成灰性又很差，不但造成床面压力大，流化不好，排渣可燃物上升，循环倍率下降，强化送风易造成燃烧效率下降，锅炉效率也将随之下降，磨损量也会迅速增加，安全运行遭到严重威胁。所以说煤的粒度，一、二次风比例、送、引风量、煤的颗粒级配比、原煤可磨性系数、循环倍率、炉内气、固两种物质运行的速度、烟气中含氧量，炉内温度等参数除按设计数值外，还应经冷态、热态试验得出每个工况最佳数值，再去指导运行是最合适且最安全的，应杜绝盲目、紊乱、频繁的运行调整。
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