王志強(qiáng)

(太原熱力公司，山西太原 030001)

0 引言

能源與環(huán)境是目前我國(guó)的兩個(gè)重大問(wèn)題，而能源生產(chǎn)過(guò)程是環(huán)境污染的主要來(lái)源之一，因此煤的高效率低污染燃燒技術(shù)對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，鼓泡流化床鍋爐取得長(zhǎng)足發(fā)展，且應(yīng)用范圍極廣，但其存在燃燒損失高、脫硫效率低、受熱面的使用效率差等缺點(diǎn)。隨之循環(huán)流化床燃燒技術(shù)在鼓泡床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，與其他類型鍋爐相比可以發(fā)現(xiàn)，它們?cè)谌济褐苽湎到y(tǒng)上存在顯著的差異，自然其操作運(yùn)行與其他爐型也不同。運(yùn)行中除了對(duì)鍋爐水位、汽壓、汽溫進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整外，還必須對(duì)鍋爐的床溫予以控制與調(diào)節(jié)。

1 循環(huán)流化床鍋爐床溫的控制

1.1 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行床溫的最佳范圍和影響因素

1)絕大多數(shù)流化床鍋爐的運(yùn)行床溫一般控制在850℃～950℃左右。2)為使循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，最重要的是避免爐內(nèi)結(jié)焦，即應(yīng)當(dāng)避免床溫達(dá)到灰軟化溫度。而結(jié)焦主要出現(xiàn)在流化不好的區(qū)域，阻止燃燒熱量的擴(kuò)散，使結(jié)焦更嚴(yán)重。不同成分的灰的軟化溫度不同，從650℃ ～1 000℃以上。a.當(dāng)有氯化納等成分存在時(shí)，結(jié)焦溫度會(huì)降低。在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)，由于氣固混合強(qiáng)烈，有助于破壞剛形成的小焦塊。b.可將石灰石噴入爐內(nèi)從而改變床料的組成，防止結(jié)焦。c.除了灰熔點(diǎn)溫度影響外，較高的爐內(nèi)及爐外固體顆粒循環(huán)是維持循環(huán)流化床爐內(nèi)溫度分布均勻性、防止結(jié)焦的另一主要因素。

1.2 運(yùn)行床溫的確定一般考慮的因素

1)若床溫低于750℃，燃燒及脫硫速度明顯降低，CO及碳?xì)浠衔锱欧琶黠@增大;2)最佳的爐內(nèi)脫硫溫度是850℃左右;3)NO排放隨溫度升高而增大。

2 流化床溫高或床溫低引起的原因和控制方法

2.1 引起床溫升高的原因

1)煤質(zhì)好，熱值升高，煙氣氧量降低(一般控制過(guò)熱器后正常運(yùn)行時(shí)煙氣含氧量3%～5%)，表明煤量過(guò)多，應(yīng)減少給煤量以降低床溫;2)粒度較大的煤，集中給入爐內(nèi)，造成密相區(qū)燃燒份額增加，引起床溫升高。從含氧量看不出變化。用增加一次風(fēng)量，減少二次風(fēng)量的方法，控制床溫;3)由于沒(méi)有及時(shí)放渣，料層加厚，造成一次風(fēng)量減少引起床溫升高，應(yīng)及時(shí)放渣保持料層厚度在一定范圍內(nèi)。

2.2 引起床溫降低的原因

1)煤質(zhì)差、熱值降低，煙氣氧量增加。應(yīng)增加給煤量以提升床溫;2)燃料粒度小，煤倉(cāng)一部分較小的煤集中給入爐內(nèi)，細(xì)煤粒在密相區(qū)停留時(shí)間較短造成密相區(qū)燃燒份額減少，而床溫降低。正確的調(diào)整應(yīng)減少一次風(fēng)量，增加二次風(fēng)量，不應(yīng)增加煤量，以免引起爐膛上部空間燃燒份額增多，造成返料器超溫結(jié)焦;3)氧量指標(biāo)不變，床溫緩慢降低，而且整個(gè)燃燒系統(tǒng)都在降低，鍋爐負(fù)荷不變。這是由于循環(huán)物料增多，增加了受熱面積的換熱系數(shù)，造成爐溫降低。應(yīng)放掉一些循環(huán)灰，使?fàn)t溫回升。

3 循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵運(yùn)行的控制

3.1 料層厚度對(duì)循環(huán)流化床鍋爐床溫的影響

1)料層厚度的概念:料層厚度是指密相區(qū)內(nèi)靜止料層厚度。對(duì)同一煤種，一定的料層差壓對(duì)應(yīng)著一定的料層厚度。

2)料層厚度對(duì)床溫的影響:循環(huán)流化床沒(méi)有鼓泡床那樣明顯的流化層界面，但仍有密相區(qū)和稀相區(qū)之分。a.料層薄，對(duì)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行不利，因爐料的保有量少，入出的爐渣可燃物含量也高。b.料層太厚，增加了料層阻力，雖然鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，爐渣可燃物含量低，但增加了風(fēng)機(jī)的電耗。

所以為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，料層差壓控制在7 000 Pa～8 000 Pa之間。運(yùn)行中料層差壓超過(guò)此值時(shí)可以通過(guò)放爐渣來(lái)調(diào)整，放渣的原則是:少放、勤放，最好能連續(xù)少量放。一次放渣量太多會(huì)影響鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行、出力和效率。

3.2 循環(huán)流化床鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)

1)爐膛的橫截面積決定了運(yùn)行風(fēng)速的大小和鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的下限。一般循環(huán)流化床鍋爐都要求在30%負(fù)荷時(shí)能不投油穩(wěn)定燃燒，因此在30%負(fù)荷時(shí)，爐內(nèi)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)速應(yīng)確保爐膛底部區(qū)域處于良好鼓泡流化狀態(tài)。a.爐膛橫截面積過(guò)大，在低負(fù)荷時(shí)，為維護(hù)爐內(nèi)流化狀態(tài)的最小流化風(fēng)量仍較大，使床溫不易穩(wěn)定在800℃。b.爐膛橫截面積過(guò)小，在正常運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)速過(guò)高，床層阻力較大，風(fēng)機(jī)電耗會(huì)增大。

2)爐膛長(zhǎng)、寬比的具體尺寸還影響尾部受熱面的布置。其他諸如分離器的布置位置等也與爐膛寬深比的數(shù)值有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，爐膛寬深比為1～3都是合適的。

3)循環(huán)流化床鍋爐爐膛高度是循環(huán)流化床鍋爐的一個(gè)重要參數(shù)。爐膛越高，鍋爐的造價(jià)就越高，所以在滿足鍋爐和爐膛要求的情況下，應(yīng)盡可能地降低爐膛高度。

3.3 二次風(fēng)的投入和調(diào)整二次風(fēng)的原則

循環(huán)流化床鍋爐本體上的送風(fēng)裝置主要是由布風(fēng)裝置和二次風(fēng)口組成。各種風(fēng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行有很重要的意義。

1)由于循環(huán)流化床鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，因此入爐風(fēng)量變化也較大。循環(huán)流化床鍋爐的入爐風(fēng)量設(shè)計(jì)為兩部分:一部分經(jīng)布風(fēng)板進(jìn)入爐內(nèi)，稱為一次風(fēng)或流化風(fēng);另一部分(約占總風(fēng)量的40%以上)從布風(fēng)板上方爐墻上水平進(jìn)入爐內(nèi)，稱為二次風(fēng)。鍋爐負(fù)荷升高時(shí)，一次風(fēng)基本不變，只增加二次風(fēng);負(fù)荷降低時(shí)，則先減少二次風(fēng)，再減少上一次風(fēng)。

2)一次風(fēng)控制爐溫，二次風(fēng)控制總風(fēng)量。在一次風(fēng)滿足爐溫需要的前提下，當(dāng)總風(fēng)量不足時(shí)(過(guò)熱器后氧氣含量低于3%～5%時(shí))可逐漸開(kāi)啟二次風(fēng)，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，二次風(fēng)量逐漸增大。

3)最低運(yùn)行風(fēng)量是保證和限制流化床低負(fù)荷運(yùn)行的下限風(fēng)量，風(fēng)量過(guò)低不能保證正常流化，造成爐床結(jié)焦。在冷爐點(diǎn)火時(shí)，應(yīng)使一次風(fēng)量較快的超過(guò)最低風(fēng)量，以免引起低溫結(jié)焦。低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不能低于最低運(yùn)行風(fēng)量，一般情況下，最低運(yùn)行風(fēng)量可在冷態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)確定，一般以風(fēng)門的開(kāi)度來(lái)標(biāo)定。

3.4 返料器的控制及鍋爐出力的調(diào)整

1)返料器的控制。返料器是循環(huán)流化床鍋爐的一個(gè)主要部件。它工作的好壞直接影響著鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

首先要保證返料器有穩(wěn)定流化氣源，啟動(dòng)時(shí)調(diào)整好返料器的流化風(fēng)量。在運(yùn)行中，要加強(qiáng)監(jiān)視和控制返料器床溫，防止超溫結(jié)焦，一般返料器處的床溫最高不宜大于950℃，當(dāng)返料器床溫過(guò)高時(shí)，應(yīng)減少給煤量和負(fù)荷，查明原因后消除。

2)鍋爐出力的調(diào)整。a.當(dāng)增加負(fù)荷時(shí)，應(yīng)當(dāng)先少量增加一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，再少量加煤，如此反復(fù)調(diào)節(jié)，直到所需的出力。增負(fù)荷率一般控制在2%/分～5%/分之間。b.當(dāng)減負(fù)荷時(shí)，應(yīng)先減少給煤量，再適當(dāng)減少一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，并慢慢放掉一部分循環(huán)灰，以降低爐膛差壓，如此反復(fù)操作，直到所需出力為止;降負(fù)荷時(shí)，由于給煤量、一、二次風(fēng)量可以很快減少，循環(huán)灰可以很快放掉，在緊急情況下，減負(fù)荷率可達(dá)到20%/分，但一般控制在 5%/分 ～10%/分。

4 循環(huán)流化床鍋爐的停爐和再啟動(dòng)

4.1 循環(huán)流化鍋爐壓火操作

鍋爐需要暫時(shí)停爐運(yùn)行時(shí)，可以進(jìn)行壓火操作。具體操作步驟如下:

1)加大給煤量，使?fàn)t溫升高到930℃～950℃后停止給煤，待爐溫下降至850℃時(shí)，迅速關(guān)閉一次風(fēng)門，立即停一次、二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，迅速關(guān)閉各風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)門及其他風(fēng)門，同時(shí)關(guān)閉返料風(fēng)門，放掉循環(huán)灰。

2)需要長(zhǎng)時(shí)間壓火時(shí)，風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，應(yīng)迅速打開(kāi)爐門均勻地加一層約10mm～30mm厚的煙煤，并關(guān)爐門、看火孔以防冷風(fēng)竄入爐膛，使料層熱量散失。壓火時(shí)間可達(dá)24 h。壓火時(shí)間長(zhǎng)短取決于靜止料層溫度降低的速度。料層較厚，壓火前爐溫較高壓火時(shí)間就長(zhǎng)。只要料層溫度不低于600℃，就比較容易啟動(dòng)，如需要延長(zhǎng)壓火時(shí)間，爐溫不低于600℃之前將爐子啟動(dòng)一次，使料層溫度升起來(lái)，然后再壓火即可。

4.2 鍋爐壓火狀態(tài)的再啟動(dòng)

1)啟動(dòng)前打開(kāi)爐門，觀察煤層的燃燒和床料底火情況。2)當(dāng)煤量過(guò)多時(shí)，可扒出一部分，再加少量煙煤攪拌均勻。當(dāng)上層已燒乏，爐溫又較低時(shí)，可少量加煙煤，并攪拌均勻。稍停3 min～5 min后，可啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、調(diào)整風(fēng)量至點(diǎn)火風(fēng)量。3)當(dāng)床溫達(dá)到800℃時(shí)，啟動(dòng)給煤機(jī)，逐漸加大給煤量，通過(guò)調(diào)整煤量和一次風(fēng)量控制床溫，隨后將返料器投入。在20%～30%負(fù)荷時(shí)運(yùn)行一段，然后根據(jù)需要升負(fù)荷。

4.3 正常停爐

1)正常停爐是指有秩序地降低鍋爐負(fù)荷，使汽輪機(jī)與鍋爐解列不引起溫度和壓力發(fā)生大的波動(dòng)，同時(shí)盡量使鍋爐處于熱備用狀態(tài)，機(jī)組降負(fù)荷可以全自動(dòng)完成。

2)正常停爐步驟及注意事項(xiàng)。a.減負(fù)荷和停爐前先進(jìn)行吹灰。在停爐過(guò)程中注意汽包上、下壁溫差不得超過(guò)50℃。同時(shí)降負(fù)荷的速率應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)可通過(guò)調(diào)整減溫器的噴水量調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口溫度，當(dāng)不再需要減溫時(shí)，關(guān)閉減溫管道上的截止閥。b.檢查并維持汽包的正常水位。c.將機(jī)組降到最小穩(wěn)定負(fù)荷，維持最小機(jī)組負(fù)荷一定的時(shí)間，以使旋風(fēng)筒耐火材料逐漸冷卻。d.將鍋爐主控轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制。e.關(guān)閉所有燃料倉(cāng)斗出口的截止閥，并使給煤機(jī)的燃料全部排空。同時(shí)，使燃料儲(chǔ)倉(cāng)中的燃料降低到最低的安全儲(chǔ)位。f.石灰石給料系統(tǒng)停運(yùn)。g.監(jiān)視鍋爐氧量水平和床溫，當(dāng)氧量開(kāi)始增大，床溫開(kāi)始降低時(shí)，關(guān)閉至爐底的風(fēng)門擋板，停止向爐底大風(fēng)箱送風(fēng)。h.鍋爐熄火后，送、引風(fēng)機(jī)和播風(fēng)機(jī)仍需繼續(xù)運(yùn)行至少5 min后關(guān)閉，以便吹掃爐內(nèi)可燃物。鍋爐停爐后，如果需維持鍋爐壓力，在吹掃結(jié)束后關(guān)閉各風(fēng)機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

床溫反映了爐內(nèi)吸熱與放熱之間的平衡關(guān)系，循環(huán)流化床鍋爐床溫調(diào)節(jié)主要是通過(guò)改變?nèi)济毫?，風(fēng)量和循環(huán)灰量進(jìn)行的。總之，改變給煤量和總風(fēng)量可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度;單獨(dú)改變循環(huán)灰量卻可以調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度的分布。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，投煤量，過(guò)量空氣系數(shù)，一、二次風(fēng)配比等都會(huì)影響床溫及其分布。這些因素往往是相互關(guān)聯(lián)的。當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，鍋爐為了適應(yīng)這種變化，給煤量，入爐總風(fēng)量以及一、二次風(fēng)比就要相應(yīng)變化，爐內(nèi)溫度及其分布也會(huì)相應(yīng)變化。

［1］王德文，李文田，劉金城，等.模糊控制在循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力情報(bào)，1997(4):6-7.

［2］楊 晨，何祖威，辛明道.大型循環(huán)流化床鍋爐整體動(dòng)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型的建模方法研究［J］.動(dòng)力工程，2002(4):15-18.

［3］栗海濱，時(shí)廣禮.循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制新技術(shù)［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2003(6):81-82.

［4］崔大偉.循環(huán)流化床鍋爐床溫控制策略優(yōu)化［D］.太原:山西大學(xué)，2010.

［5］盧嘯風(fēng).大型循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［6］岑可法，倪明江.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1998.

［7］金 涌，祝金旭.液態(tài)化工程原理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［8］林宗虎，安恩科.循環(huán)流化床鍋爐［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［9］呂俊復(fù)，岳光溪.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［10］J.R.Grace，A.A.Avidan，T.M.Knowlton.Circulating Fluidized beds.Published by Blackie Academic ＆ Professional，New York，USA，1997.

［11］Wen Ching Yang.Fluidization，Solids，and Processing-Industrial Applications.Published by Noyes Publications，New Jersey，USA，1998.

［12］Daizo Kunii，Octave Levenspiel.Fluidization Engineering.2nd.Published by Butterworth-Heinemann，Newton，MA，USA，1998.