班允柱 周玉軍 徐立春(吉林省吉林燃料乙醇有限責任公司熱電廠，吉林 吉林 132001)

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)因卓越的環(huán)保特性、良好的燃料適應(yīng)性和運行性能，在世界范圍得以迅速發(fā)展。我國自20世紀80年代開始從事循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)工作，經(jīng)過二十多年與國外擁有成熟技術(shù)的鍋爐設(shè)計制造商合作(美國PPC、ALSTOM公司、奧地利AE公司)、引進(ALSTOM(原德國EVT)公司220t/h-410t/h級(包括中間再熱)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，美國燃燒動力公司(CPC)的細粒子循環(huán)流化床鍋爐技術(shù))、消化吸收和自主研究，中國已經(jīng)完成了從高壓、超高壓、亞臨界到超臨界的跨越，在大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先水平[2]。哈爾濱鍋爐廠是我國較早期從事研究、開發(fā)循環(huán)流化床鍋爐廠家之一，現(xiàn)以哈爐2002年設(shè)計制造的220t循環(huán)流化床鍋爐為例，結(jié)合運行經(jīng)驗和專業(yè)知識，對循環(huán)流化床鍋爐主要參數(shù)的調(diào)整與控制作一些淺顯的分析論述。

1 設(shè)備簡介[1]

制造廠家：哈爾濱鍋爐廠；鍋爐型號：HG220/9.8-L.YM27高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐；鍋爐型式：單汽包自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風、高溫旋風分離器、自平衡U型密封返料閥、緊身封閉布置、全鋼爐架懸吊方式、固態(tài)排渣、水冷滾筒冷渣器。

鍋爐容量和參數(shù)：過熱蒸汽最大連續(xù)蒸發(fā)量：220t/h；過熱蒸汽出口蒸汽壓力：9.81MPa；過熱器出口蒸汽溫度：540℃；給水溫度：215℃；空氣預熱器型式：臥式管式空氣預熱器；進風溫度：35℃；一次風熱風溫度：190℃；二次風熱風溫度：190℃；排煙溫度：146℃；鍋爐效率：90.5%；脫硫效率：＞80%；鈣硫比(Ca/S)：2。

2 主要參數(shù)調(diào)整與控制

2.1 床溫調(diào)控

床溫是鍋爐控制的主要參數(shù)之一，本文所述鍋爐額定負荷設(shè)計床溫873℃，最佳溫度控制在850℃～900℃之間，最高不能超過950℃，最低不能低于800℃[1]。床溫過高容易造成鍋爐結(jié)焦，溫度過低容易發(fā)生鍋爐滅火，因此，鍋爐運行過程中必須嚴格控制床溫。控制床溫在最佳范圍內(nèi)亦有利于爐內(nèi)脫硫和SNCR脫硝，循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫反應(yīng)最佳溫度區(qū)間為850～900℃[2]，同時此溫度區(qū)間能夠減少氮氧化物生成，對降低煙氣排放指標，減少輔料消耗起到至關(guān)重要的作用。影響床溫的主要因素是給煤量、一次風量、回料量、煤質(zhì)及煤的粒度。給煤量、一次風量可以調(diào)節(jié)，如果床溫過高，可以通過減少給煤量或適當增加一次風量控制；而回料量不可控(自平衡密封返料)，正常運行時無需控制，但回料如果出現(xiàn)波動，不回料或少回料，床溫就會出現(xiàn)異常升高現(xiàn)象，這時就要通過高壓風進行擾動，或接通壓縮空氣鼓動回料閥料床，迫使其松動、流化，建立新的回料平衡(一般鍋爐啟動初期或入爐煤灰分低時，循環(huán)灰少易發(fā)生回料波動)。入爐煤質(zhì)可通過不同煤種科學配比，力求接近鍋爐設(shè)計煤種要求，我們的經(jīng)驗做法是將不同廠家煤，按照發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、硫分等主要指標合理搭配，運行過程中再進行微調(diào)，確保鍋爐燃燒穩(wěn)定。煤的粒度通過定期檢查細碎煤機狀況，及時調(diào)整細碎煤機錘頭間隙并定期做入爐煤粒度分析，來保證入爐煤粒度分布要求。

2.2 床壓調(diào)控

床壓也是鍋爐控制的主要參數(shù)之一，它的高低直接反映出料層的厚度。床壓調(diào)整主要依據(jù)一次風量與布風板阻力的關(guān)系曲線和流化風量和床料阻力的關(guān)系曲線，并結(jié)合鍋爐實際運行狀態(tài)綜合判定調(diào)整。一般入爐煤粒度偏大，可適當增加料層厚度、增加一次風量，增加料層厚度主要考慮增加料床蓄熱量，增加一次風量主要考慮使大顆粒能夠流化，燃燒更充分。事物都是兩面性的，增加一次風量增加了耗電量，同時也增加了爐內(nèi)各受熱面磨損，因此，還要從源頭上控制入爐煤粒度，確保鍋爐安全經(jīng)濟運行。本文介紹的爐型設(shè)計床壓為8～13kPa，但由于入爐煤粒度達不到設(shè)計要求，運行床壓一般控制在15kPa左右。筆者通過查閱大量技術(shù)資料，理論認為鍋爐水冷壁磨損與煙氣流速三次方成正比，實踐也證明：煙氣流速、入爐煤粒徑是鍋爐水冷壁磨損的主要因素。2019年11月末，某電廠由于煤中矸石量較多，細碎煤機對矸石破碎不理想，入爐煤大顆粒偏多，在爐內(nèi)循環(huán)沉積，造成下渣不暢，爐內(nèi)流化惡化，床溫波動，為維持鍋爐運行，被迫增加一次風量，提高料層厚度，床壓最高達19kPa，大約持續(xù)約一周時間，停爐檢查時爐膛密相區(qū)澆注料磨損非常嚴重，再次證明煙氣流速是鍋爐磨損的主要因素。近年來，某電廠不斷探索優(yōu)化鍋爐運行方式，采用“低一次風量、低風速、低床壓”運行，即簡稱“三低”運行模式，在鍋爐減少受熱面磨損、長周期運行方面取得了良好效果。“三低”運行模式符合目前循環(huán)流化鍋爐主流設(shè)計理念，大型循環(huán)流化床鍋爐一般設(shè)計床壓在5kPa左右，有的可能還要更低，對延長循環(huán)流化床鍋爐運行周期起到了關(guān)鍵作用。

2.3 回料量

本文介紹的爐型為高溫旋風分離器、自平衡U型密封返料閥，正常運行時無需調(diào)整控制。鍋爐檢修時，回料閥小流化床風帽及澆注料檢查修復后，要將清出的循環(huán)灰再填回去；另外，鍋爐做完流化試驗后要對床料進行補充(一般料層厚度在0.8～1米間)，保證鍋爐在啟動初期有一定的循環(huán)灰量；但此循環(huán)灰量是有限的，一般鍋爐運行一個班次才能建立起回料平衡，如果入爐煤灰分含量少，還需要更長時間。鍋爐啟動初期經(jīng)常會出現(xiàn)回料波動現(xiàn)象，床溫升高、負荷偏低，說明循環(huán)灰量少，回料平衡尚未建立。運行過程中如果負荷頻繁調(diào)整、煤中灰分又少，調(diào)整不當就會出現(xiàn)長時間不回料，這時就需要加強高壓風撓動，或接通壓縮空氣，強制流化回料，否則施風分離器料腿積灰較多，靜壓增大，突然大量回料有可能造成滅爐風險。某電廠就曾因鍋爐大量回量，低溫灰不能快速排出爐膛外，床溫過低，造成鍋爐滅火事故。

2.4 風量調(diào)整

鍋爐設(shè)計時，一般采用一次風為鍋爐燃燒流化用風、床下啟動燃燒器點火用風；二次風為鍋爐燃燒調(diào)整用風、給煤系統(tǒng)密封用風；高壓風為鍋爐回料流化松動用風。在鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整過程中，風量調(diào)整起到至關(guān)重要作用，一般一次風在保證鍋爐正常流化時，盡量控制小風量運行，以減少爐內(nèi)受熱面磨損；鍋爐燃燒調(diào)整用風主要調(diào)整二次風量，按照自下往上逐層遞增原則，保證燃料化學燃燒充分，減少飛灰含碳量，提高鍋爐燃燒熱效率。鍋爐經(jīng)濟運行需要一個整體平衡，一般含氧量控制在3%左右，含氧量過高會造成磨損增大，相應(yīng)的排煙損失也會增大；含氧量過小，則會造成鍋爐燃燒不完全，燃燒效率降低。另外，在運行中，爐膛差壓應(yīng)控制在-50Pa左右，該壓力可通過調(diào)整引風機的出力來實現(xiàn)[3]。大型循環(huán)流化床鍋爐參數(shù)控制會更低，主要是考慮降低排煙熱損失。在燃燒調(diào)整過程中，一般加負荷時先加風再加煤，減負荷時先減煤再減風，通過微調(diào)勤調(diào)，避免床溫產(chǎn)生大幅波動，確保燃料燃燒更充分。綜上所述，鍋爐風量調(diào)整需要結(jié)合實際情況，綜合考量。

2.5 入爐煤粒度控制

文章所述鍋爐設(shè)計入爐煤粒度最大為7mm，2mm占比80%以上，如圖1所示[1]。入爐煤可謂是鍋爐的“糧食”，保證入爐煤粒度分布是鍋爐安全運行的前提條件。粒度過大，流化風量就要加大，增加爐內(nèi)受熱面磨損，理論認為鍋爐水冷壁磨損與入爐煤粒度平方成正比，可見煤的粒度也是鍋爐安全控制的重要因素。粒度過細，一些小的顆粒還未來得及在爐膛內(nèi)燃燒，隨著煙氣帶走，高溫旋風分離器如果捕捉不到，不能參與循環(huán)燃燒，飛灰含碳量將顯著增加，機械不完全燃燒熱損失增大。對于現(xiàn)有設(shè)備條件，燃煤粒徑分布調(diào)整受到限制，但應(yīng)盡可能調(diào)整接近設(shè)計粒度分布。避免細組分過多造成爐膛上部溫度偏高，或者顆粒偏粗造成運行風量過大，磨損嚴重，排煙溫度高等后果[4]?？刂迫霠t煤粒度還要從源頭—入廠煤入手，保證煤質(zhì)，減少煤中矸石量和雜質(zhì)，加強細碎煤機運維，定期做煤的粒度分布試驗，確保入爐煤粒度達到或力求接近鍋爐設(shè)計入爐煤粒度分布曲線。如果入爐煤粒度偏大，石性大，還會造成流化困難，一些大塊煤矸石或石頭燒不透，沉積在料層底部，嚴重時可能造成排渣管堵塞、噴熱渣、床溫波動，操作不當都會存在停爐風險?？偨Y(jié)多年來運行經(jīng)驗，當入爐煤粒度偏大，床溫出現(xiàn)波動(一般降低)，就要根據(jù)實際情況，適當增加一次風量，厚料層來維持床溫，如渣管排渣不暢還要進行梳通，確保鍋爐不滅火。

圖1 哈爾濱鍋爐廠設(shè)計煤粒度分布曲線

2.6 環(huán)保指標SO2、NOx控制

近年來，國家對環(huán)境保護越來越重視，四不兩直、明查暗訪，檢查頻次高執(zhí)法更嚴格，所有環(huán)保指標線上運行，一旦出現(xiàn)指標偏離或超出合格范圍，企業(yè)要第一時間做出響應(yīng)，采取措施回歸正常值范圍，否則要受到相應(yīng)處罰；因此，各企業(yè)都非常重視鍋爐環(huán)保指標控制。某電廠設(shè)計為爐內(nèi)脫硫、SNCR脫硝，投資較少，但存在過度投加，脫硫脫硝劑消耗大，造成浪費現(xiàn)象。由于采用純爐內(nèi)干法脫硫的技術(shù)路線，石灰石粉投入量始終處于較高的鈣硫摩爾比水平，鍋爐負荷80%～100%時，鈣硫摩爾比達到約6.5，造成石灰石耗量增加。經(jīng)過化驗，飛灰及底渣中分別含氧化鈣約12%、6%，造成石灰石大量浪費。同時，過量的石灰石對NOx的原始生成量有明顯的催化作用[2]。企業(yè)既要保證環(huán)保指標要求，又要考慮鍋爐經(jīng)濟運行；因此，加強鍋爐優(yōu)化控制是各企業(yè)提質(zhì)增效的一個重要舉措。一是要保證環(huán)保指標上限運行，但也存在超標風險。二是要避免鍋爐負荷大幅調(diào)整，確保脫硫脫硝劑在爐內(nèi)反應(yīng)時間。三是要時時跟蹤環(huán)保指標變化，微調(diào)精調(diào)。四是要加強脫硫脫硝劑質(zhì)量控制(石灰石粒度分布，CaO含量，氨水濃度要保證)。未來，如果國家強制要求環(huán)保指標超低排放，脫硫脫硝工藝還要進行技術(shù)改造，采取半干法或濕法脫硫，SNCR、SCR聯(lián)合脫硝等等，確保鍋爐環(huán)保指標達標排放。

3 結(jié)語

鍋爐優(yōu)化調(diào)整是一個復雜的過程，調(diào)整任何一項主要參數(shù)，其它參數(shù)都要相應(yīng)變化，需要綜合評價判定；而循環(huán)流化床鍋爐的特性又比較突出，即使是同一型號鍋爐也存在一些差別，這就需要運行人員熟練掌握鍋爐設(shè)計、構(gòu)造、特性，以專業(yè)知識為基礎(chǔ)，以操作規(guī)程為指南，不斷總結(jié)運行控制經(jīng)驗，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，才能更好的駕馭所控制的鍋爐。上述幾項參數(shù)是鍋爐安全、穩(wěn)定、高效運行的重要參數(shù)，也是運行過程控制的關(guān)鍵點，在運行中要加強監(jiān)控，使其達到最佳運行狀態(tài)，最大限度發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的高效節(jié)能優(yōu)勢。