馬守財，閆星磊

（1.晉能孝義煤電有限公司，山西 孝義 032300；2.山西世紀中試電力科學技術有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

隨著國家“雙碳”政策的推出，發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗減排工作成為“雙碳”政策的重點工作。循環(huán)流化床CFB（circulating fluid bed）鍋爐憑借燃燒效率及燃料適應性優(yōu)勢在我國火力發(fā)電行業(yè)中占據(jù)重要地位[1]。近年來，我國在超臨界CFB鍋爐技術領域取得十分顯著的進展，標志著我國自主研發(fā)的大型燃煤CFB鍋爐從制造到投產(chǎn)運行技術居世界領先水平[2]，但超高壓機組480 t/h CFB在役機組還較多，本文將針對某廠480 t/h循環(huán)流化床鍋爐在運行過程中出現(xiàn)的典型問題進行節(jié)能降耗優(yōu)化探究。

1 設備及系統(tǒng)簡介

某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的480 t/h循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐采用中間排渣方式，配套3臺出力為30 t/h的滾筒冷渣器，灰渣比為1∶1，前墻給煤方式，低溫動力控制燃燒技術。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 一次中間再熱、自然循環(huán)CFB鍋爐系統(tǒng)流程圖

輸煤系統(tǒng)：輸煤系統(tǒng)對于CFB鍋爐是最重要的組成部分，分為輸送、破碎、篩分等3個過程，將合格的燃煤粒度輸送至煤倉通過給煤系統(tǒng)進入爐膛密相區(qū)進行燃燒，其燃煤顆粒在一、二次風的作用下與空氣產(chǎn)生氣固兩相流態(tài)化破碎燃燒過程，燃煤粒度越小，燃燒速度越快越充分。

煙風系統(tǒng)：一次風保證物料流化的同時要保證密相區(qū)成為氧分還原區(qū)，二次風保證物料燃燒所需要的氧氣及爐膛過渡段的穿透力，高壓流化風保證返料裝置正常流化及返料所需的壓頭和風量。送風系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化主要考慮空預器的漏風情況及爐內(nèi)物料顆粒質(zhì)量的狀態(tài)，物料質(zhì)量的好壞直接影響密相區(qū)床壓，而床壓的高低直接影響風機的電耗率。

汽水系統(tǒng)：該系統(tǒng)經(jīng)濟運行參數(shù)的穩(wěn)定是保障機組長期高效運行的重要指標之一。

主燃燒系統(tǒng)及煙氣系統(tǒng)：該系統(tǒng)節(jié)能減排主要考慮燃燒效率對鍋爐整體效率的影響、環(huán)保數(shù)據(jù)控制，通過燃燒優(yōu)化調(diào)整達到環(huán)保超低排放的要求。

2 480 t/h CFB鍋爐運行中出現(xiàn)的問題及分析

2.1 飛灰與底渣含碳量高

480 t/h CFB鍋爐飛灰與底渣含碳量高主要受兩方面因素的影響，一是燃用煤種配比不合理，通過現(xiàn)場采樣對煤種進行校核和工業(yè)分析，發(fā)現(xiàn)低位發(fā)熱量為11 299 kJ/kg、Vdaf為14.8%、Mt為9%、Aar為45.25%、Car為30.5%、Sar為2.0%，以上數(shù)據(jù)表明，該廠燃用煤的特性為劣質(zhì)煙煤，若當煤的揮發(fā)分含量較高時，固定碳含量便會降低，使煤反應活性增強；反之揮發(fā)分含量較低時，則使固定碳含量增加，反應活性降低，煤炭的燃燒較為滯后，煤炭在爐內(nèi)停留時間較短時，或前墻給煤口與中間排渣口距離較短，很容易因煤炭量過多，燃燒速度較慢而從排渣口排出，使底渣含碳量增加[4]。二是風煤配比及一、二次風配比不合理。從燃燒角度考慮，在燃用劣質(zhì)煙煤時應考慮其在爐膛內(nèi)在氣固兩相流的作用下實現(xiàn)充分燃燒，產(chǎn)生階躍燃燒過程，如果一次風用量過大時，煙氣飛灰中未燃顆粒成分就較多，爐膛稀相區(qū)產(chǎn)生揚析份額率就越大，同時伴隨煙氣流速的增大使旋風分離器超出最佳分離效率工作區(qū)而使其捕捉能力下降，細小等級飛灰逃逸率增加，使得飛灰可燃物增加。以上綜合因素是造成底渣和飛灰含碳量較高的重要原因。

2.2 燃煤粒度控制不當

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的物料平衡理論，應合理控制入爐煤的粒度分布[5]。某公司以往采用的是原煤，入爐煤中有超過16%的粒徑大于10 mm的原煤，盡管在一定的床壓下增加了一次風量，但會使飛灰含碳量及排煙熱損失增加，粒度分布嚴重不均時甚至會造成爐內(nèi)局部流化不良導致分層現(xiàn)象出現(xiàn)，嚴重時可能產(chǎn)生低溫結(jié)焦等情況。鑒于此問題，某公司后續(xù)采用中煤，此類煤的灰分超過50%，矸石比例增加，且未考慮動力煤配比，其粒度級配比不合理，導致尾部煙道積灰嚴重、鍋爐排渣困難，密相區(qū)床溫梯度偏差較大，使機組帶負荷能力差。究其原因：一是從供煤源頭沒有控制好原煤中大粒徑比例，長期以往造成破碎系統(tǒng)損耗較大，且未及時進行篩板間隙調(diào)整，造成大粒徑顆?！疤右荨?；二是在燃用煤管理上缺乏經(jīng)驗，未綜合考慮鍋爐燃燒所適用的燃煤粒度分布，原煤與中煤配比不合理，導致入爐煤粗、細粒徑占比產(chǎn)生“兩個極端”，這是造成鍋爐燃燒不穩(wěn)定的重要因素。對此通過檢查輸煤破碎系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，由于入廠煤種中矸石及大塊較多，是造成大顆粒逃逸的主要原因。

2.3 鍋爐特征量監(jiān)測不可靠

由于CFB鍋爐的流態(tài)化特性，在其爐膛內(nèi)安裝了風量、壓力、溫度等在線檢測裝置。但在實際運行過程中，出現(xiàn)同一截面測量的壓力、溫度、風量等測點偏差較大，其測量誤差已遠遠超出元件本身的設計測量誤差值，且部分測點數(shù)值呈直線上升狀態(tài)最終顯示為壞點等問題，很容易對運行造成誤判。究其原因，一是檢測裝置安裝位置受環(huán)境影響，容易出現(xiàn)堵塞情況，使吹堵裝置的運行效果降低，甚至失效；二是為了滿足耐磨要求，導致溫度測定不夠靈敏，無法及時展示參數(shù)變化；三是管道設計未提前預留管段，使監(jiān)測數(shù)據(jù)不可靠。

3 480 t/h CFB鍋爐運行優(yōu)化措施

3.1 合理調(diào)整鍋爐一、二次配風

在循環(huán)流化床鍋爐中，燃燒所需的空氣分成一、二次風[6]。其配風的重要性直接影響鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，飛灰及底渣含碳量指標是衡量經(jīng)濟運行的重要指標，而風煤配比及一、二次風配比成為了CFB鍋爐能否經(jīng)濟燃燒的重要調(diào)整手段，為此我們對本鍋爐運行中發(fā)生的燃燒問題進行了典型工況燃燒調(diào)整試驗。在試驗中，將一、二次風原運行配比比例由70∶30調(diào)整為35∶65，隨著一次風的降低，密相區(qū)整體燃燒份額增加，在一定床壓下，保證了密相區(qū)氧分還原的同時，使密相區(qū)平均床溫由原來的820℃提高至880℃左右，稀相區(qū)溫度受二次風量的提高，整體燃燒份額較為均勻，整個物料循環(huán)倍率較為穩(wěn)定，左右側(cè)分離器返料溫度趨于均勻且消除了溫度偏差，在此工況下我們還進行了上下二次風的配比，將上下二次風門開度比調(diào)整為100∶50，經(jīng)過綜合配風調(diào)整，在穩(wěn)定燃燒工況的同時進行了飛灰及底渣取樣化驗，其化驗結(jié)果為飛灰含碳量由調(diào)整前的12.6%下降至8.7%，如圖2所示。在降低一次風的同時整體爐膛物料由于氣體壓力及流量減少的作用，流化速度降低，保證了密相區(qū)物料的重力還原，減少了稀相區(qū)物料濃度的分布，使飛灰中的可燃物可以充分在高溫下進行燃盡，同時增強二次風量，提高其風量在過渡段的穿透力，強化燃燒，實現(xiàn)分段階躍性燃燒過程，從而使飛灰含碳量比例降低。底渣含碳量由調(diào)整前的3%下降至1.3%，如圖3所示。在降低一次風量的作用下使整體物料熱量攜帶損失減少，密相區(qū)物料在氧分還原的基礎上，風溫的冷源量減少，提高了密相區(qū)整體運行溫度，加之合理使用一次風，使煤炭能在爐膛內(nèi)的停留時間延長，提高床溫燃燼率的同時，有效減少了底渣含碳量，從而使鍋爐燃燒效率提高。

圖2 一、二次風配比與飛灰含碳量關系圖

圖3 一次風占比、密相區(qū)平均床溫與底渣含碳量關系圖

3.2 合理配比入爐燃煤粒徑

CFB鍋爐節(jié)能減排效果主要取決于鍋爐燃燒效率，煤矸石及低熱值煤作為CFB鍋爐主要燃料，其燃燒效率可直接影響節(jié)能降耗效果，因此需借助一定手段控制煤炭燃燒速度，實現(xiàn)鍋爐節(jié)能。在運行期間應盡可能將入爐煤的粒度保持在設計范圍內(nèi)，粒度級配應科學合理，才可使CFB鍋爐安全穩(wěn)定地運行。在試運期間多次造成冷渣機排渣困難及爐內(nèi)分層現(xiàn)象，對于此類問題，我們進行了多次取樣化驗和組織人力對輸煤破碎系統(tǒng)進行全面檢查，對取樣煤質(zhì)和渣樣進行加權平均法綜合統(tǒng)計，結(jié)果小于1 mm粒徑的煤占比達到50%左右，2~10 mm粒徑的煤占比達30%左右，大于10 mm粒徑的煤占比達20%左右，配比嚴重不合理。我們反復進行配煤的調(diào)整試驗，得出以下結(jié)論及建議：一是控制小于1 mm粒徑的煤，通過加強原煤與中煤的配比，將其比例調(diào)整為2∶1，粒徑小于1 mm的煤占比由原來的70%控制在40%范圍內(nèi)；二是嚴格控制入廠煤的大顆粒占比，調(diào)整篩板間隙為8 mm，有效地控制入爐煤大于10 mm粒徑的比例，提高了中間粒度的占比，將粒徑2~10 mm的煤的占比提高至60%左右，嚴格控制，不能有粒徑大于10 mm以上的煤（如圖4所示）。通過以上優(yōu)化方案，得以保證入爐煤粒度滿足鍋爐運行要求，提高燃燒效率的同時，也降低了輔機功耗。

圖4 在優(yōu)化調(diào)整前與調(diào)整后的燃煤粒度占比分布圖

3.3 加強鍋爐特征量測點維護工作

為了提高監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性，建立針對性優(yōu)化措施：一是定期對裝置進行校對，加強設備維修管理，建立臺賬；二是從測量管件設計、裝置選型、優(yōu)化部件安裝位置等方面著手，建議對其風壓、風量測點定期進行吹掃校驗，測量管件根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行設計，裝置選型必須符合其工作區(qū)域的條件要求；三是爐膛內(nèi)溫度測點的安裝要正確，尤其密相區(qū)測點在考慮元件防磨的同時，注意安裝深入長度為100~150 mm范圍內(nèi)，停爐后嚴格檢查其裝置磨損程度，必要時進行更換處理。避免產(chǎn)生監(jiān)測故障，為運行人員做出科學正確決策提供可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.4 燃燒優(yōu)化調(diào)整

CFB鍋爐運行過程中應重視節(jié)能降耗工作，其中主要以床壓、風量做控制調(diào)節(jié)[7]。為了實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫的最佳效果，以及滿足機組節(jié)能降耗和控制NOx指標的要求，盡可能控制CFB鍋爐上中下床溫保持一致，床溫一般保持在850~920℃運行。根據(jù)實際運行工況綜合進行調(diào)整，將床壓由原先的9 kPa調(diào)整到7 kPa左右，加以合理配比一二次風，在保證密相區(qū)物料充分流化的基礎上通過降低一次風運行、提高二次風穿透力的方法，控制密相區(qū)床溫在890℃、分離器入口溫度在870~890℃范圍內(nèi)運行。通過優(yōu)化調(diào)整，使鍋爐排煙溫度降低了11℃，排煙熱損失降低了1.2%。降低床壓運行后有如下顯著效果：其一，冷渣器運行較為穩(wěn)定，實現(xiàn)連續(xù)排渣，額定負荷下實現(xiàn)物料量的能量守恒；其二，一次風機功耗明顯降低，為機組帶負荷提供了有力的支撐；其三，通過合理配比一、二次風，使爐膛床溫及煙道各段煙氣溫度達到尿素及碳酸鈣最佳反應溫度范圍，減少了尿素及石灰石噴入量的同時，有效控制了氨逃逸指標及使得NOx、SO2值滿足超低排放指標，為電廠節(jié)能降耗提供了參考數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

a）通過將一、二次風配比調(diào)整為35∶65，控制床壓在7 kPa左右，降低一次風量，提高運行床溫，可有效控制飛灰及底渣含碳量，優(yōu)化后進行計算平均廠用電率由原先的10.5%降低至9.3%，鍋爐效率提高3.2%，供電煤耗降低19 g/（kW·h）。以上數(shù)據(jù)表明，機組運行經(jīng)濟性明顯提高。

b）結(jié)合現(xiàn)場實際情況在冷渣器內(nèi)部高溫區(qū)中間第三段增加鰭片高度，使較細粒徑的煤能夠在冷渣機內(nèi)充分進行換熱，其改造效果明顯，冷渣器實現(xiàn)連續(xù)排渣；同時嚴格控制入爐燃煤粒度，采用粒度占比“兩頭小中間大”的原則，使床料質(zhì)量平衡，保障下渣管物料的均勻性，在冷渣機入口處形成穩(wěn)定的“渣封”，使冷渣機能夠均勻穩(wěn)定排渣的同時，從源頭控制了流渣堵渣的情況，解決了鍋爐排渣困難的問題。

c）經(jīng)過設計、安裝、調(diào)試、維護、優(yōu)化系統(tǒng)等方面進行針對性的重點工作，強化了鍋爐特征量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，其元件測量誤差在設計范圍內(nèi)，保障了監(jiān)視數(shù)據(jù)的可靠性。

實踐證明，通過對某公司CFB鍋爐運行中出現(xiàn)問題的分析，針對性采取控制燃煤粒度、運行配風調(diào)整、低床壓運行等優(yōu)化調(diào)整措施，節(jié)能降耗效果顯著，對同類型發(fā)電機組安全、經(jīng)濟、環(huán)保地生產(chǎn)運行具有重要的參考價值。