300MW 循环流化床锅炉床温控制策略

樊睿源，惠建峰

( 北方联合电力公司蒙西发电厂，内蒙古 乌海 016000)

蒙西发电厂2 ×300MW CFB 机组，于2008年1月1月投入商业运营。该锅炉为法国ALSTOM 公司技术，由上海锅炉厂设计和制造的1 025 t/h 的循环流化床锅炉，系亚临界、一次中间再热、单锅筒自然循环、平衡通风循环流化床锅炉。与440 t/h 循环流化床锅炉相比，高温物料循环回路中增加了4 个外置式换热器，将部分蒸汽受热面置于其中。为了促使风煤更好的混合，炉膛底部采用了分叉腿结构。由此，该锅炉在床温控制上与煤粉炉及小容量循环流化床锅炉不同。本文通过分析和总结影响该锅炉床温的主要因素，并结合生产实践，提出了启炉过程和正常运行中床温控制的一些方法，以及床温异常时的一些解决办法。

1 蒙西发电厂300MW 循环流化床锅炉构造

CFB 锅炉采用流态化的燃烧方式，是一种介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式［1］。上海锅炉厂设计和制造的1 025 t/h 的循环流化床锅炉由炉膛、分离器、回料阀和外置式换热器构成了循环流化床锅炉的核心部分—物料热循环回路。炉膛下部呈裤衩腿结构，在炉膛上部左右两侧各布置有两个高温绝热旋风分离器。每个分离器回料腿下布置一个回料阀和一个外置式换热器，每个回料阀一侧与炉膛相连，另一侧与一个外置式换热器相连。分离器分离下来的高温物料，进入回料阀后，一部分直接返送回炉膛，另一部分进入外置式换热器，再分别以高温和低温物料的状态返回炉膛。在锅炉运行时，炉内的物料主要由床料、给煤、给煤中的灰、未反应的石灰石、石灰石脱硫反应产物等构成。这些物料在从布风板下送入的一次风和从布风板上送入的二次风的作用下处于流化状态。在炉膛的不同高度上，较粗的固体颗粒将沿着炉膛边壁下落，形成物料的内循环;较细的固体颗粒被烟气夹带进入高温绝热旋风分离器，进行气固两相分离，绝大部分颗粒被分离下来，一部分通过回料阀直接返回炉膛，另一部分通过外置式换热器再返送炉膛，形成物料的外循环。蒙西发电厂300MW CFB 锅炉结构如图1 所示。

图1 300MW CFB 锅炉结构简图

2 运行中影响床温的主要因素

稳定、合理的床温是循环流化床锅炉稳定运行的基础。300MW 循环流化床锅炉较煤粉炉以及小容量循环流化床锅炉系统更为庞大，结构更为复杂，其床温影响因素较多，故其床温在调整和控制上比较复杂。

2.1 燃料的影响

该循环流化床锅炉以0 ～13 mm 煤粒作为最终入炉燃料。在运行过程中，入炉煤量、煤的发热量、含硫量及灰分含量变化等因素均会对床温造成影响。

1)入炉煤量或发热量增大时进入炉膛的总热量增加将导致床温升高。

2)燃煤含硫量增加时，由于循环流化床锅炉是通过添加石灰石来脱硫，这就需要加入更多的石灰石，增加的石灰石不仅在被加热的过程中吸收热量使床温降低，而且排出时亦带走相当一部分热量。

3)当燃煤灰分增加时，入炉总热量降低，灰渣量增加，排渣热损增加，床温降低。

2.2 外置床返料量的影响

300MW 循环流化床锅炉为了解决受热面布置的问题，在炉膛外部增设了四个外置床，用以布置中温过热器、高温再热器及低温过热器。由旋风分离器分离下来的物料在灰控阀的控制下经由外置床与受热面换热后进入炉膛。灰控阀开度越大，进入参与换热的物料就越多，换热愈强，床温降低就越多。

2.3 循环倍率的影响

物料循环量是循环流化床锅炉设计运行中的一个重要参数，它对炉内流体动力特性，燃烧特性、传热特性及变工况运行特性的影响很大，一般采用循环倍率加以定量表述［2］。物料循环量的大小直接影响锅炉内的热量分配。由于循环流化床锅炉床温较低，所以物料或气体与受热面的辐射换热份额降低，对流换热在整个换热过程中起主导作用，炉内对流换热系数随着物料颗粒浓度的增加而增大，物料与水冷壁换热随之加强。也就是说，当循环倍率提高时，循环细颗粒对受热面的传热量及从密相区带走的热量增加，使得整体床温下降。

2.4 炉内物料分布的影响

循环流化床锅炉中，床层被人为地分成两个区域，即下部的密相区和上部的稀相区［3］。二次风口以下为密相区，以上为稀相区。一次风经布风板垂直向上吹入炉膛，其主要任务是流化床层。二次风从炉膛四周分层吹入，主要是补充氧气，保证燃料充分燃烧。炉膛下部的密相区充满了灼热的物料，是一个稳定的着火热源，也是一个存储热量的热库。新的燃料及从高温旋风分离器收集的未燃尽的燃料被送入该区域，由一次风将其与床料混合并流化。物料在一次风的携带下从炉膛截面中心区域向上运动，同时沿截面贴近炉墙向下运动。较小的颗粒被携带至炉膛上部稀相区，较大的颗粒被留在密相区。当增加一次风量时，就会有更多的物料被带到稀相区燃烧并参与热量交换和质量交换。由于密相区的物料量减少，且稀相区水冷壁没有浇注料，换热更强烈，炉膛下部床温及整体床温会降低。这也是一次风量影响床温的理论实质。

2.5 过量空气系数的影响

过量空气系数增加，床内含碳量会明显下降，扬析到过渡区的颗粒含碳量也会下降，因此在过渡区中燃烧量会下降。在稀相区的上部，过量空气系数增加时氧气浓度升高较多，虽然颗粒含碳量较低，但燃烧份额在稀相区上部仍会有所增加。在密相区中，颗粒含碳量更低，但氧气浓度更高，一定程度上氧气到达碳颗粒表面的机会要大，因此密相区中燃烧份额略有上升，故整体床温会有所上升。但如果过量空气系数过大，会过度增加排烟热损，从而使床温降低。

2.6 床压的影响

当床压升高时，床温会降低。这是因为床压升高密相区物料量增大，在入炉煤量不变的情况下密相区煤灰比下降，从而燃烧相对减弱导致床温下降。

2.7 一二次风配比的影响

改变一二次风配比，直接影响到炉内物料分布、排烟热损等，故而引起床温的变化。

3 床温的调整与控制

明确影响床温的根本因素后，我们可以通过一些具体的操控手段实现对床温的调整与控制，使其保持在理想状态。

3.1 启炉过程中床温的控制

在锅炉启动初期，主要任务是逐渐提高床温。由于炉内浇注料及膨胀的要求，升温速率是已定的，出于节能的考虑，在适当减少炉内总物料量的同时，一次风量略高于临界流化风量即可，二次风量则尽可能小，以二次风管不返风为准。

当床温上升到300 ℃时，出于再热蒸汽升温需要，应适当提高一次风量，增加蒸发量，以加速高再外置床暖床，且使得风道燃烧器出力可进一步增大，以保持床温温升速率正常。

当床温达到500 ℃时即可点动投煤一次，在继续升温的过程中观察氧量变化，当氧量开始明显下降，床温温升速率加快时即可再次点动投煤，直至建立连续给煤。与此同时，应在保证床温温升速率正常情况下适度减小风道燃烧器出力。

3.2 运行中的床温控制

1)合理配比一、二次风量，保证床温的均匀性。

2)风是锅炉燃烧的根本，是物料流化的载体，是煤燃烧的保证，故增减负荷时，为了床温的稳定，应按照如下步骤操作:增负荷时先加风后加煤，减负荷时先减煤后减风。

3)根据锅炉负荷及电负荷合理配比煤量。

4)通过中过外置床灰控阀的开度控制两侧床温。增加灰控阀开度，床温降低，减小灰控阀开度，床温升高。

3.3 床温异常情况下的控制

3.3.1 两侧床温偏差大

上海锅炉厂设计的300MW 循环流化床锅炉下部采用分叉腿结构，虽然采用对称设计，但在运行中经常会出现锅炉两侧温差大的现象。

1)调整炉膛两侧给煤量配比。增大床温低一侧给煤量或降低床温高一侧的给煤量。

2)调整炉膛两侧中过外置床灰控阀开度。开大床温高一侧的灰控阀开度或减小床温低一侧灰控阀的开度。

3)调整两侧床压。降低床温高一侧冷渣器转速或减小其下二次风量，当两侧床压波动大甚至翻床时应通过调整一次风量以保持床压、床温均衡稳定。

3.3.2 床温上下偏差大

1)上部床温远高于下部床温。适当降低下二次风量和一次风量，减少稀相区物料量。

2)上部床温远低于下部床温。适当提高下二次风量和一次风量，使更多的燃料进入稀相区燃烧。

3.3.3 床温波动大

当炉膛内部的燃烧或换热状态发生波动时就会出现床温的大幅波动，只要控制好以下几点就可以稳定床温。

1)保证两侧床压均衡。

2)保证入炉风量、风压的稳定。

3)保证入炉煤量及石灰石量的稳定。

4)保证炉膛负压及氧量的稳定。

5)保证床压在设计范围。

3.3.4 密相区结焦

密相区结焦后，由于内部流化不良，整体床层不稳定，极易在局部形成富氧燃烧区域，使得局部床温迅速蹿升，加重结焦，严重时甚至烧毁床温测点。此时，应适当保持高床压，稳定床温，并通过加大一次风量强化流化的方法，在防止进一步结焦的同时尽快炉内焦块磨损殆尽。如果单侧床温迅速蹿升，应立即提高另一侧一次风量，从而通过迅速增加本侧物料量的方法控制床温，待床温稳定后再将两侧床压调平。

3.3.5 单侧給煤丧失

此时应迅速对給煤丧失侧进行如下操作: 尽快投入床枪，在保证不发生翻床的情况下适度降低这一侧的一、二次风量，停止该侧石灰石投入，尽量关小中过灰控阀开度。通过以上一系列操作可最大限度的保证給煤丧失侧的床温。然后根据主汽压力降低电负荷。

4 结束语

通过4年多的实践，我们基本掌握了国产化300MW CFB 锅炉床温特性以及主要影响因素，并总结出了锅炉启动、运行阶段及异常状况时床温的控制方法，为300MW 循环流化床锅炉的长期安全、稳定、经济运行提供了可靠的保证。

［1］党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［2］路春美，程世庆，王永征.循环流化床锅炉设备与运行［M］. 北京:中国电力出版社，2003.

［3］张栾英，李建强，谷俊杰，等.100MW 循环流化床锅炉床温控制策略［J］. 华北电力大学学报，2004，31(1):31 -33.