CFB 锅炉优化经济运行分析

杨春光，苟雪峰

(大唐保定热电厂 设备部，河北 保定071000)

0 引言

目前，全国循环流化床锅炉(简称CFB)机组已经大量投产，在国家日益严格的节能和环保的要求下，提高CFB 锅炉经济性，充分发挥CFB锅炉优越性，运行优化已成为关键［1～3］。本文结合A 电厂(锅炉型号:DG450/9.81 －1)和B 电厂(锅炉型号:DG－1100/17.4 －Ⅱ3)的调试运行经验，针对CFB 锅炉启动和运行中常见的问题，对CFB 锅炉进行了优化经济运行分析。

1 启动优化

1.1 控制预铺设床料

在CFB 锅炉启动前，炉膛布风板上必须要铺设好床料，预铺设床料的厚度和粒径的分布均会对锅炉启动过程有不同程度的影响。

(1)在启动时，如果点火床料铺设过厚，由于床料的增多而蓄热量加大需要加大热量输入来保证床温上升速率;而同时床料的增多一般需使用相对较大的一次风量流化床料(A，B 电厂不同床层厚度对应安全流化风量见表1)，这样被流化风带走的热量会增多，也加大了对热量输入的需要，而锅炉启动是依靠燃油燃烧来供应热量的，这无疑加大了燃油损耗。而且锅炉由于升温升压曲线的限制启动时间较长，加上启动时机组有多项试验要做也要延长启动时间，这就更增加了燃油浪费。如果启动床料过薄，则容易在启动后期由于床料的逐渐减少而造成床料局部流化不良甚至出现床层被吹穿、局部死区等现象，安全性下降。

表1 不同床层厚度对应安全流化风量Tab．1 Different thickness of bed layer for security fluidization airflow

(2)如果床料粒径分配不合理(极大或极小的颗粒过多)，极大颗粒的床料停留在床层底部，很难保证良好流化，极小的颗粒被烟气夹带，旋风分离器无法捕捉，不能再返回炉膛进行循环，导致炉内物料越来越少;同时为了保证流化，需开大一次风，造成启动后期炉膛稀相区缺少细颗粒物料，对受热面的流化换热不足，锅炉升负荷困难，且增加排烟损失，还容易造成受热面超温的后果。

鉴于以上两点，必须关注启动前预铺设床料质量，主要是床料厚度和粒径分布。经过数次启动试验验证，每次启动前，最好经过筛选，把床料粒径范围控制在0 ～10 mm，d50=1.5 mm，铺设床料厚度在750 mm 左右(返料器内如果有物料存在可以控制在700 mm 左右)。

带负荷以后可以适当从给煤机或者启动给料口加入合适粒径的床料，既能抵消由于启动床料不足造成启动后炉膛差压低无法迅速带高负荷的问题，也能解决启动后期由于床料不足造成运行安全性降低的问题。

1.2 及时投入锅炉底部加热系统

根据启动前所有准备工作需要的时间，先提前通过除氧器加热给水，用疏水泵或给水泵将80 ℃以上的热水上至锅炉汽包点火水位，有底部加热系统的机组应立即将底部加热投入来加热炉水。这样，如果投入时间足够，在锅炉点火启动时，炉水温度已经接近底部加热汽源压力下的饱和温度(一般是1 Mpa 左右的辅助蒸汽，炉水温度接近180 ℃)，点火后，可以大幅减少炉水的加热时间，不仅节省启动燃料的消耗，节省风机、水泵电耗，也减少了启动时间，可以使机组尽快并网。

另外，要根据汽水温差缓慢投入底部加热系统，防止管道、联箱等震动过大，损坏设备。

1.3 合理配风

点火配风的质量直接影响到点火是否能成功和点火成功后油枪燃烧状态是否良好，过大、过小或多路点火风配比不合适均对燃烧不利。点火时，先根据经验确定好多路点火风的风量大小和配比，调整好调门开度，点火后再通过火检系统或就地实际观察油枪燃烧效果来细调用风量及配比。调节过程中要密切监视火检强度及点火风道各温度测点的变化情况，并通过就地观察火焰状态来确定燃烧效果的好坏。然后在升温升压过程中要逐渐增加油量，风量，调整好配比，并注意保证点火风道不要超温，床温变化率不超限。

CFB 锅炉启动点火一般都采用床下点火方式，虽然设计有床上燃烧器，但由于控制不好极易发生结焦现象实际很少投运。启动过程中，油枪燃烧所需氧分主要由一次风供给，在燃烧工况良好时，热烟气流过布风板加热床料后进入炉膛。由于还没投煤且在满足流化的最低流化风量下过剩空气系数已经满足燃料完全燃烧要求，所以在启动前期在防止床料反窜进二次风风管的前提下，尽量降低二次风量，在减少排烟损失的同时，也降低了二次风对床温的抑制作用和风机耗电量。启动后期投煤以后，氧量不足时可以再加大二次风量。这样可以有效地节约燃油和厂用电，提高经济性。

B 电厂CFB 点火配风采用热一次风，取自主流化风支路，无配置点火增压风机。开始试运时，为避免压差过大，主流化风门关至40%就没有再关，造成点火风不够，使油枪燃烧不充分，风室温度无法达到600 ℃以上，造成床温上升困难，延长启动时间，浪费燃油。后经论证和逐步试验，进一步关小主流化风门至10%以下时，观察油枪燃烧状态明显好转，火焰呈亮黄色，且烟囱停止冒黑烟。在油量不变的前提下，风室风温达800 ℃以上，在只投两只大油枪(共四只床下枪分左右布置，两边分别布置1 900 kg/h 和1 100 kg/h 出力的油枪各一只)的前提下就可以使床温达到投煤温度。由此可见合理配风的重要性。

1.4 及时投煤及停油

由于机组不同，设计不同，床温测点设置位置的不同，这里不能给出确定的投煤和停油温度值。应当根据自己锅炉调试时投煤温度及各煤种的经验投煤温度，启动时尽量及时在接近投煤温度时脉动投煤，注意氧量变化趋势，确认煤着火床温继续上升后能连续投煤尽量连续投煤。投煤后应根据氧量合理调整一二次风及多层二次风之间的配比，随着煤量的增加，床温和炉膛内部温度会稳步上升，这时要适时加煤减油，降低燃油输出热量的比例，并控制好床温变化率，保证升温升压曲线的要求。

值得一提的是，一般CFB 锅炉的投煤温度给定都是以平均床温为依据的。随着现代CFB 锅炉的发展，蒸发量越来越大，锅炉几何尺寸也越来越大。随着床面面积的不断增大，床料的横向流动掺混达到均匀的时间将越来越长，再加上启动初期流化风偏小，外循环还没有建立，床层本身流动性也较差，这都会造成局部床温跟平均床温的较大偏差。这时如果针对局部床温来有针对性地投入该区域的给煤机的方法将会把给煤时间更加提前，降低油耗。根据B 电厂CFB 的调试经验，当几次启动局部床温达550 ℃以上投煤成功时，平均床温最低时才不到400 ℃。而投煤成功后就可以逐渐加煤减油。按照床温温升率不大于3 ℃/min，如果平均床温550 ℃再投煤，至少多浪费燃油1 h (实际上越接近投煤温度，由于床温较高，对炉膛换热和对外散热都将加大，而油枪出力有限，所以床温提升越困难)。按投两只油枪，每只出力1 900 kg/h 算，也节省了3 800 kg燃油。

当多台给煤机都稳定投入且床温较高时应尽快减油加煤直至停止油枪运行，此时给煤进入床层完全可以稳定燃烧(根据经验当床温750 ℃以上，锅炉负荷超过25%额定蒸发量以后，就可以不投油稳燃。为了保证安全，可以根据实际情况把握停油枪的时机)。

另外因为煤质的不同造成不同煤种的着火温度不同，一般挥发分大的煤种更容易着火。可以在点火前有针对性的准备些挥发分大的启动用煤，这样，在启动时，可以在更低的床温投煤着火，在一定程度上再减少启动油耗。

2 运行调整优化

2.1 选择合适的床压

在一定的风量下床压的高低反映的是炉内物料多少的程度，床压的控制对锅炉的安全经济运行有重要意义。物料过多时，床压过大，风室风压增大，床层阻力相应增大。为了保证足够的流化风量和负荷的稳定，需增大风机出力提高风机出口风压，使风机电耗增大;同时，由于风机功率增大，当接近最大功率时再增加风压或风量产生困难，势必影响负荷的提升。此外，过多的物料也会使床层蓄热增大，调整惯性增大，给床温、汽温、汽压等参数的及时调整造成影响。物料过少时，首先床层蓄热太小，抗干扰能力下降，不易于稳定床温和配风，进而影响蒸发量和汽温、汽压等参数的稳定，给安全运行造成威胁;其次物料过少时，一旦流化风量控制不好就容易出现床层吹穿现象，床温分布也容易出现较大偏差，进而影响入炉燃料的稳定燃烧，影响锅炉效率;最后，床料过少，参与流化换热的物料减少，造成炉膛换热减小和尾部烟道的热负荷增大，易使尾部烟道受热面壁温超温，降低锅炉安全性。

因此，必须选择合适的床压运行范围来保证锅炉的安全经济运行。控制多台冷渣器的启停及单台冷渣器的转速都可以实现对床压的控制。应根据煤种的变化和锅炉的布风板特性同时依据运行经验来适当控制运行床压，达到安全经济运行的目的。目前A 电厂8 号、9 号炉床压分别控制在8.0 kPa 和9.5 kPa，B 电厂两台CFB 床压控制在8.0 kPa，可供参考。

2.2 选择合适的床温

床温是CFB 锅炉运行需要控制的重要参数，直接影响着锅炉运行的安全性与经济性。床温过高，会导致床层结焦，脱硫效率下降;床温过低，会增加燃料的不完全燃烧损失，也降低了锅炉运行的安全性。选择合适的床温目的就是在安全性和脱硫效率允许的前提下尽量提高床温。

床温的提高首先为燃料的完全燃烧提供了更好的温度条件，加速了燃尽过程，降低了不完全燃烧损失;其次高床温也相应地提高了炉膛整体温度水平从而提高了炉膛换热效果进而提高了锅炉带负荷能力;最后提高床温一般是以降低流化风量、总风量来实现的，可以减小排烟损失，而且对减轻受热面磨损也起到一定作用。

总之在锅炉安全运行的前提下，尽量使床温靠近上限运行。为了防止床层结焦及脱硫效率降低，床温不能过高。

2.3 停运播煤风机

播煤风机的主要作用是将给煤均匀地播撒到床层，使床层给煤分布尽量平均。如果确认锅炉床层流化状态较好，在床层宽度不大、播煤风机还有旁路，其风压风量也可以满足播煤要求的前提下可以停运播煤风机。这样首先是节省了厂用电，其次也减少了设备检修维护费用。A 电厂停运播煤风机以后依靠旁路，播煤风压略大于床下风室风压可以维持在15 kPa，而二次风压最高10 kPa。炉膛给煤口一般布置在下二次风口附近，鉴于二次风可以很好地吹透床层，播煤风压大于二次风压至少5 kPa，旁路播煤风也可以依靠夹带作用使较细颗粒入炉煤迅速平均分布床层。当然停止播煤风机以后由于播煤风压的降低，播煤风夹带不动的一部分较粗颗粒只能依靠重力落入床面，但较粗颗粒落入床层后也会通过床层的横向掺混流化，最终也平均分布床层，而且如果入炉煤粒径满足要求的话，这部分粗颗粒的比例是很少的。所以停止播煤风机以后，依靠旁路播煤风也可以满足播煤要求，加之有给煤机密封风、冷却风的冷却，也保证了给煤机的安全给煤。

目前A 电厂已经停运播煤风机近2 年，无不良影响。B 电厂CFB 锅炉也一直未投入播煤风机运行，未见明显异常，可为同类CFB 锅炉提供借鉴。不过B 电厂有偶尔发生炉膛给煤口轻微结焦现象，现无法确定是否因停运播煤风机引起，需注意。

2.4 调整配风、确定合适的氧量

(1)锅炉运行中，一次风用来保证床层流化及提供燃料初始燃烧的氧量，二次风用来增大炉膛内部扰动及提供燃料后期燃烧氧量，调整好一、二次风及多层二次风之间的配比，可以有效地降低锅炉不完全燃烧损失。不同负荷、不同煤种，不同粒径在风量的分配方面有很大的区别，要依据锅炉的设计及运行经验来调节一二次风配风。

(2)注意将氧量调整在合理范围内，一般氧量控制在3% ～4%。锅炉燃烧的好坏和脱硫脱销的效果直接跟氧量的大小有关。氧量过小，锅炉不完全燃烧损失增大;氧量过大，排烟损失和风机耗电率增大，脱硫脱销效率降低。

由于旋风分离器对循环物料有捕集回送的作用，通过外循环可以延长物料燃烧时间;分离器不能捕捉的极细颗粒也有床层床料的阻挡和二次风的扰动在内循环中延长燃烧时间，所以CFB 锅炉可以保持较低的氧量而不增加飞灰含碳量。当然必须要保证合格物料粒径和良好的分离器效率。大量历史数据表明A 电厂两台机组氧量维持在3%以上时，飞灰与氧量无明显线性关系。因此，可以使氧量尽量靠下限运行。

2.5 保证入炉煤粒径

CFB 锅炉的燃料粒径设计为宽筛分分布，粒径分布范围多在0 ～10 mm，最大不超过13 mm，但由于碎煤系统损耗快，维护困难，现在大多数CFB 锅炉的燃料粒径分布难以满足设计要求。

粒径过大，总换热面积相对减小，燃烬时间将会延长。而且大量的粗颗粒沉积在床层底部，影响床层流化和降低炉膛中上部燃烧的热负荷，增加无谓的流化风量消耗，加大排烟损失，增加炉膛和尾部烟道的磨损，而且极易堵渣，加大锅炉排渣难度，使锅炉运行稳定性、安全性降低。同时由于大量的粗颗粒燃料还没有燃烧完全，就被排出炉膛，也会使锅炉底渣含碳量增加，降低锅炉经济性。粒径过小，极易被流化风夹带飞出炉膛，当粒径小到旋风分离器也难于捕捉时，将无法参加物料循环而无法燃烧完全，造成飞灰可燃物增加。如果这种小颗粒足够多，还容易造成回料量减少、物料损失加快使床压难以维持影响锅炉稳定运行。

循环流化床床料的粒径分布对循环流化状态和炉膛换热有决定性的作用。粒径分布合理时，既有足够的较粗的物料在密相区燃烧维持床压、床温，也有足够的细物料在稀相区燃烧并对水冷壁对流换热，提高了炉膛内吸热份额，保证了锅炉的带负荷能力。由于粒径的改善，也可以优化物料的流化状态和保证物料的良好循环，使风量可调整的余地更大，调整手段更多，从而使运行人员可以通过灵活的调整配风使汽温、排烟温度、氧量、床温、飞灰含碳量等其它各运行参数在各种工况下达到最优从而全方位提高运行经济性。

A 电厂和B 电厂都因为粒径过大出现过无法带高负荷，排渣困难甚至流化不良等各种故障。鉴于以上分析，应该把入炉煤的破碎和筛分作为保证入炉煤质的首要工作去做，严格控制入炉煤粒径满足设计要求。由于石块硬度很高又耐磨又不能通过燃烧过程自我破碎，当过多较大石块进入炉膛后对床层流化、床温控制和正常排渣都会造成威胁，所以当入炉煤中有石块时，更要通过筛分和破碎保证粒径，尤其要控制粒径过大石块进入炉膛。

3 其他优化措施

在机组低负荷运行时，二次用量相对减少，因此，在相同的风量下，如果能停掉1 台二次风机，保持单台二次风机高风压运行，可以降低二次风机电耗，降低厂用电量。

在有两台以上机组的情况下，当热电负荷降低时，如果施行负荷偏置保持部分机组的满负荷运行，既可以保证满负荷机组的热效率，又可以根据负荷使低负荷炉采用单侧辅机运行等优化措施，提高全厂运行的综合经济性。

降低入炉煤水分，既可以降低排烟损失提高经济性，也可以减少CFB 锅炉常见的煤仓棚煤、堵煤、走眼和给煤机出口堵煤的情况，保证机组的稳定和安全。

4 结论

通过运行优化调整，A 电厂的两台东锅450 t/h CFB锅炉运行状况良好，连续安全运行最高超过300 天，启动油耗比调试期减少了10 t 以上，锅炉效率提高近1%;B 电厂的1 100 t/h CFB锅炉启动耗油也从开始的50 t 以上降低到了40 t以下，并且风机耗电率也有显著降低，尤其是入炉煤粒径的控制对B 电厂的安全经济运行效果显著。希望可以为同类CFB 锅炉机组提供参考。

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