锅炉上煤量和掺焦比的控制优化

曹强 朱廷玉

（南京泰润电力工程有限公司 江苏南京 210042）

1 概述

某公司热电厂的循环流化床锅炉（CFB）系美国福斯特——惠勒公司生产的。其蒸发量为220t/h，设计燃料为烟煤+石油焦，用石灰石作为脱硫剂。而公司炼油厂在炼油过程中产生一定数量的石油焦，未能得到充分利用。并且，石油焦的发热量很高，可代替部分烟煤，作为燃料。在CFB锅炉上掺烧石油焦，既可彻底解决石油焦的出路问题；也可降低耗煤量以节约发电成本。

石油焦含硫量很高，硫含量达到4%以上，在燃烧过程中会产生大量的SO2所以掺烧时一定要控制好掺焦的量。一方面要满足国家对环保的要求（《火电厂大气污染排放标准》GB13223-2003，400-1200mg/M2）；另一方面要减轻锅炉尾部受热面低温腐蚀。最大限度的发挥CFB锅炉优越的环保性能。

以从前的掺烧情况看，如果掺入大于30%的焦后，SO2量就无法控制，不能满足国家规定的排放标准。因此，掺烧的石油焦的份量一般占煤量的15%左右。由于缺乏科学的计算及完善的控制，以及准确的在线监测，所以采用每天定量掺焦。具体体现在煤量和焦的掺入量无确定的关系，这是因为在掺焦前，煤量无测量装置，只在掺焦后才有皮带秤来进行测量（就现有的设备状况又无法增加测量装置）。这样照成了掺焦比不稳定，既不利于锅炉的经济运行，又使得工艺人员难以把握。另外，在SO2控制方面，链式旋转给料机的转速和石灰石量之间的关系不确定，这样就造成了SO2量无法精确控制。

因此，只有采用科学的控制方法来计量煤和优化掺焦，使掺焦比达到或接近锅炉出厂设计要求（即50%煤/焦比），并且在SO2排放量满足国家环保要求的情况下，才能达到CFB环保节能的效果。

2 工艺：（见图1）

燃料侧：

石油焦从#11带经皮带秤、挡板、滚轴筛，加在#7带正在传输的煤上，煤由13带叶轮给煤机，经#7带（与石油焦混合）、#4带、碎煤机、#5带、#6带到料仓。

锅炉侧：

锅炉主要由燃烧室、高温旋风分离器、床料回送装置、尾部对流烟道，四部分组成。燃料室下部为锥形段（密相区）。床上的物料被一次风流化，二次风从还原区上方的二次风口送入以达到分级燃烧的目的。较细的物料被上升的烟气夹带，进入燃烧室出口的高温旋风分离器。大部分粒子被分离并经床料回送装置返回燃烧室。燃烧室上部布置有与前墙垂直的有Ω 型中温过热器，从分离器逃逸的细粒子和烟气进入尾部烟道，依次经过热器W 蒸发管、省煤器、空预器、电除尘，进入烟囱。

石灰石侧：

主要由石灰石碾碎装置和石灰石传送装置，以及石灰输送装置组成。碾碎装置的作用：将石灰石碾碎成150μm~300μm的颗粒。传送装置是将石灰石粉由灰场传送至炉前缓冲仓；而输送装置由旋转给料机定量的将粉输入炉膛，脱硫。

3 设备状况

电厂CFB锅炉已实现DCS控制，输煤系统已实现了PLC控制。它们可以提供强大的控制，实现功能和丰富的算法。烟气排放中SO2、NO等含量及石灰石、石油焦、燃煤现场均设置了在线监测仪表或皮带秤，可以提供可靠的在线监测数据。石灰石的旋转给料机、燃煤的叶轮给煤机，均可以采用变频调节，可以按需要改变给料量的多少。

4 具体措施

从效率实验数据分析（西南设计院在锅炉竣工后所做的实验），电厂的CFB锅炉在满负荷的消耗燃料6.36kg/s（按CFB锅炉设计标准掺50%的焦），由于燃料计量和输送环节的误差，两种燃料消耗量分别为石油焦57%、煤43%（石油焦的低位发热量为30341kj/kg，煤的低位发热量为20691kj/kg），所以我们在经过优化后，要尽量达到50%的掺焦比。（注：当时实验时，很多数据均由便携式仪器测量所得。）

而要达到50%的掺焦比，要解决以下几个问题：

4.1 由于煤在掺焦前无测量装置（只在掺焦后有测量装置），且焦通过皮带到达煤/焦量测量点有一段距离。所以我们将便携式秤重装置置于叶轮给煤机出口处，通过多次实验找出叶轮给煤机转速与煤瞬时量之间的关系，得到了重要的实验系数，进而制定了科学的控制方法。

皮带秤信号已接入PLC程控。根据#11带的石油焦量计算发热量换算成煤输入量，通过变频器控制叶轮给煤机转速，进而调节煤量。见图2

注：批次煤/焦发热量由人工分析得

如批次煤发热量为21.69MJ/kg，批次焦发热量为32.61MJ/kg

SP=（焦的瞬时量*32.61/21.69）*100%

PV=转速*系数*100%

图2

4.2 而对于SO2量的控制，主要问题在旋转给料机的转速和石灰石量，以及石灰石粉量和SO2之间的关系不确定。于是，我们首先通过实验得到了转速与石灰石量之间的关系，确定了Ca/S的摩尔比。

SO2的信号均接入DCS。根据SO2燃料量的测量，通过对变频器控制链式旋转给料机的转速，通过变频器频率来控制给粉量。见图3：

SP=P1*P2*系数*100%（P1为SO2浓度mg/m3，P2为燃料总量kg/S）

PV=max(0,(f*0.09+0.1))*系数*100%

以上系数均由实验获得

图3

5 采用了优化方案后的效果

经过优化调整后，我们摘录了一些运行数据，如表1。

焦发热量为32.61MJ/kg

煤发热量为23.15MJ/kg

石灰石粉纯度(CaCO3)为87.55%

关于可译性与不可译性的讨论从来都没有停止过。那么什么是翻译呢？美国翻译理论家奈达说过：“所谓翻译，是指从语义到文体在译语中用最贴近而又最自然的对等语再现原文的信息。”[1]这样看来，翻译是具有可译性的。但是对等语在某些情况的缺失又限制了翻译。简单来说，这就是可译性与不可译性的问题。

工况调查：

①锅炉蒸发量（蒸汽流量）调整

②床温调整

③Ca/S摩尔比调整（改变石灰石量，通过变频调整旋转给料机转速）

④炉膛出口氧量调整（二次风量调整）

实验结果表明：

②主要参数的控制数据：负荷210t/h时，50/50的焦/煤比，石灰石转速应在55rpm左右，床温应在870℃~890℃，Ca/S摩尔比应在2.5~3.0。

③和优化前对比，已实现了50/50的焦/煤比以及将SO2量控制在国家排放标准之内。

6 存在的问题

6.1 锅炉现有的石灰石粉制备系统和输送系统均不够完善，时有故障发生。这样就不能保证入炉石灰石量的稳定均匀，从而导致SO2浓度升高。

6.2 如果煤质、焦质、石灰石质变化较大，但仍然会给控制带来一定影响。

6.3 很多参数不能实现在线监测（如煤质、焦质、石灰石质），只能通过手动分析而得。这样，对依赖手工分析数据的控制也有一定影响。

6.4 物料的粒度无法精确的控制，对物质的影响也比较大。

7 参照标准

7.1 美国福斯特——惠勒公司锅炉说明书；

7.2 《火电厂大气污染排放标准》GB13223-2003；

7.3 HONEYWELL的TDC3000和西门子的S7-300系统说明书。

表1 某电厂1#锅炉运行数据