洗煤泥循环流化床锅炉自动化实现分析

姬 鹏 黄振祥 李 悦 刘建国 任庚坡

1.中国船舶重工集团第七一一研究所

2.上海交通大学机械与动力工程学院

3.上海市节能监察中心

洗煤泥循环流化床锅炉自动化实现分析

姬 鹏1黄振祥1李 悦1刘建国2任庚坡3

1.中国船舶重工集团第七一一研究所

2.上海交通大学机械与动力工程学院

3.上海市节能监察中心

基于洗煤泥燃料的特点，分析了影响洗煤泥循环流化锅自动化实现的两个关键因素，根据洗煤泥循环流化床锅炉自动化运行实例，将自动化运行过程分为了3个阶段，并提出了3个阶段的控制思路。

洗煤泥；循环流化床；自动化实现

洗煤泥是煤炭洗选后的“伴生品”，含有大量的细煤颗粒（80%以上的颗粒在0.2 mm以下），洗选后的煤泥带有25%～40%的水分，16%～49%的灰分，热值在1 912～4 000大卡之间，粘性大不易运输，而且极易造成严重的环境污染环境[1]。目前我国每年排放的洗煤泥已逾600万t，回收利用洗煤泥意义重大，不仅解决了由于洗煤泥造成的环境问题，而且增加了能源利用效益[2]。目前利用循环流化床锅炉燃烧洗煤泥供热和发电是处理洗煤泥的最佳途径之一。

佳木斯某企业新上2台20 t/h纯烧煤泥的循环流化床锅炉，采用PLC控制系统，已初步实现了运行自动化，本文正基于此成功运行的实例上分析洗煤泥循环流化锅炉自动化实现的可能性。

1 自动化运行的影响因素

洗煤泥循环流化床锅炉的自动化运行就是为了将锅炉的床温、烟气氧量、给煤的频率等控制在一定范围内，降低操作人员的劳动强度，减少人工误操作的几率，提高锅炉运行的安全性和稳定性，确保炉膛的压力和蒸汽参数符合企业生产需求。

要实现洗煤泥循环流化床锅炉自动化，必须要考虑到洗煤泥本身的燃烧条件、燃料输送的方式等因素。

1.1 洗煤泥的燃烧条件

洗煤泥的着火点和灰熔点对锅炉自动化运行的起炉床温、燃烧运行温度及停炉温度有十分重要的影响。

洗煤泥含水量大，热值低，要将洗煤泥成功点着，必须要求锅炉的床温达到一定的温度。佳木斯某企业循环流化床锅炉使用的是含水量30%左右、3 000大卡左右的洗煤泥，锅炉实际运行时发现当下料层温度低于700℃时，洗煤泥会出现无法着火的现象，因此自动化运行需要合适的起炉床温。

洗煤泥的灰熔点温度决定了锅炉的燃烧运行最高温度。循环流化床锅炉正常运行的下料层温度在850～950℃之间，此温度为下料层炉膛周边测量温度，而下料层中心温度比测点温度高[3]，灰熔点过低可能导致锅炉正常运行时高温结焦。

洗煤泥的着火点和灰熔点共同影响了锅炉的停炉温度和方式。一方面停炉温度不能过高，确保停炉后温度不再反弹，避免锅炉结焦；另一方面停炉温度也不能太低，过低的停炉温度可能导致再次起炉出现风险。

1.2 燃料的输送方式

洗煤泥的输送方式目前主要有干法和湿法两种工艺。本文主要针对湿法工艺讨论。

湿法工艺是直接将洗煤泥输送至炉膛，通常采用挤压机、螺旋泵、挤压泵、柱塞泵等方式。锅炉自动化运行要求燃料必须稳定、连续、可靠的供应，选用柱塞泵输送洗煤泥是优于其他几种方式的[4]。

佳木斯某企业20 t/h纯烧洗煤泥循环流化床锅炉的给煤系统就是采用煤泥柱塞泵实现燃料的正常、稳定供应。洗煤泥输送系统的工艺流程是在刮板机内将洗煤泥的水分调整为30%左右，刮板机再将调制后的煤泥刮至煤泥罐内，正压螺旋给料机将制作好的煤泥从煤泥罐底部输送至柱塞泵，柱塞泵依靠液压站提供的动力，通过主缸和摆缸的运动配合，将制作好的煤泥顺着煤泥管道输送至粒化器，煤泥通过粒化器后进入锅炉炉膛，见图1。

2 自动化实现的分析

洗煤泥循环流化床锅炉的自动化主要分为3个过程：自动化起炉、自动化燃烧和自动化停炉。

2.1 自动化起炉

依据洗煤泥的特点，自动化起炉必须设定一个下料层临界温度，避免造成洗煤泥进入炉膛后未着火而出现运行风险。

停炉时床料的温度降低，根据石英砂随温度的膨胀规律[5]，起炉时需要的鼓引风量应比正常运行时高，待床料完全流化时给入洗煤泥，确保“团状”能被床料完全打散。起炉时投入的洗煤泥量应高于正常运行的量，避免锅炉床温下降太多。当锅炉的含氧量降低到预判值时，表明投入的洗煤泥已经着火，起炉已经成功，这时可以将鼓引风调至正常运行的工况。

2.2 自动化燃烧

自动化起炉正常后，锅炉进入自动化燃烧运行阶段。自动化燃烧需要关注锅炉的床压、氧量、负压、下料层温度、蒸汽压力、蒸汽流量等参数。

针对特定的锅炉，锅炉运行的氧量一定程度上反应了锅炉最终的床温。自动化燃烧运行过程中需要调整鼓风和给煤的配比，将氧量控制在合理的范围内，使床温既不超温也过低。控制鼓风和给煤配比的前提是保证当前鼓风频率下床料能够充分流化。自动化燃烧运行全过程必须将鼓风频率设定在正常运行的范围内，同时需要设定不同鼓风频率下床压的范围，人工根据床压的高、低报警进行放砂和加砂操作。基于实际运行的经验，可以根据锅炉出口的蒸汽流量大小和锅炉设计负荷变化能力将锅炉自动化燃烧运行程序划分为多档次控制，不同档次下设定相应的鼓风频率，再通过给煤量控制氧量在一定范围，达到变负荷的目的。自动化燃烧运行全程需要实现负压的自动反馈调节，将负压调节在符合锅炉正常运行的合理范围内。

2.3 自动化停炉

由于自动化燃烧运行阶段锅炉的氧量始终被控制一个范围内，在燃料基本不变的情况下，锅炉的床温也是可控的，通过控制氧量的范围可保证床温不超。

在自动化燃烧运行阶段，随着时间的推移锅炉的蒸汽压力不断上升，当蒸汽压力接近于汽包保护压力时，自动化停炉程序启动。为避免停炉后出现床温反弹的现象，自动化停炉程序必须先停止燃烧输送系统，鼓引风系统禁止停止，当氧量上升到安全值时，再关闭鼓引风机，确保炉膛内的燃料充分燃料。停炉氧量的安全值不宜设过高，若设定过高，鼓引风机运行的时间过长，会导致下料层温度下降太多，不利于下一次起炉。

图1 洗煤泥输送系统工艺流程

3 结语

要实现洗煤泥循环流化床锅炉自动化运行，必须充分分析选用洗煤泥的特性（着火点、灰熔点等）。再选择合适的洗煤泥输送系统，根据自动化运行的控制思路将煤泥输送、鼓引风、给水等系统合理配合在一起，实现洗煤泥循环流化床锅炉的自动化运行。本文提出了洗煤泥循环流化床锅炉自动化运行各阶段的控制方法，为自动化运行程序的编写提供了方向。

[1] 李宁, 雷宏彬, 田忠文等. 煤泥资源化利用关键技术研究分析[J]. 煤炭工程, 2011(12):100-101.

[2] 杨家林, 蒋旭光, 吕荣等. 洗煤泥和煤泥浆燃烧技术及应用[J]. 煤炭加工与综合利用, 1993(4):3-5.

[3] 孙永立, 谭袖, 何玉荣等. 利用Monte Carlo方法对循环流化床锅炉炉膛传热的数值计算[J].热能动力工程, 2001, 16(6):650-652.

[4] 周结焱. 析煤泥燃烧发电应用工艺[J]. 淮南职业技术学院学报, 2011, 11(2):7-9.

[5] 刘建国, 姜秀民等. 石英砂热形态和表面微观结构[J]. 化工学报, 2007, 58(3):765-770.

Analysis on Automatic Slime Circulating Fluidized Bed Boiler

Ji Peng1, Huang Zhenxiang1, Li Yue1, Liu Jianguo2, Ren Gengpo3
1.CSIC No.7 Institute
2.Shanghai Jiaotong University Mechanical and Power Engineering College
3.Shanghai Energy Saving Supervision Center

The article is based on characteristics of slime fuel. It analyzes two key factors impacting automatic slime circulating fluidized bed boiler. According to case studies of automatic slime circulating fluidized bed boiler, automatic operation process is divided into three stages, control ideas with different stages are put forward.

Slime, Circulating Fluidized Bed, Automatic Realization

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.12.009

姬鹏：(1980-)，男，硕士，主要从事锅炉超低排放技术方面工作。

李悦：(1989-)，女，硕士，主要从事锅炉超低排放技术方面工作。