CFB锅炉燃烧控制策略的实践性探索

王鹏辉，潘彬彬

（1. 华电电力科学研究院内蒙古分院，内蒙古呼和浩特，010020；2. 内蒙古电力工程技术研究院，内蒙古呼和浩特，010010）

CFB锅炉燃烧控制策略的实践性探索

王鹏辉1，潘彬彬2

（1. 华电电力科学研究院内蒙古分院，内蒙古呼和浩特，010020；2. 内蒙古电力工程技术研究院，内蒙古呼和浩特，010010）

从温度、风量、入炉煤质量、返料量和污染物排放浓度等因素，结合锅炉运行实践，提出了CFB锅炉的燃烧控制策略。分析表明：料层温度宜控制在850℃～900℃，返料温度宜高于料层温度20℃～30℃；一次风量与二次风量的比例维持在5∶5或6∶4为佳；入炉煤的粒径过大或过小均不利于锅炉正常运行；返料量的控制有助于优化锅炉负荷和分离器效率；锅炉多参数的调整能够有效实现NOx、SO2等污染物排放的控制。上述策略综合考虑了安全、稳定、环保、经济、节能等因素，可为相关行业CFB锅炉运行提供重要参考。

CFB锅炉；燃烧控制；温度；风量

引言

CFB锅炉乃循环流化床锅炉之简称，以燃料适用性强、燃烧效率高、NOx排放量低、负荷调节范围广等诸多优点，成为电厂电力生产过程中的首选锅炉类型。但在CFB锅炉的运行实践过程中，受人员操作、运行环境、设备性能、运行机理等诸多因素的影响，易产生受热面磨损严重、排渣不畅、飞灰含碳量高、烟气SO2波动大等问题，不仅会影响锅炉燃烧效率，还会增加污染物排放，甚至产生安全事故。因此，以锅炉的安全可靠运行以及污染物的排放达标为基础，根据CFB锅炉的工作原理和运行规律，对锅炉燃烧进行控制，提高锅炉燃烧效率，使锅炉各项参数达到最优化，对于发电厂而言具有重要的社会意义和经济意义。

本文结合实际工作经验，针对影响锅炉燃烧效率的主要因素，从温度、风量、返料量等方面提出CFB锅炉的燃烧控制具体方法，可为CFB锅炉运行实践提供重要参考[1-5]。

1 关键参数控制

温度是影响CFB锅炉燃烧效率的关键参数之一，主要包括料层温度和返料温度两个方面控制。

1.1 料层温度

料层温度直接决定着脱硫效率及石灰石利用率。若燃烧温度较低，石灰石煅烧速度减慢，可供反应的表面积减少，将降低脱硫反应速率，难以实现有效脱硫；若燃烧温度过低，脱硫反应几乎无法进行，导致低温结焦及灭火；若燃烧温度过高，反应速率虽然较高，但脱硫效率反而降低，容易产生流化床体结焦停炉事故。这就意味着控制好脱硫反应温度是提高脱硫效率的基本前提。因此，通过对CFB锅炉运行过程中料层温度的监控和调整，将脱硫反应温度控制在合理范围内，是提高CFB锅炉燃烧效率的有效途径。结合大量CFB锅炉运行实践，综合考虑石灰石品种、粒径、煅烧条件等因素，最佳的脱硫反应温度为850℃～900℃，需以此为参照动态控制料层温度。

例如，若料层温度超过950℃，应通过给煤量和返料量的减少，以及一次风量的增加来降低料层温度；若料层温度低于800℃，在确保非断煤问题的前提下，通过给煤量和返料量的增加，以及一次风量的减少来升高料层温度；若料层温度低于700℃，需做压火处理，在探明温度降低原因及排除相关故障后重新启动即可。

1.2 返料温度

返料温度的理想值是比料层温度高20℃～30℃，不仅可以保证CFB锅炉燃烧的稳定性，还可以对燃烧过程起到调节作用。CFB锅炉运行时，需实时监视返料温度，防止因为返料温度过高而产生结焦问题，尽量将返料温度控制在1 000℃内。返料温度的控制方法与料层温度类似，可以通过给煤量及返料风量的调节来实现。例如，返料温度过高，可通过给煤量的减少及返料风量的增加来调节，并对返料器通畅情况进行检查。

上述对料层温度和返料温度的有效控制，是以二者温度值的实时、动态、精准监测为基础的。因此，合理布设和选择温度测量元件尤为关键。一般而言，应在CFB锅炉炉膛燃烧室内的密相区分层布置多支热电偶，并选用耐磨、防堵、易维护、稳定性好、灵敏性高的检测元件。

2 风量控制

CFB锅炉床温密切关联着脱硫效果及NOx排放浓度，通过床温的合理控制，不仅可以避免结焦问题，还可以提高燃烧效率。床温受诸多因素的影响，主要有燃料量、风量、石灰石量等。若通过燃料量的增减来调节床温，易引起锅炉主蒸汽压力的波动；而若通过石灰石量的增减来调节床温，又会增加污染物排放，同时产生床压波动。这时唯有通过风量控制来实现床温的有效调节。

文化身份理论的代表人物是Collier和Thomas，该理论主要探讨的问题是在跨文化交往中个体应当如何处理文化身份。文化身份理论认为，交际双方在跨文化交际的过程中是拥有多元文化身份的个体；跨文化交际是一个永无止境的过程，人们在和其他人交流时，发展多元身份并对其进行管理（Collier&Thomas，1988）[4]。该理论有一个重要的命题，即文化身份越是自认定，在与其他身份相比时，它们的位置就越重要。该理论把跨文化交际和文化认同紧密联系起来，认为跨文化交际的前提和重要标识是交际双方对各自文化的认同。文化身份理论强调了在跨文化交际中，个体对母语文化认同的重要性。

风量控制主要涉及一次风量控制和二次风量控制两方面的内容，且基于CFB锅炉燃烧效率的提高需求，对风量控制的精准性提出了更高的要求。一般风量控制的原则是在一次风量满足流化的前提下，相应地对二次风量进行调节，因为一次风量大小密切关系着流化的质量。CFB锅炉运行时，一次风量控制一般以不同料层厚度下的临界流化风量曲线为下限，若风量低于此值，流化质量不理想，容易产生结焦问题。二次风量控制主要以烟气中的含氧量为依据，应将含氧量控制在3%～5%。若含氧量过高，则风量过大，会增加锅炉的排烟热损失；若含氧量过小，又会产生不完全燃烧损失。在CFB锅炉运行过程中，如果总风量不够，应适当增加鼓引风量，并对一、二次风量进行调整，合理控制一、二次风量的比例，尽量维持在5∶5或6∶4，避免一次风量低于二次风量，进而保证炉膛内流化的顺利进行，实现锅炉的经济运行和优化燃烧。

目前的风量控制系统就是基于上述原理实现的。如图1所示，总风量指令经过一、二次风量配比后由锅炉床温修正。蒸汽流量函数生成氧量指令，并经氧量调节器修正，分两路输出上、下二次风指令。以远程控制的方式实现对CFB锅炉煤量、风量的调整和控制，进而保证锅炉在各负荷工况下的安全、稳定、高效运行。

图1 风量控制系统框图

另外，若入炉煤中挥发分较大，应通过增大喷口直径、提高风速、提高喷入点位置等方法来提高二次风的穿透力，使烟气得到充分混合，以减少不完全燃烧损失。

3 其他主要因素

在CFB锅炉的运行实践中，入炉煤质量、循环系统需要的返料量以及NOx、SO2排放浓度等都需要合理控制，方可达到CFB锅炉运行的预期目标。

3.1 入炉煤质量控制

入炉煤煤质、粒径及给煤方式等均会对燃烧效率产生影响，甚至是带来操作上的困难，缩短锅炉运行周期。因此，对入炉煤的控制也是提高燃烧效率的重要手段。煤的挥发分是决定其燃尽特性的主要因素，挥发分越高，就越利于快速燃尽。但要注意的是，当挥发分高、灰分低、热崩裂性强时，应适当增大粒径，以避免床压过低、运行不稳定、尾部超温等问题的出现。另外，煤粒粒径过大，会影响煤与空气的充分混合，降低燃烧效率，更严重地影响流化状态，产生结焦而被迫停炉；而煤粒粒径过于粉细，又会增加锅炉热损失，严重时造成返料器结焦，不利于锅炉正常运行。因此，煤粒粒径的过大或过细都会影响锅炉燃烧效率。一般情况下，应将煤粒粒径控制在0～8 mm，并且要占据总煤粒的65%以上。同时，粒径分布的不合理会增加密相区的停留数量和时间，导致床温过高，对带负荷产生不利影响。

3.2 返料量控制

3.3 NOx、SO2排放浓度控制

CFB锅炉燃烧效率的提高是以节能环保为前提的，《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）对CFB锅炉NOx、SO2的排放标准做出了明确规定。因此，必须将NOx、SO2的排放浓度控制在一定范围，甚至是近零排放标准。除了布设炉外脱硫设施外，还需采取一定的控制手段。

SO2排放浓度的控制，主要通过床温降低、石灰石量增加、氧量提高、床压和炉膛差压蓄高等方式来实现，可参照表1数值进行调整。NOx排放浓度的控制主要依靠脱硝装置来实现，分离器入口烟温应控制在850～1 100℃，并适当提高氨水喷射量及氨水浓度。另外，在满足脱硫工况的基础上，氧量降低及还原性气氛增加也是行之有效的办法。

表1 SO2排放浓度参数

4 结语

CFB锅炉燃烧控制是一个系统性、综合性的过程，受诸多因素的影响，且各要素之间又是相互影响和制约的。因此在CFB锅炉运行实践中，对于燃烧控制方法的选择，必须以CFB锅炉的安全、稳定运行为前提，综合考虑环保、经济、节能等指标，整体提高CFB锅炉燃烧效率。

[1]胡玉, 徐娟. 330MW CFB锅炉燃烧调整与经济运行技术研究[C]// 2014燃煤电厂“超低排放”新技术交流研讨会. 2014.

[2]马建伦, 徐爱东, 陈志强. 循环流化床锅炉燃烧控制研究[J]. 电力勘测设计, 2015(z2): 134-136.

[3]胡开兵. 循环流化床锅炉燃烧控制与调整[J]. 化工技术与开发, 2012, 41(12): 55-56.

[4]马建伦, 徐爱东, 陈志强. 循环流化床锅炉需注意的几个问题[C]// 2012电站自动化信息化学术和技术交流会议论文集. 2012.

[5]孙献斌, 李志伟, 时正海, 等. 首台国产210MW循环流化床锅炉运行问题及改进措施[J]. 电力设备, 2008, 9(10): 1-3.

Practical Exploration on Combustion Control Strategies of CFB Boiler

WANG Peng-hui1, PAN Bin-bin2

(1. Huadian Electric Power Research Institute Inner Mongolia Branch, Hohhot, Inner Mongolia,010020, China; 2. Inner Mongolia Electric Power Engineering Technology Research Institute, Hohhot, Inner Mongolia,010010, China)

Combustion control strategies of Circulating Fluidized Bed (CFB) boiler are put forward from the aspects of temperature, air volume, inlet coal quality, material return amount and pollutant emission concentration combined with the practice on boiler operation. The analysis shows that: the material bed temperature should be controlled at 850 to 900 ℃, and the material recycle temperature should be 20 to 30 ℃ higher; the ratio of primary and secondary volume maintained at 5:5 or 6:4 is preferred; it is not conducive to the normal operation of the boiler if the particle size of pulverized coal is too large or too small; amount control on recycled material is helpful to optimize the load of boiler and the efficiency of separator; multi-parameter adjustment on the boiler can effectively achieve control on NOxand SO2emissions. The above strategies comprehensively consider the factors such as security, stability, environmental protection, economic and energy saving, providing an important reference for the CFB boiler operation in relevant industry fields.

CFB Boiler; Combustion Control; Temperature; Air Volume

TK227.1

A

2095-8412 (2016) 06-1236-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.049

王鹏辉(1982-)，男，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，工程师。主要从事热能动力工程方面的研究。

潘彬彬(1982-)，女，硕士研究生，工程师。主要从事大型火力发电厂热控系统调试、技术监督等方面的工作，Email: pubu_31@163.com。