火力发电厂循环流化床锅炉燃料及燃烧特点分析

夏悦

摘要：循环流化床锅炉的磨损控制和预防具有决定性的影响，直接关系着火力发电厂长期任务的达成与实现。以火力发电厂循环流化床锅炉的实际运行为基础，从材料选择、结构设计、安装施工、锅炉运行等四个角度展开了思考，希望对预防循环流化床锅炉磨损有所启发。

关键词：材料选择;结构设计;安装施工;锅炉运行

1 引言

近年国内大多数已投运的中小型循环流化床锅炉（CFB）的自动化水平相当落后，有的甚至还完全依赖手动操作。一些采用了计算机控制系统的75t/h循环流化床锅炉也只是将其作为常规调节系统的辅助监控手段。仅设计了少量的汽压、给水、汽温等常规模拟控制回路。输入（I）/输出（O）点数仅100～300点左右。同时，由于CFB锅炉本身在本体设计和运行实践（尤其是在运行的可靠性和可控性方面）仍有许多需完善之处，所以造成了人们对其控制机理和自动控制系统设计的一些畏难和模糊认识。

随着国内安装投运的循环流化床锅炉容量增大和中小热电厂自动化水平的提高j十算机分散控制系统DCS开始真正应用于整个CFB锅炉的控制。一些引进的大型CFB锅炉，如四川白马电厂引进芬兰奥斯龙公司420t/h循环流化床锅炉DCS、金陵石化热电厂引进芬兰奥斯龙公司2×220t/h循环流化床锅炉DCS等项目即采用DCS实现了整个CFB锅炉的监视、控制和联锁保护功能。单台锅炉的I/O点数超过1000点。相当于一台100MW等级煤粉锅炉的控制点数。

河北保定热电厂采用的东方锅炉厂安福斯特·惠勒公司技术生产的DG450/9.81-1型循环流化床锅炉是目前国内容量最大的CFB锅炉。整个电厂2×450t/h循环流化床、2×100MW双抽汽轮发电机组采用新华公司XDPS-400分散控制系统。包括了数据采集、模拟量控制、顺序控制、炉膛安全保护、电气控制、厂用公用控制、热网控制，单台机组的I/O接近5000点，与新建300MW燃煤机组DCS规模相当，并和新华公司DEH-ⅢA构成一体化控制系统。

一些新投产的75t/h的循环流化床锅炉DCS也越来越多地取消了常规控制仪表，采用DCS完成整个机组的控制。

2 优化循环流化床锅炉的材料选择合适的防磨材料

2.1 选择循环流化床锅炉的金属材料

火力发电厂选择循环流化床锅炉金属材料过程中，碳钢和合金钢是最重要的，其用途是制作锅炉的承压管，这些管子结构布置通常复杂，因此要加强对循环流化床锅炉金属材料的性质控制，更多地采用先进的技术成果和新材料，做到对火力发电厂循环流化床锅炉磨损的有效预防。

2.2 选择循环流化床锅炉的耐火材料

选择耐火材料要对其物化性质做首要考虑，同时还要具有经济性。应该結合循环流化床锅炉的结构，从耐火内衬部位的特点出发，重点考察耐高温、抗磨的性能，做全面综合的比较，兼顾技术先进、结构可靠和经济合理。

3 循环流化床锅炉的控制特点

CFB锅炉与煤粉炉一样，具有多参数、非线性、时变和多变量紧密耦合的特点，而且，CFB比普通锅炉具有更多的输入/输出变量，耦合关系也更为复杂。

一个典型的循环流化床锅炉的模拟量调节系统包括以下功能：负荷指令回路，主汽压调节，床温调节，给煤量调节，总风量调节，石灰石量调节，一次风量调节，二次风量调节，二次风压调节，高压风压力调节，主汽温调节，汽包水位调节，燃油母管压力调节，启动燃烧器风量调节，启动燃烧器燃油压力/流量调节，床枪燃油压力/流量调节，炉膛压力调节，料床差压调节，底灰压力、温度调节（采用流化床冷灰器）。其中，CFB锅炉的汽水系统与常规煤粉炉差异不大，因此，控制系统的设计也大同小异。但是，CFB锅炉的燃烧系统及其控制和煤粉炉有较大的差异。

3.1 CFB锅炉燃烧控制

CFB锅炉的燃烧过程与煤粉炉有很大区别，突出表现在循环和流化两方面。CFB锅炉的燃料一般由煤和石灰石两部分组成，物料（煤粒和石灰石）由给料口进入炉膛密相区下部后，被高温物料包围而迅速着火，并在燃烧室中伴以高速风流在沸腾悬浮状态下进行燃烧。同时，高温烟气携带炉料和大部分未燃尽的煤粒飞逸出燃烧室顶部，经旋风分离器分离出的未燃尽燃料由返料器返送回炉膛底部，再次进入炉膛循环燃烧。

3.2 石灰石量控制

在燃烧过程中加入的石灰石可以与燃烧中产生SO2进行化学反应，生成CaSO4，起到脱硫的作用。

调节给石灰石量的目的是满足锅炉SO2排放量的要求。控制回路一般设计采用串级调节方式。上级调节器为SO2调节器，下级调节器为石灰石量调节器，当SO2变化时，调节给石灰石旋转给料机的转速，使进入炉膛石灰石量相应变化。在这个调节回路中，总给煤量作为前馈信号加入给石灰石量调节器。锅炉人炉煤量变化时，SO2肯定也要相应变化。如果仅根据SO2信号调石灰石量，则延迟比较大。将给煤量作为前馈信号，使石灰石量先根据煤量变化，然后再根据SO2信号进行校正，可以减少调节延迟。

3.3 风量控制

CFB锅炉的风系统比一般常规煤粉炉复杂。主要由一、二次风、返料风和播煤风等组成。根据锅炉的型式不同，设计有一次、二次风机，高压罗茨风机等，对采用气力播煤的锅炉，还设计有播煤风机。

一次风可分为两路。在燃烧过程中，一路一次风由炉膛下部的一次凤箱进入，通过布风板进入燃烧室，扰动由煤和石灰石组成的床料使之流化，并携带床料向上移动通过整个燃烧室。这是CFB锅炉特有的送风方式。

另一路一次风（又称为下二次风，也可以由二次风总管送人）和二次风分别从炉膛的不同高度上进入燃烧室，补充悬浮区燃烧需用的空气量。使燃料在上升的过程中实现分级燃烧。燃烧所需的一、二次风从不同高度进入炉膛助燃，形成分级燃烧，使得CFB锅炉炉膛内的温度比较低，减少了NOx的排放，同时也减少了结渣的机会。

二次风由炉膛密相区上部四周炉墙分层给人，确保煤粒在悬浮段充分燃烧。同时为启动燃烧器提供燃烧风。一部分二次风（一般为一次风的3%～5%）还可作为播煤风和正压输煤系统的密封风。一次、二次风比例一般设计为1：1～6：4。而一次风压一般为10kPa～13kPa，二次风压为6～8.5kPa。

3.4 返料风控制

CFB的返料器多采用非机械密封阀，锅炉物料循环系统的循环动力来源于返料器进口侧立管中的物料差压。为了保证物料的可靠循环，CFB锅炉还设置有一路高压的返料风。返料风可以从一次风管引出，或来自高压罗茨风机。

返料风压力高但风量较小，一般小于2%。返料风压与返料阀形式、锅炉布置方式等密切相关。中、小CFB为13kPa～20kPa，大型CFB为50kPa～60kPa。

结语

要将循环流化床锅炉防腐蚀、防磨损工作列为设计、安装、维护、运行各过程中的一个关键性的指标，以循环流化床锅炉的建设、检修和运营管理作为突破点，加强刊循环流化床锅炉各环节的监督。

参考文献

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[2]李长林，高秀岚，郑福民.循环流化床锅炉受热面的磨损原因分析及预防措施[J].东北电力技术，2015，（10）：226-228.