流化床锅炉超低负荷运行时安全和环保对策

武斌

（太原市热力集团有限责任公司，山西太原 030024）

作为一种清洁型燃烧技术，循环流化床锅炉燃烧环节，能够有效推动对资源与环境的保护，并提高整体燃烧效率，体现出更高的经济价值，适应多种运行状况，有更高的灵活性。近年来，我国循环流化床锅炉的运用也变得越发深入，新的设计理论和技术引入到循环流化床锅炉设计环节，有效降低运行故障和弊端，提高了整体燃烧效率。但与此同时，在可持续发展的理念下，也需要针对安全与环保采取有效对策，推动循环流化床锅炉燃烧的可持续高速发展，如图1 所示。

图1 循环流化床锅炉解剖

1 锅炉结构与规范

循环流化床锅炉的设计也需要符合相应规范，如山东省某公司就利用超高压中间再热机组设计了循环流化床锅炉，来适配135MW 等级的发电机组，能够满足实际运行环节的具体要求。将CFB 燃烧技术引入循环流化床锅炉设计环节，运用高温绝热分离器分离循环物料。炉膛、分离器、对流烟道和回料阀共同构成了循环流化床锅炉。使用膜式水冷壁设计燃烧室的蒸发受热面；使用水冷布风板设计布风装置。通过合理的结构设计，保障循环流化床锅炉的调节性能，符合相应设计规范，并满足实际运行需求[1]。

2 保障锅炉安全运行的相关措施

2.1 循环流化床锅炉燃烧不稳及解决措施

在循环流化床锅炉燃烧过程中，随着锅炉负荷越来越低，燃烧也逐渐变得不稳定，进而导致整体炉膛温度下降，循环流化床锅炉燃烧情况恶化。在实际工作中，可以通过选择优质煤种加以解决。如山东省某公司，就选择用优质的神木煤进行燃烧，在循环流化床锅炉燃烧过程中挥发分更高，并且燃点相对较低，即使循环流化床锅炉处于超低负荷运行状态，仍然能保持稳定的燃烧状态。此外，相关工作人员也要发挥应有作用，及时做好燃烧环节的调节与控制工作，调整好炉膛料层，让循环流化床锅炉能维持稳定的燃烧与运行状态。

2.2 水循环安全性的解决措施

水循环安全性是循环流化床锅炉超低负荷燃烧首先要解决的问题，可以通过强制水循环的方式加以解决。如，青岛丰泰源热电有限公司使用的是热水锅炉，在超低负荷运行时通过强制水循环，有效保障运行整体状态和循环流化床锅炉燃烧的安全性。

2.3 烟道再燃烧及解决措施

在超低负荷的循环流化床锅炉燃烧时，较低的炉温就容易导致燃烧不完全，一些可燃物堆积在对流烟道内，与对流烟道内原有的氧发生反应，容易出现烟道再燃烧问题。为此，在实际运行环节，需要采取有效措施控制好床温，合理利用放灰放渣控制好沸上床温。此外，对过剩空气也要加以控制，从源头上防止发生烟道再燃烧，从而保证循环流化床锅炉的安全运行。

2.4 员工综合素养不足及解决措施

循环流化床锅炉的燃烧需要操作人员加以干预，而超低负荷下安全问题的发生，也往往是由于操作人员操作不当导致的。为此，需要加强对员工综合素养的培训，帮助员工掌握相关技术，树立应有的职业道德。在循环流化床锅炉超低负荷运行时，能够从根本上避免出现操作失误，降低污染物的排放含量。员工之间也要互相交流学习，在工作中保持良好的工作状态。放渣环节要坚持少量多放的原则，防止床温的波动过于剧烈。少放勤放返料灰，这样才能有效控制好床温。也要采取措施帮助员工缓解压力，放松工作中紧张的情绪，让员工的综合素养不断提升，也能从根本上保障循环流化床锅炉运行的安全性。

3 循环流化床锅炉环保现状及挑战

3.1 循环流化床锅炉环保现状

在化学角度上，循环流化床锅炉与流态化反应器的本质是一样的，在运行过程中床料的混合，创造了良好的化学反应条件和传热环境，将固硫剂添加到循环流化床锅炉中，能够迅速固定SO2。石灰石以及煤粒在炉膛内不断扰动并混合，融入一定的细灰粒，在超低负荷的循环流化床锅炉燃烧环节，能够有效实现脱硫与燃烧目标。结合煤炭的实际特性，将石灰石粉加入循环流化床锅炉中，能够有效实现脱硫目标，SO2伴随着循环流化床锅炉燃烧也能逐渐脱去。在850～950℃之间，石灰石粉能获得最佳的脱硫效果，因此也要将循环流化床锅炉的燃烧温度维持在此范围内。在脱硫脱硝过程中，循环流化床锅炉燃烧也会产生一定的硝酸钙、硫酸钙等化合物，在矿渣粉生产企业中，这些化合物都是重要的外加剂。在混凝土防冻作业中，硝酸盐和亚硝酸盐的作用是无可替代的[2]。

低温燃烧需要维持在一定标准内，一旦燃烧温度小于650℃，热力型氮氧化物的排放已经可以忽略不计。想要让氮氧化物更加明显，需要将循环流化床锅炉燃烧温度维持在800℃以上。燃烧型氮氧化物是循环流化床锅炉燃烧产生氮氧化物的主要来源，往往含量不会超过10%。而结合煤炭的实际情况，如无烟煤和高挥发分燃料，在实际燃烧过程中的排放量也有明显差距。在当前阶段，仅仅依靠炉内分级燃烧无法实现具体的排放目标。当前循环流化床锅炉脱硫只能保证排放量在200～400mg/m3之间，并且稳定性还有待进一步验证，想要将排放量维持在100mg/m3以内，就需要增设新的外加脱硫系统[3]。

3.2 循环流化床锅炉的挑战

国家质量监督检验检疫总局与环保部出台了《燃煤电厂大气污染物排放标准》和《锅炉大气污染物排放标准》，针对锅炉燃烧的各种排放物，如二氧化硫、烟尘等，在浓度上给予全新的标准与规定，严格的规定也表示循环流化床锅炉的发展进入全新阶段，在确保经济效益和生产效率的前提下，要尝试保护资源与环境，贯彻可持续发展理念[4]。

4 提高锅炉热效率的措施

（1）选择燃点更低的燃料，能有效提高锅炉热效率。如，山东省某公司，基于燃烧效率会受到过低床温影响的原理，选择了燃点较低的燃料，进而提高了燃烧床温。在实际循环流化床锅炉运行环节，燃烧效率有了明显提升，并且燃烧的挥发分相对较高。

（2）可以减少风机的风量投入，在确保循环流化床锅炉大气污染物达到限值要求的基础上，能够保证循环流化床锅炉的床温得到明显提升。在循环流化床锅炉燃烧环节，煤炭的燃烧也会更充分，整体的燃烧效率得到保证。在超低负荷的循环流化床锅炉燃烧情况下，借助压低料层实现风量降低，控制好风机压头，确保燃烧区在密相区稳定下来。通过此方式，能够控制好飞灰可燃物的含碳量，提高锅炉热效率。

（3）结合循环流化床锅炉的具体燃烧情况，根据尾部烟道的具体烟温，调整好尾部受热面吹灰频率，能够有效提升燃烧效率。山东省某公司通过激波吹灰工作的开展，在排烟过程中有效降低热损失，获得更高的燃烧效率，也提升了企业整体的经济效益。

（4）合理更新循环流化床锅炉的具体设备，更新分离器等设备和相关技术，缩小出口宽度，进而提升循环流化床锅炉的炉膛出口风速及返料量。通过此形式，能有效增强分离器对飞灰的捕捉能力，让循环流化床锅炉在超低负荷状态下，也能平衡好炉内的温度，在温度均衡的基础上，燃烧效率也会有所提升。

（5）工作人员的技术能力决定整体的工作效率，循环流化床锅炉的燃烧需要工作人员掌握相应技术，加强技术人员的交流分享，积累大量的操作经验，能够站在整体角度分析循环流化床锅炉运行情况，提升循环流化床锅炉在超低负荷状态下的燃烧效率。

5 确保污染物达标的措施

（1）融合布袋除尘、非催化还原等方法，有效控制污染物的排放量。如，山东省某公司通过布袋除尘处理循环流化床锅炉，运用氧化镁开展脱硫工作，使用选择性非催化还原进行脱硝。多样化技术形式的应用，让煤种的含硫量、含硝量得到有效控制，在不同负荷情况下，循环流化床锅炉的运行都能满足污染物限值的相关要求。

（2）通过技术改进的方式，提高循环流化床锅炉的环保效能。改革原有的除尘设备，将组合式高效除尘装置安装在脱硫塔顶部，能够有效提升循环流化床锅炉的除尘效率，并且脱硫效率也会有所提升，降低整体烟尘排放量，达到污染物排放的相关要求。

（3）在锅炉负荷超过50%时，想要降低NOx排放很容易实现，可以迅速加以控制。在负荷进一步降低的情况下，循环流化床锅炉炉膛的烟温小于氨水反应温度，所以烟气再循环就成为主要的脱硝方法，但实际应用会影响循环流化床锅炉运行的安全性，也会降低循环流化床锅炉的燃烧效率。在室外温度较高时，该方式的应用容易造成超标问题，因此需要结合实际情况，在合理分析的基础上加以应用。山东省某公司在此基础上实现技术改造，将氨水喷枪安装在循环流化床锅炉的炉膛密相区上部，在循环流化床锅炉超低负荷燃烧时，氨水的最低反应温度也能得到保证。氨水喷枪的应用，成功降低锅炉的最低负荷，在确保供暖效率的基础上，有效节约了煤炭资源。

6 结语

通过循环流化床锅炉设备技术改造以及优质煤的应用，提高工作人员综合素质，确保循环流化床锅炉能在超低负荷状态下安全运行，降低污染物的排放，推动循环流化床锅炉燃烧的可持续发展。