超临界循环流化床锅炉深度调峰技术难点及控制策略

张 荣

神东监理有限责任公司

1 引言

循环流化床（CFB）燃烧技术是能够适应多种燃料的燃烧，具有操作弹性大的特点，并且能够有效地降低污染物控制的成本，在商业中应用较为广泛，是一项清洁煤燃烧技术。

2 技术优势

（1）具有燃烧效率高的特点。CFB 锅炉对高品质煤进行燃烧的过程中，燃烧的效率能够和煤粉炉差不多，高达97%～99%，并且炉膛截面热负荷能够达到3MW∕m2～5MW∕m2，它的效果能够和煤粉炉差不多，且达到了鼓泡床锅炉、层燃锅炉的数倍。（2）具有环保指标优越的特点。循环流化床锅炉通常在运行的过程中，床温一般是处在850℃～950℃之间，此外，需要按照燃煤的特性根据Ca∕S 往炉内添加适当的石灰石粉能够做成脱硫剂，在进行燃烧时，要把生成的SO2脱去，而石灰石粉要想使得效率达到最高的效果，就需要在850℃～950℃范围内进行脱硫，因此，在进行循环硫化床锅炉的脱硫时，根据在850℃～950℃燃烧温度能够使得脱硫效率达到较高的效果，其脱硫率通常在80%～95%，其燃烧率能够比煤粉炉大约高出5%。与此同时，循环流化床处在850℃～950℃进行燃烧时，能够使得热反应型NOx的生成得到抑制的效果，再加上对分级燃烧方式的使用送入二次风，又能够实现对燃料型NOx的生成进行有效的控制。NOx的排放通常都是处在不超过200mg∕Nm3。循环流化床洁净煤燃烧技术的污染控制成本在现在没有别的技术能够比它更好，在世界上，它是一个较为成熟并且有前途的一项洁净煤燃烧技术已经得到各国的认可。（3）燃料制备系统具有简单、经济的特点。因为CFB 锅炉与煤粉炉相比，对于燃料没有过高的要求，其入炉煤的粒径要求在低于8mm，所以对于燃烧制备系统没有过高的标准，但能够使得燃烧制备系统的寿命能够加长，同时还会使得其经济性更加明显。

3 调峰运行对CFB锅炉的影响

CFB机组加入了电网调峰进行运行,因为负荷是按照电网的需求进行变化的，所以CFB 锅炉在进行燃烧的过程中也在逐步变化,燃烧变化会影响到锅炉的排放。在对负荷进行升降的时候，必须保证对风、煤的加减达到匹配的程度，所以，控制系统调整风煤的过程是十分重要的，若是变负荷时，对风煤没有进行良好的控制，就容易出现CO、NOx、SO2的排放不断变多的问题，这样就会使得CFB 机组的环保性能降低。明显可以看出，CFB 机组加入了电网调峰进行运行,尤其是在进行两班制的运行过后，影响到了锅炉的寿命长度。在循环回路的耐磨耐火材料实际应用过程当中，承压部件和敷设都有着对应的作用。对于较薄而且比较耐磨的材料层来讲，它的实际材料和被辐射的金属材料膨胀系数是完全不同的，对于一些较厚耐磨耐火的材料，它的实际深度会因为温度的改变而发生不同的膨胀程度。在经过调峰运行之后，以上的情况都会容易造成裂纹出现。会使得耐磨耐火材料层出现脱落等情况发生，使得CFP 基础的可用率降低。出现的不良情况：（1）实际上，所出现的烟气再循环系统的一些问题。①在进行减负荷动态功率的情况下，可以将一次流化风量一直控制在超过180kNm3∕h，这样能够使得流化质量更佳。②能够很好地使得二次风量得到提升，使得二次风管的最低冷却风量能够得到有效保障，防止出现超温和漏灰的情况。③在对高挥发性高硫煤进行燃烧的过程中，调峰深度需要从30%调到20%。④在进行深度调峰况下，能够使得主蒸汽温度以及再热蒸汽温度得到有效提升。⑤低负荷锅炉流化若是出现不良的情况，就需要根据烟气再循环系统进行对流化风量的进一步的提升。根据对烟气再循环系统的使用，虽然能够有效地解决了一些问题，但在运用的时候就发生了腐蚀的情况。

4 控制策略

4.1 燃烧调整与控制

循环流化床锅炉因为具有能够对自身进行燃烧，能够实现低负荷稳燃的作用，具有调峰能力强的特点。但在进行降负荷时，需要对负荷变化率进行有效的控制和管理，特别是进行深度调峰工况时，需要避免煤量降幅过大的情况，这样才能够防止燃烧恶化，更严重的会出现灭火等情况发生。正常来说，CFB锅炉的降负荷速率应该要达到2%∕min以下。在现实上，需要根据在减煤过后进行对床温以及氧量开始观察变化，这样进行对微调给煤量是否需要进行判断，能够达到燃烧的稳定性，之后再进行调峰作用。在进行深度调峰的过程中，给煤量一般是在50t∕h～80t∕h（30%负荷），平均下来，每个给煤口大约在5t∕h～8t∕h，若是给煤量出现过低的情况，就可能会使得局部燃烧出现不稳定的情况。同时，因为所采用的燃用煤种是一种无烟煤，若是常温达不到一定的高度，就会使得稳燃的效果不能得到很好的实现，而机组在运行的过程中，平常需要保障床温达到700℃以下，省煤器进口氧量也要在7%或7%以下。

4.2 主蒸汽压力与汽动给水泵的调整控制

在进行深度调峰降负荷的时候，给水流量会在很大程度上可能出现频繁波动的状况，最主要是由于在降负荷时，虽然燃料量和机组负荷是达到同步进行降低的，但热力系统在进行调整的过程中，是比较的缓慢，对于荷响应来说是较为快速的，在进行燃烧时存在惯性，在深度调峰降负的时候，它的调整速度要比汽轮机进汽调门关闭的速度要缓慢许多，如果操作不好，就会很有可能使得主蒸汽压力和负荷的出现不匹配的情况，导致主蒸汽压力变高。尽管四段抽汽汽源压力存在较大一点，但进行汽轮机做功以及扩容之后，就会使得四段抽气压力出现有限的提升。因而，进行运行时，需要使得主蒸汽压力和负荷能够达到匹配的效果，负荷和匹配的要求是形成正比的，负荷越高，其要求也越高。这样能够防止出现低负荷时给水流量波动的情况；此外，注意对水泵的汽源压力进行严格的监视，在必要的时候可以将它化成为备用汽源。在运行的时候，经常根据对负荷的控制下降速率，达到二者进行匹配的效果。

4.3 变负荷速率

煤粉炉中的煤粉主要是根据高温烟气进行强烈混合的对流换热作用实现能够达到进行燃烧的温度，在煤进入之后，可以快速地进行燃烧，负荷可以在短期之内进行响应，从而实现目标负荷，自动发电控制（AGC）方式能够把负荷速率控制到10MW∕min，或是更高。对于CFB 锅炉来说，和煤粉炉存在差异的地方是锅炉结构与燃烧方式，它具有蓄热惯性大、燃烧和负荷响应速率都较为缓慢等短板。但CFB具有调节范围广泛的特点，能够实现在低负荷进行运用，在不断地对CFB锅炉的认识进行加深，使得运行的经验不断得到积累，相对应的负荷响应速率也得到了较大的提升。根据以上的说法，负荷是按照时间进行变化的曲线知道：CFB锅炉在进行负荷的提升时，负荷率提升的速度是较慢的，在往锅炉内加入煤已经着火时，负荷提升的速度较快，升负荷速率能够达到6MW∕min（1.71%∕min），但同时会被常温不能过高所制约；降负荷的过程中，因为炉内拥有许多的床料，所以就会导致负荷下降速率变得缓慢，这时的降负荷速率达到4MW∕min（1.14%∕min）。此外，在CFB锅炉以较快的速度变化成负荷的过程中，对污染物的排放就会可能在短时间内超出限制，能够对锅炉的响应速率产生影响。

4.4 烟气再循环系统防腐预控措施

（1）在进行混合过后，一次风水露点Thh主要是指导运行人员对经过混合的一次风冷风温度控制的底线值，一次风冷风若是处在这样的温度下进行，就不会有风中水分自动析出结露问题。（2）锅炉在运行的时候，能够使得烟气再循环最小流量达到超过40kNm3∕h，即要确保极端工况下进行的烟气再循环管道内烟气工况要保证超过水露点。（3）在进行混合过后，一次风的酸露点Tdp主要是根据对指导运行人员将其混合后一次风冷风温度控制的操作值，要注意配合暖风器操作进行对一次风冷风进行控制，然后再进行运行，能够使其不会进行酸腐蚀。（4）根据在一次风机蜗壳底部添加疏水点，能够使得达到常开并且连续疏水的效果。（5）需要使得烟气再循环系统管道上存在的疏水点进行连续疏水。（6）把二次风热风接到一次风机入口的地方，再加热风使得能够再循环，一般是在冬天工况进行对一次风机低温腐蚀采取的措施。（7）进行检修的过程中，注意修复一次风机内部腐蚀的地方。

5 循环流化床锅炉技术的新机遇及发展前景

循环流化床锅炉燃烧技术在现在来说，在商业界运行的程度是比较高的一种清洁煤燃烧技术。在全球煤炭储量不断的降低下，对于环保的标准有了更高的要求，使得对于循环流化床的发展和推广有了更多的机会。（1）煤炭作为一种不可缺少的化工原料，在储量的逐步降低的条件下，国家已经不断的开始对大型煤粉锅炉进行制约。而循环流化床是因为能够适合多种燃料进行燃烧，并且能够给城市处理垃圾，一定是会受到政府的支持。（2）现如今，我国的火电厂需要按照国家环保局的标准，已经逐步开展了脱硫项目。但煤粉锅炉会被结构所制约，在对干法脱硫技术进行使用是比较困难的，所以基本上都是根据石灰石湿法来进行脱硫。湿法脱硫的使用就要对烟道、增压风机、吸收塔、石灰石浆液系统、石膏脱水系统、废水系统、石灰石粉制备系统等脱硫设备增加资金输入。对于循环硫化床锅炉，需要根据对炉内进行喷钙干法脱硫，甚至还能够进行脱硝，且投入的资金较少，系统的脱硫率能够超过80%。（3）对高灰分、低挥发分或高硫分等其他燃烧设备进行使用时，在对劣质燃料方面进行适应时，存在很高的难度，和对于低负荷有着较高的标准的调峰电厂以及负荷产生波动较大的自备电厂里，选择采用循环流化锅炉燃烧技术是最好的。在国际上，已经不断地向大型化进行发展。在我国，已经研制出了220t∕h、410t∕h循环流化床锅炉，早已开始进行运行。所以，循环硫化床锅炉不管是在国内市场还是在国外的市场都能够生机勃勃，对循环流床锅炉进行开发具有重要的意义价值。（4）能够使得能源达到综合性的利用。与传统的锅炉相比较，锅炉是通过烧煤来进行的，这样会使得能源不能够实现再生，同时还会对环境造成较为严重的污染，现如今，全球对于这个资源的使用是较为紧张的，因此，锅炉在未来还是可以进行使用的，要注意对资源进行合理的分配和利用，现在主要需要解决的问题是循环流化床锅炉技术，现阶段的人们根据现在的科技发展，只能想到可以利用一些较次的能源作为替代品，这样能够有效地节省能源耗费，此外，使用这项技术会出现许多灰渣，就需要想出其他方法将这些灰渣进行回收，当前这项技术还有待改进，这需要我们不断地去创新和发展，想办法对这项技术进行完善。

6 结束语

总的来说，循环流化床锅炉在未来更广阔的市场上有着非常好的发展前景。坚信循环床锅炉将在市场经济中实施技术创新，更好地促进未来工业生产的可持续发展，从而促进社会的快速发展。