循环流化床锅炉调试中的主要问题及处理

李伟全

（山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266000）

1 循环流化床的构造与特征

循环流化床锅炉的结构可分为前、中、尾三部分。前部为锅炉炉膛，从上到下可分为三个区域：一次风室、密相区和稀相区。中心部分是旋风分离器，其功能是实现循环物料的分离。具体的工作质量直接受循环物料质量的影响。尾部烟道是CFB 锅炉不可缺少的部件之一。蒸汽锅炉的尾部烟道主要由过热器、再热器、省煤器和空气预热器组成。尾部烟道内设计了广泛的受热面，还能起到烟气、难以获取的小颗粒的排出目的。此类锅炉所拥有的高性能、低能耗的优势主要是因为内部独特的的燃烧特点。其燃烧原理是通过高温引起烟气和气流扰动，提高颗粒之间的接触效果。同时，有不少的颗粒返回到流化碳燃烧工作当中。锅炉在工作过程中，会不断地在锅炉内产生大量的高温固体颗粒，这些颗粒是可以循环利用的，因此，这种锅炉称为CFB 锅炉。锅炉可以有效地将排出的高温固体颗粒收集起来，再送至炉膛重新燃烧，从而实现燃料的最大利用，有效提高锅炉的燃烧效率。由于在CFB 锅炉中，很大一部分固体颗粒可以回收利用，与其他传统锅炉相比，具有有效节约燃烧成本的优点。

2 循环流化床锅炉使用现状

循环流化床锅炉作为一种较为成熟的清洁燃烧技术，已经在工业生产中得到了有效的应用，特别是在洁净煤的研究领域。随着技术的不断发展，对燃料的适应性越来越高，燃烧效率也在不断提高，炉体能够脱硫脱硝，在中国洁净煤发电领域发挥着非常重要的作用。CFB 锅炉虽然具有较高的燃烧稳定效果和对燃料的适应性，但不能保证对所有煤种都有较高的利用效果。并且在最近几年，在燃煤发电的发展背景下，很多燃煤电厂开始选择对各种类型燃煤材料的使用，尤其是对劣质煤的投入，严重影响了工作效率，拉低热效率，提高了对于煤的消耗。由于各类煤的燃烧性质在一定程度上不同，在煤质变化、机组维护、频繁启停等因素的影响下，最终煤炭消耗量会急剧增加，严重降低企业的经济效益。

3 循环流化床锅炉调试中的主要问题

3.1 炉膛中心区域缺氧

几乎所有的CFB 锅炉都存在炉膛中心缺氧的问题。其原因是二次风的设计和运行参数不适应高密度物料的最佳流化。除高密度物质颗粒对二次风射流的阻塞作用外，还存在覆盖水壁的壁面附流垂直向下流动、颗粒在各层内水平运动不均匀、各转弯变化区涡流干扰，垂直上升速度不均匀。这种中部缺氧会降低燃料在炉内的燃尽效果和脱硝效率，在低温燃烧时不能实现高效燃尽。

3.2 床层温度偏差

导致床层温度偏差的几个常见因素：物料粒径、二次风几何布局、布风板及风帽结构、分离器及返料器结构特点、一二次风配比、循环灰量、原始锅炉设计炉内参数、炉膛有效高度、是否采用了多种燃料运行方式。床层温度偏差大是CFB锅炉普遍存在的问题。大多数CFB 锅炉床层温度偏差在50 ℃以上，严重偏差可达100 ℃以上。床层温度的不均匀性必然会导致局部温度峰值过高，这是NOx 急剧升高的主要因素。其NOx 生成是合理床层温度下的数倍甚至更高。

3.3 床层温度异常

对于CFB 机组来说，控制一个合适的床温变化范围，是锅炉燃烧的关键因素之一。理论上，850～900 ℃的床温控制范围绝对是能接受的CFB 最佳低氮脱硝温度，而对于现实运行需求来说，控制平均床温为850～950 ℃时，既可以考虑断煤不灭火应急处理且达到理想低氮效果，又能够很好地实现多煤种变化时的料层燃尽过程和汽温控制。由于物料颗粒粗时床层温度高，物料颗粒细时床层温度低的规律，许多CFB 锅炉不能保证理想的床层温度。此外，布风板、风帽和等压风室的设计瑕疵，也会造成配风不均匀或床温控制困难。

某些输煤碎煤系统的缺憾，加上目前绝大多数用户所使用的环锤式碎煤机的过破碎现象，容易造成3个异常情况：颗粒两级分化严重、粗大颗粒显著居多、细末燃料成为主导比例。使得燃煤颗粒很难实现0～8 mm 宽筛分下的理想级配颗粒，普遍出现不能保证床温的现象。在运行过程中，950～1050 ℃和750～850 ℃两种极端床温现象较为常见，特别是在床温较高的情况下，一般存在于中小型CFB 锅炉的运行中。

危害：床层温度过高时，容易产生过量NOx危害，使物料层发生高温结焦；当床层温度过低时，会产生大量的N2O，造成二恶英污染、燃尽率降低等问题。

3.4 床层温度、炉膛出料温度和返料温差大

在循环流化床装置运行过程中，床层温度明显高于炉膛出料口（分离器入口）温度和回料温度；或床层温度明显低于炉膛出料口（分离器入口）温度和回料温度。这种温差的增大会影响整个物料循环流化过程的低温燃烧效果和高效率低氮效果。大多数CFB 锅炉炉膛出口温度明显低于床层温度，温差超过100 ℃。为了保证蒸汽温度或蒸发量，必须在较高的床温下运行，导致NOx 显著增加。对于循环返料系统出现问题，或者返料腿给煤的大中型CFB 锅炉来说，NOx 的减排目标还与返料系统温度水平有着直接关系。

3.5 一次风率高

受锅炉装置设计、物料层厚、原煤粒度等诸多因素的影响，大多数CFB 锅炉存在一次风量大、配风板流化速度快、相区密集等问题，导致燃烧条件差，原始NOx排放值高，密相区磨损严重，即使在合理粒度和气流分布的条件下也无法解决。一次风比、流化风速、床下风室的综合技术改造成为关键。

3.6 二次风布置不合理

国内外CFB 锅炉普遍存在二次风喷口面积不合理、二次风组织不合理的问题。没有正确处理射流穿透、气流分布均匀性、风煤比局部平衡和制造还原氧化带合理分布之间的协调关系，严重限制了CFB 锅炉的燃烧效果，未能进行均匀、有效、科学的配置，不能在炉内完成高效低氮燃烧过程。

当煤质、风帽状况、飞灰循环效率、粒度、布风板面积和流化速度等几方面显著变化时，物料层厚度自然会发生变化，相应高度和水平方向的炉膛压力也会有很大的不同。相应的二次风设计应合理布置，以满足核心燃烧区域的合理延伸，保证整个燃烧系统的正常运行，因此二次风的布置十分重要。

4 循环流化床锅炉调试方法

4.1 风量调节

一次风量和二次风量构成总风量。CFB 锅炉燃烧调节的一个重要参数是风量的调节。在设计过程中，一次风量和二次风量都是占据50%。临界流化风量必须大于一次风量，否则会出现结焦；调整应根据材料层的温度进行。一次风量的增加主要发生在物料层温度较高时。

当料层温度较低时，应减小风量。二次风从密相区与稀相区交界处的过渡段引入，其速度会比较高，可以保证密相区物料的连续加速。这样，在稀相区物料密度增加，循环物料量也增加，燃烧状态也得到改善。

4.2 料层温度的控制

锅炉运行时，流化床上物料的温度（床温）就是所谓的料层温度。因为CFB 锅炉与其他锅炉的区别在于低温燃烧，这是其主要特点之一。如果床层温度过高，很容易导致床层物料结焦。如果床层温度过低，对燃料的燃尽程度也会有一定的影响。另外，还会对锅炉的负荷能力产生影响。在任何情况下，锅炉的正常运行都不能得到保证，所以有必要对床温进行控制。实践证明，将CFB 锅炉的床温控制在850～950 ℃是比较合理的。

4.3 料层厚度的控制

料层过厚，难以承载，料层过薄，温度过高。因此，材料层厚的调整应结合温度和负荷。负荷低时，降低料层厚度，节省风机功耗，保持料层厚度高，防止高温结焦。

5 循环流化床锅炉运行的策略

5.1 强化床料质量

有很多电厂在停炉之后，为了能够降低再次起炉所消耗的时间，通常选用足够厚度的床料，便于再次启动锅炉时使用。相关试验表明，该操作是可行的。但是该方法必须建立在合理的床料含碳量和粒度分布的基础上。如果床料含碳量高，启动后床温在600 ℃时骤然上升。特别对于一些蒸发量较低、燃用煤质较低的锅炉极有可能出现结焦问题，因此，在锅炉停机时，一定要详细检查床料质量。如果床料含碳量高，含碳率达到3%以上，则需要排出一些床料，添加一些质量合格的床料使用；如果床料的平均粒度过小，则需打开通风机去除部分小粒度床料，加入粒度合格的床料进行弥补；如果床料中的平均粒径偏大，就会对流化造成干扰，有必要通过渣冷却器去除一些大颗粒，并加入合格的床料加以弥补。总之，床料的具体质量效果不仅会干扰冷态试验数据的准确性，还会影响锅炉的长期安全运行。

5.2 优化启动床料厚度

在冷态试验过程中，很多锅炉工作人员喜欢结合厂家给出的床料厚度参考值来设计起始床料厚度，并没有真正结合锅炉本身的特点。通过锅炉调试运行阶段的反复启动工作逐渐发现了一些规律。如果点火时床料层较厚，会导致床温升缓慢，延长启动时间，并且需要大量的点火油，但具有温升相对稳定的优点；如果床料层太薄，可以更快地达到投放煤料放置的温度。但物料层可能会被吹穿，导致气流分布不均匀，最终结焦。结合多次换料层试验，最终证明，为了满足床料流化，找到最适合锅炉启动的床料厚度，更容易控制床料温度和提升负荷。

5.3 循环流化床锅炉燃煤机组脱硝工艺优化

（1）由于CFB 锅炉具有较高的燃料适应性，会使用一些含硫量高的燃料。另外，由于尾部的过量空气系数较高，因此，在锅炉内部的SCR 反应器催化小会导致大量化合物的产生，导致下游设备的堵塞，最终对整体系统的连续运行造成严重的干扰。

（2）如果在工作中选用石灰石粉加热炉脱硫技术，会导致石灰石在加热炉中大量燃烧，最终导致大量CaO 的出现。这些CaO 会以小颗粒的形式随烟气一起进入SCR 反应器内，导致催化剂中毒的问题，严重影响催化剂的效率，大大削弱锅炉的脱硝能力。

（3）与传统煤粉锅炉相比，CFB 锅炉在结构布置上存在较大差异，尾部区域省煤器下方空间小，对SCR 反应器的安装造成了干扰，几乎没有合适的放置区域。因此，锅炉内安装的SCR 反应器的实际工况不能达到预期效果。新型流化床锅炉可以有效地将床温控制在900 ℃以内，因此可以有效地利用低温燃烧技术实现NOx 排放的有效控制。结合国家相关排放标准，只有采用SNCR 才能达到相关排放标准。通过SNCR 技术的应用，消除了锅炉对催化剂的需求，大大降低了运行成本，有效地提高了企业的经济效益。最合适的还原剂氨的反应温度800～1200 ℃，而能有效地控制锅炉的实际工作温度约为900 ℃，这是非常接近SNCR 反应温度，可使烟气和还原剂进行有效混合反应，最终保证SNCR 技术具有良好的脱硝能力。因此，在CFB 锅炉中采用SNCR 技术，不仅可以有效地提高设备的工作效率，而且大大降低了使用成本，使企业能够获得更好的经济效益。

5.4 优化床温控制系统

通过将智能控制系统应用于实际的发电工作中，可以有效地解决以往的一些困难。采用反馈控制技术，床层温度不需要在一定范围内进行调节，直到高于调节器的阈值才会开始工作。调节器的具体值可根据负荷的变化按比例进行修正，也可结合床层温度的偏差和变化率，达到在线修正的效果。此外，前馈控制部分的前馈信号能加快系统的调节速度，让床温可以很快地对负荷变化进行适应。如果测量信号出现问题或被切换为手动模式时，床温控制器也会自行切换为手动控制。

6 结束语

与传统煤粉锅炉相比，CFB 锅炉的正常运行、控制和调整都相对简单，但这种新技术设备要想能够做到更好地进行调整，以确保最大限度的安全、经济稳定，仍然是困难的。安全生产和经济利益的最大化有些时候是不能并存的，CFB 不仅能安全的生产，而且还会给企业带来最大的利益。企业要想确保正常运行，就应该保证生产过程的安全。只有在安全的环境中，企业才能正常运营。