火电厂循环流化床锅炉床温控制的优化分析

李建华

（国能宁东第一发电有限公司，宁夏 银川 750000）

循环流化床锅炉燃烧过程包括燃烧和循环燃烧，采用床下点火分级燃烧，中温分层灰渣以干法排出。通过水冷螺旋出渣器、灰冷器、灰斗等顺序排出，飞灰率低。锅炉高温分离器进口采用了一种新型的氮化硅材料，具有更好的耐久性。循环灰输送系统通常由回料管、溢流管、灰渣冷却器组成，循环后的灰渣再利用。锅炉的温度控制是由自动控制的，在自动控制系统无法正常运行时通过人工控制温度来保持一定的温度。

1 循环流化床锅炉结构

循环流化床锅炉由燃料系统、气水系统、风烟系统、飞灰再循环系统和烟气脱硫系统构成，不仅决定了循环流化床锅炉的运行，而且还关系到整个系统的生产。这些系统都是独立的，但任何一个系统出了问题，都会导致循环流化床锅炉的运行瘫痪。因此，在实际生产中必须时时关注各个设备的运行状况，以保证其正常运转。

2 循环流化床锅炉床温影响因素的研究

2.1 给煤量

一般来说，给煤量对床温度的控制有很大的影响，这就增加了控制床温度的难度。当锅炉运行时，当燃料粒子被送入炉中时，需要一段时间的燃烧，此时，炉膛中的燃料会更多，从而导致炉膛的温度上升。在高负载条件下，延迟时间可达1 分钟。而且，当燃油的数量越来越多，在燃烧过程中会产生一种燃烧现象，从而引起床内温度迅速上升，从而使床内温度无法控制。煤粉是影响煤层温度的最直接和主要的因素，而滞后是煤层调节床温的最大特征，使其难以调整。在起动阶段，煤床温度较低，使煤粉在投入后到达着火点的时间更长。起始煤的吸热比放热大，使床内温度持续降低。随着煤层厚度的增加，流化速率的减小。煤粉进入煤层后，大部分都悬浮在煤床的上层，与热床物料的混合情况不佳，导致煤体的吸热和放热失衡，吸热比放热大。床内温度不发生变化；一段时间后，因积炭过多而引起爆炸，使床内温度急剧升高。在初期停止加煤后，床温达到最大，随后床温降低，需要增加煤来保持床温，这时床温已经恢复到了常态，不易积聚，需要的煤量虽然很大，但比床温低的时候要容易。实际应用结果显示，在启动过程中或床温比正常床温低时，由于床温低，调整煤床温度的延迟时间较长，不宜过长，容易引起床温波动，而且床温越低，这种滞后现象就越明显。加煤时也要加大空气流量，但要经常调整，以保持床的温度在很小的范围内。若此时床下油枪已经投入，炉膛内的一次风容积会因高温而增大，从而增加了气流的流动速度，因此，为了降低一次风对床温的影响，确保加热速度。在普通炉床温度下加煤，可以使炉膛具有较高的热容，加热后迅速燃烧，使炉膛温度降低，从而大大降低了给煤的延时。在加煤后1 分钟左右，炉膛温度就会升高，达到高峰，随后炉膛温度会随可燃物的降低而降低。通过对多种运行条件的比较，结果表明，从开始加煤1 ～4 分钟后，床内温度逐渐升高，随着给煤的增加，床内温度的波动也随之增大。另外，由于循环流化床中有大量的热床料和较大的热容量，所以在给煤量较少的情况下，其床温不会很快降低。除了进煤时机、进煤方式、进煤速度等因素外，还受燃料特性的影响。煤种的改变使给煤量也随之发生变化。当煤种突然好转时，氧气含量下降，气温蒸汽压力升高，说明给煤量太大，为了使床温稳定，必须减少进煤。由于给煤粒径小于设计，颗粒尺寸不大的煤集中进炉，容易被烟气引入稀相区，导致密相区燃烧比例下降，这时氧量没有显著的改变。为了保持床温和氧含量，必须减少一次风量，增大二次风量。

2.2 流化质量形成与下降

炉床温度测量值降低后，床压、风室压降低，而当床温恢复时床压和风室压力都升高，这与炉膛内的沟流现象相一致。沟流的形成会使炉膛中的材料流化品质降低，从而使炉膛局部温度降低，甚至出现结焦现象。影响流化品质的主要原因有3 个：（1）炉体内部的材料粒度分布不均匀，且存在大量的微粒。由于入炉燃油是全烟煤，具有较高的热值和挥发性，并具有良好的灰化性能；炉膛中的脱硫石灰石粒径也较小，导致了炉膛整体颗粒尺寸较小。（2）风盘的阻力小，易导致布风不均。（3）料层过薄，或料层过于潮湿，容易发生黏合。从各项参数来看，下床压力约为7.0kPa，料层厚度适中不是导致流化性差的主要原因。综合考虑，考虑到入炉燃油和石灰石粒径很难得到很好的改善，本文着重对布风板的影响因素进行了研究。

2.3 燃煤质量

通过调研和分析发现，循环流化床锅炉的整体燃烧效率得到了改善，而且烟气中的氧气含量也比较低，通常不会超过5%，但是随着燃料的增加，产生的热量会越来越多，温度也会越来越高，所以要降低燃煤量，以达到控制床温的目的。同时，当煤粉在燃烧过程中粒径越大，则越容易造成煤粉聚集，从而使煤的相对密度降低，从而使炉膛温度升高。在这种情况下，要想达到控制床温的目的，就必须加大一次风量，减少二次风量。另外，炉渣在锅炉中积聚，不仅会造成料层厚度的增大，而且还会使床温上升，所以，在实际操作过程中，应充分考虑这一因素，从而合理地控制料层的厚度。

2.4 一次风量

一次风会对床内温度产生很大的影响。在CFB 中，一次风主要有2 种功能，一种是流动的，另一种是燃烧的。与此对应，一次风对床内温度的影响主要有2个方面：（1）风量大，密相区的烟气也会带走大量的热，导致床内温度降低；（2）空气流量越大，气液湍流越激烈，为碳颗粒提供的氧气越多，而燃烧的放热越多，床内温度也就越高。这是2 种不同的倾向，同时，一次供气不足对床温的影响主要表现在2 个方面，尤其是在煤多风少的情况下，密相区的燃烧放热会导致床内温度下降，如果将其误判为缺煤，则会导致床温进一步下降。风量的调整一般是随着进煤量的不同而改变的，风煤的配比是运行调整的关键，必须保证一定的进煤量。总体来看，一次风量和进煤量的变化趋势基本一致，在加煤过程中需要先吹风，在减煤过程中需要后降风，这时一次风的调节效果并不显著。在炉膛温度为780 ～900℃的供煤量保持不变的情况下，大量的运行工况分析结果显示，一次风会使床温降低，而一次风会降低床温。在这段时间，一次风能更好地调节床内温度。给煤和流化风是影响床温的主要因素，在锅炉负荷和进煤量比较稳定的情况下，可以根据流化风量的大小来调节床温，但是，对流化风的调节强度也有一定的限制，如果床温过高、过低、要求大，就可以通过调节给煤量来进行调节。

2.5 床高

从部分小型CFB 锅炉的实际操作结果显示，可以通过降低床高使床层温度保持在较高的水平。但是，有一些与之相反的操作资料显示，床温升高，说明大容量和小循环流化床的操作有不同之处。床料增大，不仅提高了储热性，而且还增大了料层的阻力，密相区的流化风量减小，气流进入悬浮空间的粒子数量减少，密相区、稀相区都是低氧燃烧，导致了燃料的燃尽率下降，导致了燃烧放热量的降低。随着气流流量的增大，密相区内的气固积累变得更加剧烈，粒子在空气中的浓度也随之升高，燃烧的放热也随之增大。

2.6 循环灰度

循环流化床锅炉单位时间的循环灰可以达到单位时间内的20 ～40 倍。由于灰渣的热容远远大于烟气的热容，这种灰渣会严重地影响炉膛下部的温度均衡。燃煤颗粒的燃烧过程中，烟尘与回炉灰同时被排出。循环系数降低会导致理论燃烧温度升高。此外，在循环物料回送温度升高的情况下，在其他参数相同的情况下，床层温度会随着床内热平衡而升高，以保持一定的床温，这时应该加大循环速率。循环流化床锅炉的灰料流速是保持锅炉稳定的主要因素，同时也是锅炉在设计和运行过程中必须加以控制的一个重要指标。目前，通常采用两种方式：炉内设置受热面和外置流化床。两种方法的温度控制方式不同。第一种方案是通过调整回料量来调整床层中的固相浓度，改变壁面的传热，进而改变床面的吸热，从而达到改变床面温度的目的。第二种方法是调整固体物质在流化床交换器中的比例，并将其送回到燃烧室内。

3 循环流化床锅炉床温偏高解决措施

3.1 合理控制床层厚度

料层和炉膛压力是物料循环的2 个主要监控指标，直接影响炉体的质量和回灰量，直接关系到锅炉的安全、稳定运行。在正常工作时，一次风量调节阀和变频器的开度保持不变，如果床层压力差异增大，则表明料层厚度增大，可采用启动冷渣器排渣，减少炉壁厚度，一次排渣量不宜过大，以免影响流化。在排渣完毕后，要把排渣阀门关紧，防止冷气外泄，造成渣管结渣。在排渣过程中，通常采用风室静压，风室静压等于布风板的阻力和料层的阻力，在运转过程中，可以根据风室的静压来估计物料的压差和厚度。

3.2 返料温度与返料量

回料系统是循环流化床锅炉中的一个关键部件，它的工作质量对整个机组的经济性有很大的影响。旋风分离器下面是一个回收机，两个回收机都是钢壳和耐火材料的内衬。回料机内部的松散气流和回料风均采用高压冷气，通过小型风罩输送。回料率对锅炉床温度的影响很大。在回料量增大时由于循环材料的温度比密相区的温度低，因此，低温循环材料会进入炉内，吸收热量，降低床内的温度。循环物料升温也会使炉膛内的温度上升，使锅炉的表面受热更加严重，从而影响锅炉的安全稳定运行。因此，合理的回料温度有利于锅炉的正常使用。

3.3 优化风量控制

风量控制是确保流化床温度的关键，合理的风量控制可以确保流化床温度的稳定。首先，要确定一次风、二次风的大小，以确保床内温度的稳定，防止温度失控，然后由控制人员根据锅炉的燃烧情况来调整风量。当燃烧负载增大时，应首先增大空气流量，然后才能增大进煤量。控制人员可以根据供煤量和系统参数来确定最大值，从而获得最佳的风量，从而有效地防止了风量的急剧变化，并对锅炉的风量进行了合理控制，减少了煤量的变化。

3.4 适当提高床压

床压力对控制床内温度有很大影响。而床层压力的变化与其稳定临界压力下降密切相关。当保持空气流量不变时，其阻力也不会发生变化，从而增加了风盘的稳定临界压力和风盘的阻力之差，从而有利于锅炉的正常工作。布风板稳定临界压力降与床高之比D/L 关系密切，且随床径、床高比的增加而减小。因此，在确定了风盘和炉膛结构后，适当增加床压，可使床宽、床高之比减小，从而降低了布风板的临界压力降；在保持流化风量相同的条件下，布风板的阻力保持不变，也就是说，增加了布风板的阻力和稳定临界压降之间的差值，从而保证了操作的安全性。

3.5 锅炉压火与停炉时的床温控制

在循环式流化床锅炉的压火作业中，必须及时停用供煤，当床温降到一定的下限时，必须立即关掉送风设备，保证送风设备处于停机状态，然后再关掉引风机和回料器，减少压火后床料的结渣现象。另外，在压火过程中，还必须对炉床的温度进行严格的控制，保证压火前的温度不会影响后续的维护，同时，还要保证温度在一个可控的范围内，保证炉子里的残渣可以继续燃烧。

4 结语

采用循环流化床锅炉为我国的经济发展提供了巨大的经济效益，但也存在一定的污染，在使用过程中也会造成大量的资源浪费。为进一步改善环境，建设全社会，应加强对循环流化床锅炉技术的研究和改进，并针对三废的处理工艺进行改进。加强对循环流化床技术的管理与维护，并善于处理各种可能的问题。关于循环流化床锅炉的主再热蒸汽温度偏低的问题，尚需进一步解决，并提出了改进措施。