循环流化床锅炉几个关键技术探讨与研究
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摘要：针对赤峰热电厂440t/h循环流化保证机组安全经济运行。
中图分类号：TK22 文献标识码：A
我厂两台循环床锅炉运行中存在床温高、旋风分离器入口、出口温度高和锅炉带大负荷困难等问题，对#1#2锅炉进行了试验和相关问题诊断, 通过试验掌握的技术数据，对设备运行状况及系统存在问题进行了综合全面的分析，加强运行调整，降低床温提升带负荷能力，从而提高锅炉的净效率。
前言
赤峰热电厂两台135级火电机组系HG440/13.7-L.HM29型循环流化床锅炉。锅炉采用2个内径为7.36米的高温绝热旋风分离器，布置在燃烧室出口与尾部对流烟道之间。分离器采用入口烟道下倾、中心筒偏置、分离器入口烟道设置加速段、旋风筒呈圆形的结构，中心筒采用特殊结构,有利于气固分离,使旋风筒的分离效率提高、运行可靠。高温绝热分离器回料腿下布置一个非机械型回料阀，回料为自平衡式，流化密封风用高压风机单独供给。高温绝热分离器、回料腿、自平衡U型回料阀构成了循环物料的返料系统。我厂#1#2锅炉运行中出现了返料量偏少、返料不畅等问题，下面就针对返料问题进行分析和研究。
一、分离器技术
循环流化床锅炉问世以来，出现了多种炉型结构，其尾部烟道形式基本上是一致的，主要差别在于炉膛、分离器和返料器。国内外对分离器的型式做了多种尝试，除了旋风分离器之外，其他的卧式旋风分离器、炉内多旋涡分离器、百叶窗分级分离器、平面流分离器、下排气旋风分离器、槽钢分离器等。经过二十几年的运行检验，旋风分离器被证明是最成功、最可靠的炉型。
循环流化床锅炉上用的高温旋风分离器的分离效率一般均能达到99%，经优化设计之后可以提高到99.4%以上。这与普通工业锅炉用的旋风除尘器（除尘效率一般为80—85%）有很大不同，因为普通工业锅炉用的旋风除尘器所处理的粒径范围一般为0—50u m，而循环流化床锅炉用的旋风分离器处理的粒径范围约为0—2mm；而且，循环流化床锅炉旋风分离器的进口物料浓度一般可达2—5kg/Nm3,而普通工业锅炉进口物料浓度一般为20—50/Nm3。早期人们总认为旋风分离器直径放大后分离效率会降低，所以建议在大容量锅炉设计中采用紧凑型的分离器，但我们经过十几年的探索，发现旋风分离器直径从实验室的800mm放大到实际工程中的8000mm时，尾部飞灰的切割粒径d50和d90基本上不变。
早期循环流化床锅炉的分离器的效率不是很好，尾部的飞灰粒径较粗，d50切割粒径确实如有关文献介绍的那样50µ m以上，尾部受热面容易磨损。而当锅炉采用了高效旋风分离器之后，飞灰含碳量大幅度下降，同时尾部开始出现比较严重的积灰现象，它导致过热蒸汽汽温偏低和排烟温度升高，解决的最有效的办法是提高烟气流速，还需要进行不断的科研探索。
按照国外的运行经验，燃煤中的灰量不够时，运行中需要添加惰性床料，以维持床内必要的物料浓度，但实践证明，当锅炉采用高效旋风分离器之后，可以维持炉内的物料浓度，这点在无锡华光锅炉股份有限公司生产的一台220t/h循环流化床锅炉上已经得到证实，该锅炉长期、稳定地燃用灰量为11%的高热值烟煤而不用添加任何惰性床料，飞灰含碳量也不高，为3—4%。
有人认为分离器的效率提高之后，会带来无谓的能量消耗。实际结果表明，分离器的效率提高之后，锅炉炉膛的悬浮段差压和煤种有密切的关系，如在我厂#1 锅炉燃用3000Kcal/kg的煤种时，悬浮段差压为1.5KPa左右，当燃用4000Kcal/kg的煤种时，为1.0KPa左右。在这种情况下，锅炉的各点燃烧温度均匀，性能很稳定，此时风室的风压可以维持在8—10KPa之间，并没有显著的增加能量消耗。
分离器的效率高所带来的好处是毋庸置疑的，有学者认为分离器的效率有98%的就足够了，这在我国早期的硫化锅炉已经证明是不对的，分离器效率低，床温必然很高，炉膛出口温度低、负荷带不上、燃烧效率低等一系列问题无法解决。
还有学者认为采用紧凑型分离器，占地面积小，成本低。我认为衡量一台锅炉好坏的根本因素是锅炉的性能，包括运行可靠性和稳定性。分离器的效率高带来的飞灰含碳量低和稳定运行是任何用户都大力追求的目标，很少听说在锅炉竞标中，占地面积小是一个指标。另外高效旋风分离器只是结构的改变，并没有增加成本，相反分离器的效率提高之后，循环物料的浓度大幅度提高，分离器的烟气阻力会降低很多。
二、循环倍率
提到循环流化床锅炉就一定要提到倍率，该项技术问世以来有很多文章介绍如何计算循环倍率。循环倍率的定义很多，一般的定义是进入旋风分离器的物料浓度比上锅炉的给煤率。
我国科学院工程热物理研究所在十几年的实际锅炉设计中，从来也没有把它当做一个恒定不变的设计参数，在我国投运的1000多台循环流化床锅炉当中，也很少有人真正测过实际锅炉的循环倍率是多少。因为测量的难度很高，可靠解决办法是不断提高分离器的设计水平，测量尾部飞灰的粒径分布来验证分离器的效果。运行中的最好办法是测量炉膛的悬浮段差压，经验是该值在800—2000Pa之间。燃用热值高、灰份低的煤时，悬浮段差压小；反之，燃用热值低、灰份高的煤时，悬浮的差压大。
三、 锅炉耐火材料
循环流化床锅炉耐火材料施工的好坏直接关系到循环流化床锅炉的长期稳定运行，这个问题长期困扰用户，因为山东、河南多地等有大量的耐火材料生产厂家，材料的质量良莠不齐，同一台锅炉耐火材料的价格可以相差1倍。我厂#2锅炉刚完成72小时试运，给煤口上部的水冷壁让管上的耐火材料脱落，造成水冷壁管磨损爆管。目前较好的办法是让提供耐火材料的厂家同时负责耐火材料的施工，并保几年质量，尽量去考察耐火材料厂家的使用业绩，积极听取锅炉制造厂家的建议。
四、 炉膛燃烧温度的控制
炉膛的燃烧的温度控制在890—940℃之间。床温高对于降低底渣和飞灰的含碳量作用非常明显。一般认为床温高脱硫和脱硝效率会下降，最佳的脱硫和脱硝的温度在860—880℃之间。但在实际的锅炉运行中发现，床温并不是主要的影响因素，炉内二次风布置、空气的高效掺混和高效旋风分离器的作用远远大于床温的影响。我厂当床温在920℃左右时，NOX的排放也仅是200ppm左右，脱硫效率也不低。
五、结束语
通过对我厂两台循环流化床锅炉运行中存在床温高和锅炉带大负荷困难等问题分析，阐述了循环流化床锅炉几个关键技术问题，并进行了综合全面的分析，，为我厂#1#2锅炉进行技改提供技术支持和依据。
参考文献:
杨建球，曾庭华等.大型循环流化床锅炉运行优化及改进.中国电力出版社2010年1月第一版
岑可法,循环流化床锅炉理论设计与运行,中国电力出版社,1998。
作者简介：
杜大江 1990年12月出生，内蒙古赤峰市红山区人，大专学历，从事发电厂集控运行工作，现任赤峰热电厂发电二分场集控主值