480t/h循环流化床锅炉低床压运行优化研究

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摘 要：循环流化床锅炉采用低床压方式运行，可以缩短启动时间，减少燃油量，降低厂用电率，因此，研究如何保证循环流化床锅炉在低床压下顺利运行，具有重要的意义。本文就针对480t/h循环流化床锅炉低床压运行中存在的一些问题，提出相应的优化措施，以促进低床压运行效率的优化。

关键词：480t/h循环流化床锅炉；低床压；运行优化

中图分类号：TK227 文献标识码：A循环流化床（CFB）锅炉是八十年展起来的一种新兴的燃烧技术，该技术以其燃料适应性广、燃烧效率高、清洁燃烧等优点，不断地在工业锅炉和电站锅炉行业中得到实践和发展。循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，这是一种介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的流态化燃烧方式。所谓的流态化是指在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料（物料），这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态，从而具有许多流体性质的状态，并通过炉膛之后串联的分离器，将炉膛烟气带走的固体物料捕集下来回送回炉膛底部，实现炉外的外循环，与此同时，实现炉膛内的内循环，从而利用提高炉膛中固体悬浮浓度的方法，实现包含燃料颗粒和脱硫剂在内的床料的团聚，显著地增加了停留时间，进而提高燃烧效率和脱硫效率，与受热面匹配，完成传热。但是，在循环流化床锅炉应用中，存在用电率高的弊端，本文就以保德神东发电公司2×480t/h循环流化床锅炉为例，研究其低床压运行优化措施与效果。

1. 480t/h循环流化床锅炉运行优化分析

1.1 锅炉效率分析

锅炉效率是决定循环流化床锅炉运行的决定性因素，是指投入锅炉中燃料总热量与有效利用热量比率，主要与其损失热量有关，包括排烟热损失、机械或化学未完全燃烧损失、散热损失以及其他热损失等。

在燃料燃烧过程中，送入空气量对燃烧过程起着重要影响，在一定范围内，适当增大总风量，可以提高燃烧效率；但当超过一定范围时，会导致排烟损失增大，锅炉效率降低，所以，在运行优化过程中，需要结合煤质特性，做好排烟中氧量的控制。

此外，锅炉一、二次风比例也是燃烧过程的关键性因素，在运行优化时，需要结合煤质、煤粒度以及床温等，适当调整二者比例，对于挥发份较高的燃煤，一、二次风比例以60∶40为宜。

1.2 锅炉受热面磨损分析

锅炉受热面磨损是循环流化床锅炉运行的常见问题，对其运行效率也有着极大影响，其磨损类型为冲蚀磨损，是由撞击磨损、冲刷磨损造成的，在受热面磨损中，其最为主要的影响因素是烟气流速，两者间关系为E=f1×f2×C×u35，f1和f2表示灰颗粒特性系数、受热面布置形式与冲刷方式系数，C是飞灰浓度，u是烟气速度。其中，当总风量较大时，烟气流速提高，会造成受热面磨损速率加快。

因此，在运行优化中，为降低锅炉受热面磨损，需要控制飞灰浓度和烟气速度，前者可采取的方式有降低炉膛内差压、控制入炉煤粒度；后者可采取的方式是降低一次风量，增大二次风量，利用二次风切断上升气流，降低烟气速度。

1.3 风机电耗分析

风机电耗是循环流化床能耗的重要组成部分，由于循环流化床锅炉对风机要求较高，风机多具备容量大、压头高特点，且数量较多，是运行优化需要考虑的重要因素。

在对风机电耗的运行优化中，可以在保持循环流化床锅炉正常运行的前提下，适当降低一次风机、二次风机与引风机的电流值，从而实现整体电耗的降低，提升锅炉运行的经济性。

2. 480t/h循环流化床锅炉低床压运行优化措施

2.1 分离器中心筒优化

循环流化床锅炉高温绝热旋风分离器中心筒存在的问题是运行中出现中旋严重变形，导致分离效率下降，飞灰含碳量升高；甚至是中心筒脱落等重大事故，导致机组停运。其原因主要有两方面，一是在安装过程中，由于中心筒是拼装的，吊耳的均匀度及外径尺寸不一定完全一致，可能存在各个吊耳挂在支架上后，余有膨胀间隙的大小不一定均匀，有的吊耳偏外，有的吊耳偏内。二是在运行过程中，由于中心筒迎风侧受热、受冷快，背风侧受热、受冷慢，导致筒体在膨胀或收缩时，各个方向的膨胀或收缩量不一致，膨胀受阻后，吊耳必然会挤压筒体，导致筒体变形，吊耳变形，部分吊耳从吊架中脱出，从而造成中心筒脱落。

针对分离器中心筒问题，采取的优化措施有：（1）完善中心筒结构：将原中心筒材质改为Cr25Ni20MoMnSiNRe耐热钢铸造而成，比原钢板卷制的δ=8mm强度大大提高，运行中受热胀、冷缩的变形量明显减少，有效提高旋风分离器中心筒抗热变形的能力。（2）改变安装方式：中心筒吊挂采用自由吊挂，保留原32个吊架，再自制32个支架，如此一来，中心筒筒体变形小，周向支撑牢固，由点支撑改为周向支撑，支撑面扩大，筒体膨胀间隙扩大，筒体膨胀均匀，筒体不易变形而且不会发生脱落现象。（3）浇注料施工控制：中心筒安装完后，浇注料施工与原锅炉厂设计相同，但要保留足够的膨胀缝。

2.2 屏再集箱优化

保德神东发电公司#1炉屏式再热器材质为TP304H，存在的问题是屏式再热器出口小集箱管接口处膨胀量不够，导致多次拉裂。对此，采取的优化措施为：在屏式再热器出口小集箱管接口处加装膨胀弯，将原屏再出口小集箱的连接形式由原来的平行布置改为连接形式改为狼牙棒式，即管座间错列90°连接。

在优化后，#1炉屏式再热器出口小集箱管座拉裂的可能性降低，每年减少因屏式再热器管屏变形造成管道爆漏导致的机组非计划停运一次，同时预计每年可降低检修费用18万元。

2.3 冷渣器优化

保德神东发电公司每台480t/hCFB锅炉原配有4台风水联合冷却式流化床冷渣器，其中2台布置在锅炉炉膛前墙下部，两侧墙各布置1台，存在的问题有：容易堵渣、排渣时现场灰尘较大、水冷管束及内部浇注料容易损坏以及能耗较大等。

对此，采取的优化措施为：将风水联合冷渣器改造为滚筒冷渣器，滚筒冷渣机沿原风水联合冷渣器的方向布置，炉膛排渣口不变，利用原有的#3、#4号大链斗机排渣。

在优化后，排渣系统故障明显降低，锅炉房内粉尘降低，原风水联合冷渣器停运，冷渣风机停运，闭式循环水泵停运，厂用电率降低约1%，节电效果明显。

2.4 落煤管优化

保德神东发电公司480t/hCFB锅炉采用的是炉后给煤，容易造成返料腿结焦、落煤口频繁烧红、落煤口局部变形结焦以及插板门、刮板给煤机变形等问题，降低煤系统的严密性，给机组安全稳定运行带来较大的隐患。

对此，采取的优化措施为：

（1）将原播煤风方形风箱改造为圆形风箱，以达到播煤风均匀分布的目的。

（2）播煤风进风方式沿圆形播煤风风箱切线方向送入，而落煤口改为锥形渐缩射流形式。

（3）加长落煤管在返料器内伸入长度。

此种优化改造设计的原理：利用风力吹动风力振打，避免落煤管堵煤，播煤风切线方向给入，形成高速旋流，携带并保护原煤，避免原煤提前与高温循环灰接触，成功降低在落煤口下部发生原煤受热局部燃烧的可能性。

经优化改造后，煤系统处于负压状态下运行，热的烟气无法反冲入给煤系统，使煤系统不再长期处于高温状态，解决了落煤管及刮板给煤机烧红问题，落煤管外壁平均温度由改造前的80℃降低为30℃，效果良好。

2.5 省煤器优化

保德神东发电公司480t/h循环流化床机组在运行后，省煤器吊挂管频繁脱落，导致省煤器吊挂管因高温烟气刷泄漏。其原因是护瓦在安装时没有考虑膨胀间隙，运行中防磨护瓦受热后，竖直方向上膨胀受阻，相邻护瓦间相互挤压，使护瓦拱起、变形，甚至将固定销钉挤压掉落，导致整个护瓦脱落，受热面失去保护，导致吊挂管因磨损而泄漏，导致停炉。

对此，采取的优化措施为：将护瓦1和护瓦2之间留出60mm的膨胀间隙，再用80mm长的一块大护瓦把留出的间隙盖住，大护瓦用半圆形的拉筋套在吊挂管上，保护护瓦不拱起。大护瓦上部与护瓦1焊接，下部自由在护瓦2上竖直方向膨胀，如图1所示。

经优化改造后，能够使护瓦在竖直方向上自由膨胀，解决膨胀受阻问题，延长护瓦的使用寿命，更好地保护受热面。

2.6 除尘器优化

保德神东发电公司480t/hCFB锅炉飞灰比电阻较高，在烟温120℃时高达2.2×1012，电除尘器烟尘排放浓度>100mg/Nm3，除尘效率

针对此问题，采取的优化措施有：

（1）保留原一、二电场，并对保留的一、二电场进行维修，提供其运行的安全可靠性。

（2）拆除三、四、五电场阴、阳极系统和振打装置及高低压设备。

（3）在原静电除尘器的立柱顶面水平面铺设花板，安装滤袋和喷吹系统将其作为布袋除尘区。布袋除尘区在壳体内水平布置与阶梯布置比较：一方面是运行维护方便，另一方面避免了最后一级布袋由于距灰斗太近，而被气流冲刷磨损而过早的破损。

（4）布袋收尘区每台除尘器在宽度方向分为2室。共192个三寸淹没式脉冲阀，共3456条滤袋。布袋除尘采用外滤式，喷吹系统选用固定行喷吹清灰技术。脉冲阀选用在业内成功应用的案例最多，运行稳定可靠，无需维护三寸淹没式脉冲阀。

（5）每个室分别装有压差计以实现分室清灰控制。

（6）在静电除尘和布袋除尘之间设有均流装置。

（7）静电袋除尘器设有旁路烟道，旁路阀采用提升阀能够达到“零泄漏”的要求，满足在线检修/离线清灰的需求。

（8）除尘器在入口设置温度测点。电袋除尘器进、出口烟箱上设有电动阀门，以便在净气室内部的检修和维护。

经优化改造后，除尘器对煤种不敏感，对微细粉尘收集效率高，解决了高比电阻粉尘除尘效率低的难题，长期运行情况良好，故障率显著降低。

2.7 返料器优化

保德神东发电公司CFB锅炉采用高温绝热旋风分离器进行气固分离，分离器分离下来的物料从立管下来，在流化风的作用下经返料腿送入炉膛，在此过程中，由于锅炉分离器膨胀不均匀，导致返料器膨胀节间隙发生偏移问题。

对此，采取的优化措施为：

（1）拆除返料器膨胀节外部蒙皮及滑动环板。

（2）将原返料器膨胀节内部耐火材料进行拆除，拆至导流筒下200mm。

（3）返料器膨胀节上下法兰均已变形，将上下法兰去掉，更换新法兰。

（4）更换导流筒，按照设计，调整导流筒与下部斜腿间隙。将脱落的耐火材料恢复到原有厚度。为了提高导流筒与下部斜腿的接触面积，将下部斜腿内部结构提高100mm。

（5）所有钩钉在打浇注料前，都必须刷上一层2mm厚的沥青保证钩钉端部距离耐火材料表面为20mm。

（6）更换返料器膨胀节蒙皮。

经优化后，运行效果良好，蒙皮松弛，证明没有炉灰进入到膨胀节内部。所有间隙均按设计调整，上下法兰平行，并做了加强护板，效果良好。

2.8 顶部包墙过热器集箱与转向室间的密封优化

锅炉膨胀的不均匀问题是影响机组稳定运行的突出问题，保德神东发电公司#1、#2锅炉与旋风分离器连接的尾部竖井顶部包墙过热器转向室管排经常出现拉裂，尤其是在尾部竖井顶部包墙过热器的转向室左、右两端，拉裂频繁，严重影响了机组的出力和安全稳定运行。

对此，采取的优化措施为：将原来的直板密封改为“Ω”形钢板密封，因为这里是负压区，“Ω”形密封板的壁厚可以选用厚度2mm～3mm的15CrMo不锈钢板。以达到消除尾部竖井与旋风分离器膨胀不均的问题，达到保护顶部包墙过热器的目的。

经优化后，锅炉未出现拉裂现象，实现减少机组非停次数，提高机组运行时数的效果。

3. 480t/h循环流化床锅炉低床压运行优化效果

3.1 污染物排放方面的影响

经测试后，不同负荷、不同床压的运行工况下测得的排烟中SO2、NOx浓度分别如图2和图3所示，从图2中可知：

（1）负荷升高时，排烟SO2浓度增大，这主要是由于床温升高所导致，床温是影响脱硫效率最主要的因素。因为床温的变化将直接影响脱硫反应速率、固体产物分布状态等，进而影响脱硫反应效率。脱硫反应的最佳温度与脱硫剂种类、粒径等因素相关，一般在850℃～880℃。

（2）当给煤粒径一定、负荷一定时，排烟SO2浓度随床压的变化则无明显规律；当负荷一定，平均粒径下降、大颗粒质量份额减小、床压降低时，排烟SO2浓度并无明确变化趋势，但均低于400mg/Nm3，符合排放标准。因此，CFB锅炉低床压降运行对SO2排放并无影响。

从图3中可知，随负荷的增加，排烟中NOx的浓度也随之上升，不管是高床压还是低床压都呈现相同的趋势，但是都在200mg/Nm3以下，符合国家排放标准。

综合各工况SO2和NOx的排放浓度，可以看出在高、低床压运行时的各工况，SO2和NOx的排放浓度变化很小，完全满足国家现行的污染物排放标准。

3.2 炉膛传热方面的影响

经测试后，锅炉负荷升高时，平均床温显著升高。当床压由7.5kPa下降至7kPa时，平均床温升高约10℃，而当床压进一步下降时，平均床温也随之下降。

锅炉负荷为128MW时，平均床温几乎不随床压的变化而变化。而当锅炉在其他负荷运行时，床压降低约1kPa，平均床温均升高约10℃。

锅炉负荷为78MW时，平均床温随床压的降低而降低。而当锅炉在较高负荷下运行时，床压降低约1kPa，平均床温均升高约10℃。若降低床压的同时，减小给煤粒径，则平均床温变化更加明显。

综合比较发现，床压下降时，多数工况下平均床温升高。当床压下降约1kPa时，平均床温升高约10℃，在负荷一定的情况下，传热系数下降2%左右。

3.3 锅炉热效率的影响

经实测后，锅炉热效率与负荷曲线如图4所示，从图中可知，锅炉无论负荷高低其效率均不高，没有超过88%，对于480t/h这等级的锅炉来说是偏低的。在所有热损失，最大的排烟热损失，其原因尾部漏风和排烟温度高。

3.4 经济性方面的影响

分别截取某日高床压的运行、低床压运行图，根据保德神东发电公司生产技术指标日报表，经计算后，降低床压后的节电率0.34%。

结语

综上所述，循环流化床锅炉作为现代工业中的主要设备，对其运行优化展开分析，了解运行优化的有效措施，然后在实际中，结合循环流化床锅炉运行存在的种种问题，对其进行有效改造，减少不利因素，提升循环流化床锅炉运行效率，有着重要的现实意义。

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