2×75T/H循环流化床锅炉节能分析

罗凯，林世华

(北京东方石油化工有限公司东方化工厂，北京 101149)

1 概况

东方石化公司东方化工厂现有2台四川锅炉厂设计和生产的循环流化床锅炉，锅炉型号为CG－75/3.82－MX10。循环流化床锅炉主要由炉膛、高温水冷旋风分离器、双路回料阀和尾部对流烟道组成。其中，燃烧室(炉膛)蒸发受热面采用膜式水冷壁，布风装置采用水冷布风板，“7”字形定向风帽，燃烧室内布置管式高温过热器，两个直径3m的高温水冷旋风分离器布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，其回料腿下部布置一个L型自平衡回料阀，尾部对流烟道内布置低温过热器、省煤器和空气预热器等受热面。

燃料燃烧所需的一、二次风分别由各自的风机单独供风，采用分级配风，其中一次风经布风板给入;二次风于炉膛密相区由上、下二次风箱分12个喷口(左右各6个)给入。循环流化床锅炉采用床下热烟气启动燃烧器点火方式，设置床下油枪共2只，设计单支最大出力200kg/h，启动燃烧器油枪雾化采用机械雾化，燃用柴油。设计燃用煤种为优质烟煤，单台锅炉燃煤量10t/h，锅炉主要参数见表1。

表1 锅炉主要参数

2 能耗高的原因分析

对于循环流化床锅炉，为适应其燃烧方式的特殊性，在炉膛底部布置了高阻力的布风装置，运行中锅炉密相区具有大量的高浓度、大颗粒的床料，为了使床料得到充分的流化，必须有高压头的一次风机提供流化风，循环流化床锅炉一次风风压是同等参数煤粉炉送风机风压的2～3倍，一次风机电耗较高。为了使炉膛内的煤得到充分燃烧，降低锅炉烟气NOx物浓度，通过二次风机实现分段送风，并要求二次风具有较高的穿透力，二次风机压头较高，二次风机电耗较高。炉内循环物料量大，飞灰浓度高，布置有旋风分离器，增加了烟气的流动阻力，引风机的压头较高，引风机的电耗也较高。

另外，大容量的循环流化床锅炉，为了降低飞灰可燃物含量，需要将电除尘一电场灰斗中的灰利用飞灰再循环系统送回炉膛，需要布置飞灰再循环风机;采用风水联合冷渣器的循环流化床锅炉，还需要设置冷渣器流化风机;大量物料在返料和炉膛等系统内循环，必须设置更高压头的返料风机。因此，循环流化床锅炉风机数量多、电耗高，该流化床锅炉在运行初期蒸汽风机电耗高达14.56kW·h/t。同时，该流化床锅炉由于燃用煤种偏离设计煤种较大，锅炉运行中排烟温度较高，锅炉热效率相对降低，因此锅炉吨蒸汽煤耗较高。

综上所述，要提高锅炉的经济运行水平，降低循环流化床锅炉的能耗指标是主要方式之一，除了常规的通过优化锅炉运行和设备管理，提高锅炉热效率，来降低吨蒸汽标煤耗火发电标煤耗外，还需要通过设备的改造，风量的合理搭配和控制，降低风机运行压力或尽可能减少高压头风量，努力降低风机、水泵等大功率辅助设备电机的功耗，来降低吨蒸汽电耗或自用电率。

3 节能措施及效果

3.1 降低布风板阻力

循环流化床锅炉的布风装置包括风室、布风板、风帽和绝热保护层，其作用就是均匀分布一次风。风帽是布风装置中关键的设备，它起到细分一次风的作用，其小孔速度是影响布风装置阻力的主要因素，也是影响流化床燃烧稳定性的关键因素［1］。小孔风速越高，布风装置阻力越大，燃烧稳定性好，但是风机压头高，造成锅炉风机电耗高;小孔风速越低，布风装置阻力越小，燃烧稳定性差，低负荷运行时容易产生床料流化不良、风室漏灰严重等问题。通常情况下，布风板阻力占炉膛总压降的20% ～25%，其目的就是为了确保床料的流化质量［2］。循环流化床锅炉风帽有圆柱形、“7”字形、“T”字形、猪尾形、钟罩式和半球形卡箍式等类型。该炉最初采用“7”字型定向风帽，发现磨损比较严重，使用半年左右风帽磨损穿孔的数量就占了总量的25%左右;风室内漏灰情况比较严重，4个月左右就要清理一次风室的积灰;风帽阻力较大，正常运行风量下，布风板空板阻力在4.5kPa左右，一次风机电耗较高，吨蒸汽耗电为7.57kW·h。

考虑到圆柱形风帽具有布风较均匀、磨损较小、风室漏灰可能性小、结构简单等优点，在2004年上半年原风帽改为圆柱形风帽。改造后，不仅风帽的磨损减小，更换周期由原来的12个月增加到26个月以上，而且风室漏灰问题基本上得到了解决，布风板阻力降低了30%，一次风机电耗降低。

3.2 降低入炉煤粒度

燃煤粒径大小、粒度分布不仅影响到循环流化床锅炉的燃烧、传热和负荷调节，而且影响到锅炉的稳定运行、风机电耗。通常情况下，高倍率循环流化床锅炉燃料粒径要求较细，低倍率循环流化床锅炉燃料粒径要求较粗;低挥发分的煤种，燃料粒径要求较细，高挥发分煤种，燃料粒径要求较粗［3－4］。

流化床锅炉原输煤系统为一级筛分一级破碎，在实际运行中存在出力不足、原煤破碎粒度偏大等突出问题，实际入炉粒度在20mm左右，造成锅炉效率偏低、设备磨损加剧及锅炉除渣困难等问题，2007年2台流化床锅炉停运13次，其中因为放渣不畅、设备磨损等原因引起的停运占了9次，严重地影响了流化床锅炉的长周期稳定运行。

2008年9月，对锅炉燃煤破碎系统进行了改造，在原有的环锤破碎机后面的3、4号皮带之间增加一级齿辊式碎煤机，将燃煤粒径控制在了13mm以下，完全满足燃煤粒度需要，并提高了输煤系统负荷，减少了上煤时间和电耗。改造后，锅炉最低流化风量降到30000m3/h，运行时一次风量也降到了40000m3/h左右，吨蒸汽风机总电耗降低，节电效益非常可观。

3.3 降低锅炉排烟温度

锅炉热效率是反映锅炉经济运行状况的一个综合性指标。要提高锅炉热效率，就必须努力降低各项热损失。一般情况下，排烟热损失在各种热损失中最大，可以达到4% ～8%，其大小不仅与锅炉烟气的热容积有关，而且与锅炉排烟温度关系紧密［5］。在其他条件不变情况下，锅炉烟气总量越大，排烟热损失越高，排烟温度越高，锅炉的排烟热损失也越大。经验表明，排烟温度每升高10～15℃，锅炉排烟热损失将增加1%左右，相当于锅炉热效率将降低1%左右。

目前该2台75吨流化床锅炉，由于实际燃用煤种与设计煤种偏离过大，锅炉运行排烟温度在170℃左右，远远高于150℃的设计值，排烟热损失高达7.5%左右，锅炉热效率仅能达到88%左右。同时，电厂在2009年对2台流化床锅炉电除尘器改为电袋复合除尘器时，由于受布袋运行温度的限制，通过喷入脱盐水的方法来降低烟气温度既浪费了热能和脱盐水，又因为增设水泵而增加了锅炉的电耗。

降低锅炉的排烟温度有加装省煤器、普通管式空预器和热管空预器三种方式。其中热管预热器具有阻力小、不漏风、安装空间小、防堵灰性能好等优点，是降低锅炉排烟温度的最佳选择，该2台流化床锅炉热管空预器主要设计参数见表2。

表2 热管空预器主要设计参数

2010年热管空预器改造完成，改造后1、2号炉的排烟温度分别降低了30℃和50℃，一次风温度分别提高了40℃和60℃，锅炉热效率分别提高了2.4%和3.1%，吨蒸汽耗煤分别下降了 3.84kg和4.96kg，每台锅炉辅助用电降低7kW·h/h。

3.4 锅炉掺烧工业废气

东方石化公司东方化工厂乙烯装置生产规模为16万t/年，为20世纪90年代建成的小乙烯。目前，其生产过程中产生的工业废气(以下称火炬气)总量在4000m3/h左右，其主要成分为甲烷和氢气，具有很高的回收利用价值。虽然，工厂近几年进行许多方面的优化和改造，但仍有2500～3000m3/h的富裕火炬气只能通过火炬管网燃烧后排向大气，不仅对周边环境造成较大的影响，而且造成东方乙烯装置能耗较高。

2007年实施了流化床锅炉掺烧火炬气改造项目。为了实现乙烯装置富裕火炬气的回收和利用，新建从烯烃装置到热力装置流化床锅炉单元的燃气供给系统，燃气汽水分离和杂质过滤、减压调压后，通过6台燃烧器(每台炉)进入锅炉炉膛参与燃烧，燃烧器采用径向配风旋流燃烧器。经过近4年的运行实践证明，工业废气在2台循环流化床锅炉中的掺烧应用改造是成功的，所带来的经济效益、社会效益和环保效益也是可观的。

4 下阶段节能工作

4.1 锅炉辅机节电改造

通常情况下，设计院在选择锅炉风机时，在最大连续出力运行工况下仍留有15%的风量余度，25%的静压头余度和5～6℃的温度余度，使其具有负荷快速变化、环境变化、燃料变化、事故处理等方面的调控能力［6］。该2台循环流化床锅炉主要向全厂提供加热蒸汽和动力蒸汽，受生产装置负荷变化、运行方式、季节变换等因素的影响，绝大部分时间均处在较低负荷工况下运行。冬季和夏季实际运行负荷仅为额定负荷的80%和70%，存在大马拉小车的现象;锅炉风机风量采用入口挡板调节，风机挡板经常处于50%左右开度运行，不仅挡板节流损失较大，而且风机长时间处在低效区运行，风机电耗相对较高。同时，锅炉配套的给水泵也是按照额定负荷选型配置，采用工频运行方式，压头和出力富裕量都非常大，锅炉基本上长时间运行在80%负荷以下，给水泵大约有40%左右的热水在除氧器之间打循环，造成能源浪费。

目前，对于锅炉风机和给水泵的节电改造通常采用电机变频改造或联轴器液力耦合改造两种方式。对该75t/h循环流化床锅炉配备的风机、给水泵电机进行高压变频改造，每台大约在100万元左右，虽然具有调节精度高、工作效率高、调节范围大等优点，但是投资成本相对较高;而进行液力耦合改造每台仅需20万元左右，虽然在性能方面不如高压变频改造，但具有占地面积小、投资成本低等优点。综合考虑对锅炉的风机和给水泵进行液力耦合改造。经过测算，给水泵的节电率能够达到20%，吨蒸汽电耗降低0.85kW·h，风机节电率能够达到15%，吨蒸汽电耗降低0.75kW·h。

4.2 节能运行优化

(1)低床压燃烧控制。床压的大小是判断驯化流化床锅炉床料量多少的唯一依据。在锅炉运行中，床压会随着锅炉的负荷、炉内灰的粒径、煤的质量、煤的破碎粒度以及风量的变化而变化。目前该锅炉床层压力控制在10～11kPa，一次风需要克服的阻力较大，一次风机电耗较高。经过运行尝试，将该循环流化床锅炉床压运行控制在8～9kPa之间，比原控制值有较大幅度的降低，高负荷时选择低值控制，低负荷时选择高值控制，不仅锅炉流化质量和底渣含碳量没有受到影响，降低了一次风机电耗。床压的大小通过排渣进行调节，通常采用勤排少排或少量连续排渣的方式，既可保持床内料层稳定，又可以防止有效循环颗粒的流失。

(2)低氧量燃烧控制。烟气中氧量的高低直接反映出过量空气系数的大小。对于循环流化床锅炉，一次风用于控制床料的流化和调节床层温度，二次风用于控制烟气含氧量，以确保燃料正常燃烧［7］。目前，该锅炉烟气含氧量按照锅炉厂提供的说明书控制在4% ～6%，造成受热面磨损大、床温低、风机电耗高。考虑到该循环流化床锅炉采用膜式属冷壁，炉膛的密封性好，漏风系数小，降低氧量运行是可行且有利的。在采用低氧量燃烧控制措施后，不仅可以提高床温，使锅炉燃烧效率升高、飞灰含碳量降低，而且可以降低送风总量和引风总量，使风机电耗降低，同时降低受热面磨损。

(3)低一次风量控制。一次风量主要作用是保证物料处于良好的流化状态，同时为燃料提供部分氧气。因此，一次风量不能低于运行中所需的最低风量，即必须控制在临界流化风量以上。风量过低，床料不能正常流化，既影响锅炉负荷，又容易引起结焦;风量过高大，不仅会影响脱硫，而且受热面磨损加大，风机电耗较高［8］。正常运行中，该锅炉一次风机的压头为10～11kPa，二次风机的压头为2～3 kPa，而风机的功耗与出口压头成正比，在相同风量情况下，一次风所消耗的电机功率为二次风所消耗的功率的4～5倍。因此，只要能够确保床料正常流化，床温处于受控状态，尽可能降低一次风量，燃烧所需的氧量通过二次风来补充，就可以实现降低吨蒸汽电耗的目的。随着燃煤入炉粒度由20mm降低到13mm，一次风温度由90～100℃提高到150～160℃，该循环流化床锅炉正常流化所需的临界流化风量大幅度降低，为降低一次风总量创造了条件。经过运行尝试，一次风量降到33000～35000m3/h，基本上占总风量的50%左右，锅炉完全能够正常运行，吨蒸汽风机电耗可以降低0.48kW·h。

5 结语

东方石化公司东方化工厂2台75t/h循环流化床锅炉，作为国内低容量、低参数方面的早期产品，通过总结经验，加强行业之间的交流，实施设备改造和运行优化，目前已经完全实现了安全、稳定和经济运行。特别是通过近几年实施节能改造和运行优化，锅炉能耗指标水平稳步提升，2010年锅炉吨蒸汽耗煤纯煤工况下为141kg，掺烧火炬气后已经低于132.4kg，锅炉热效率达到91.5%，吨蒸汽风机电耗降为13.07kW·h，经过后期的改造和优化，预计可以降到10.82kW·h，经济运行指标较锅炉运行初期或设计值有明显的提高，在节能降耗、降本减费和指标上水平等方面取得了很好的效果。

［1］刘德昌，程汉平，张世红，等.循环流化床锅炉运行及事故处理［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［2］路春美，程世庆，王永征.循环流化床锅炉设备与运行［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［3］李 青，公维平.火力发电厂节能和指标管理技术［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［4］党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［5］詹秋月.600MW机组烟气循环流化床干法脱硫入口气流分布的试验研究［J］.电力科技与环保，2010，26(1):19－22.