小火电循环流化床锅炉控制方案及经济性研究

2013-04-17尉永波

机电信息 2013年12期

尉永波

（山东华聚能源股份公司，山东济宁273500）

1 循环流化床锅炉基本原理

循环流化床（CFB）作为一种新型、成熟的高效低污染的清洁燃烧技术，在火电锅炉上得到了广泛的应用，其燃烧方式特殊，具有许多其他燃烧方式不具备的优点，如可以实现低温燃烧和降低NOx排放，并可实现在燃烧过程中直接脱硫，大大减少了世界主要大气污染源——燃煤电站的二氧化硫（SO2）和氮氧化合物（NOx）的排放，从根本上解决了酸雨问题。同时，循环流化床锅炉还具有燃料适应性广、燃烧效率高、负荷调节范围大、负荷调节性能好、灰渣活性好且便于综合利用、可以实现压火热备用、投资及运行成本相对较低等优点。因此，循环流化床燃烧技术在世界上得到迅猛发展，取得了重大的经济效益、社会效益和环境效益。

循环流化床锅炉一般可分成2个部分：（1）固体物料循环回路，包括炉膛、分离器、回料器等；（2）对流烟道，布置有过热器、省煤器、空气预热器等，接近于普通的煤粉炉。锅炉燃烧所需要的一次风和二次风是从炉膛的底部和侧墙送入。原煤块被破碎之后，在刮板式给煤机的作用下被送到煤斗之中，在煤斗的下方安置着螺旋式给煤机，通过播煤风可以将煤吹入炉内。在炉膛出口的水平烟道内放置着多级烟灰分离器，使分离出的高温灰直接掉入灰斗中。

煤进入炉膛之后，首先在主床上燃烧。预热器的高压风从炉床的床下风室向上进入炉膛之内，使得煤颗粒发生沸腾和燃烧。在烟气的速度足够高的情况下，许多颗粒能够从床层离开，并且被烟气携带到炉膛的上部进行燃烧，最终被带出炉膛。通常情况下，在炉膛的出口位置安装着多级烟灰分离器，它能够分离颗粒和烟气，并且可以进入烟道。一般要保证颗粒能够上升、分离并且最终飞出炉膛，烟气一定要达到某一最小速度。经过分离的烟气会进入烟道，并在省煤器、空气预热器的作用下逐渐冷却；与此同时，分离出来的颗粒会重新进入炉膛并且继续燃烧，然后再次上升、分离，从而产生一个循环往复的过程。通过这种过程的不断进行，各煤种都能够在850～950℃的温度下进行完全的燃烧。同时，由于炉膛内的燃烧温度不是很高，便于对氮氧化物的含量进行控制。此外，适当的温度也能够促使碳酸钙颗粒与部分硫化物进行化学反应，最终获得良好的脱硫效果。

2 循环流化床锅炉控制方案

2.1 床温控制

通常情况下，控制床温应该从煤种、煤量、一次及二次风量、返料量、灰渣排放量等几个方面进行考虑。由此看来，控制床温必须综合考虑不同的因素，这一过程是较为复杂的。若床温存在较大的偏差，且在控制过程中未取得明显的效果，那么，就必须有效地调整锅炉负荷，并在床温得到有效控制后才可以再次恢复锅炉的负荷。

为了在炉膛内能够更好地抑制氮氧化物的产生，同时获取最好的脱硫效果，就一定要合理地控制床温，保证床温始终处在特定的低温范围内，通常这一范围是按照煤种和主机厂的推荐值来进行设置的。相关数据表明，为了实现更好地脱硫，应该将温度维持在850～950℃的范围之内。另外，由于使用了分级送风、低温燃烧的策略，因而能够避免氮氧化物的产生。然而，相关的试验结果表明，在低温燃烧的情况下，N2O这种物质非常容易生成，其产量会随温度的升高而逐渐减小。由此看来，必须合理地控制床温，保证床温在适当的范围之内，不能过高或者过低。

2.2 风量控制

CFB锅炉的风量控制主要涵盖了总风量和一、二次风量比例的控制2个方面。在锅炉运转过程中，总风量能够根据燃料信号获得，同时可以根据过量空气系数来进行修正。另外，要改变总风量，就应该改变风煤比，这与常规煤粉炉类似。但其在一、二次风量的配比上与常规煤粉炉存在着差别。一、二次风量的配比是负荷和煤种发热量的函数。不过，CFB锅炉一、二次风量的配比控制通常以对二次风机的控制为主，主要包括2种控制风量的方式：（1）二次风机的投运时间较早；（2）二次风机必须在负荷达到较高的状态下才可以使用。

2.3 给料量控制

CFB锅炉的给料量控制主要包括给煤量控制和碳酸钙给量控制2个方面。

通常情况下，给煤量控制主要是通过对给煤机出力进行调节来达到的。煤量的给定值是由热负荷输出作为煤量需求指令并与总风量低选后确定的；给煤量主要是受负荷指令和风—燃料比联锁控制。

碳酸钙给量控制是根据环保部门对二氧化硫排放的测量是否达到要求来进行调节的，其必须经过主调节和副调节共同构成串级控制回路。碳酸钙量给定值由碳酸钙给量与当前煤量的合适比例确定，在此基础上，通过烟气中的二氧化硫含量来进行修正，从而调节进入炉膛的碳酸钙粉量，科学有效地控制钙硫比，确保二氧化硫排放量能够在规定的范围之内，最终获取良好的脱硫效率。

3 提高循环流化床锅炉运行经济性的措施

3.1 低床压燃烧措施

床压是反映炉内床料量多少的参数，也是炉床料量多少的唯一判据，其数值会因负荷、风量、床料粒度、煤质、煤种等各种变量的改变而发生改变，因此，床压是循环流化床锅炉燃烧技术中非常关键的一个参数。在锅炉正常工作过程中，床压的测量值会随着锅炉负荷、炉内灰的粒径、煤的质量、煤的破碎粒度以及风量的改变而发生改变，因此炉内的床压控制值也会不断发生变化，必须在进行多次试验之后才能确定适当的床压。

由于炉内的床压控制值会不断发生变化，因此，在锅炉正常工作过程中必须综合控制床料，并根据循环流化床锅炉的燃烧特性以及锅炉的工作情况来合理地确定运行值。经过多次逐渐降低床压运行控制值，以及对每次改变床压值后锅炉运行情况的总结分析，我公司最终得出了较为合理的运行控制值，该控制值比原控制值有了较大幅度的降低，使得高负荷时可以控制偏低值，低负荷时可以控制偏高值，从而在该范围内有效控制床压过低或过高的不利影响。

3.2 低氧量燃烧措施

由于循环流化床锅炉炉膛的密封性较强且漏风系数较小，氧量随烟气流向逐渐降低，这与传统煤粉炉的氧量随烟气流向因漏风的增加而变大正好相反，因此降低氧量运行是可行的和有利的，在经过多次运行分析对比后，已确保其适用性。在采用低氧量燃烧技术后，风量的减少能够降低风机的能耗；床温的提高也会大幅度提升锅炉的燃烧效率，并且能够降低飞灰的含碳量；风速的降低能够减轻磨损。由此看来，采用低氧量燃烧技术能够最大限度地提升锅炉燃烧的经济性。