車丹

（山西大學，山西 太原 030001）

循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能潛力分析

車丹

（山西大學，山西 太原 030001）

基于國家節(jié)能減排政策，針對現(xiàn)有循環(huán)流化床機組的設備及系統(tǒng)配置，綜合分析了循環(huán)流化床鍋爐及輔助系統(tǒng)節(jié)能改造效果和預期收益。提出了循環(huán)流化床經(jīng)過爐內(nèi)脫硫后，尾部煙氣酸露點溫度較煤粉爐偏低，在設計及運行時，可降低該類型鍋爐的運行排煙溫度；通過系統(tǒng)的燃燒調(diào)整、淺床運行、合理控制啟動油耗以及相對成熟的節(jié)能改造技術，循環(huán)流化床鍋爐在不進行整體參數(shù)升級，現(xiàn)有設備及系統(tǒng)配置下，節(jié)能降耗效果顯著，綜合采取上述節(jié)能措施后，預計可節(jié)能3～5 g/(kW·h)。

循環(huán)流化床鍋爐；排煙溫度；淺床運行；節(jié)能

0 引言

2015 年，我國決定全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造，大幅降低發(fā)電煤耗和污染排放，2020年前對燃煤機組全面實施超低排放和節(jié)能改造，使所有現(xiàn)役電廠平均煤耗低于310 g/(kW·h)、新建電廠平均煤耗低于300 g/(kW·h)，對落后產(chǎn)能和不符合相關強制性標準要求的堅決淘汰關停，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達標。在國家能耗嚴格要求的前提下，循環(huán)流化床機組較煤粉爐機組能耗相對較大，循環(huán)流化床機組的節(jié)能降耗刻不容緩。

1 循環(huán)流化床鍋爐的排煙溫度節(jié)能分析

循環(huán)流化床鍋爐普遍采用爐內(nèi)、爐外脫硫，入爐煤中含硫所生成的SO2經(jīng)爐內(nèi)石灰石脫除后，在燃用同種煤質(zhì)下，爐膛出口的SO2較煤粉爐大幅度降低?；谒崧饵c溫度的計算，鍋爐最終煙道出口排煙溫度的控制將會隨爐膛出口SO2濃度的降低而降低[1]。酸露點溫度計算公式如式（1）所示。

式中：Δtp——酸點溫度計算值；

Sn——1 000 kJ/kg熱值下的折算含硫量；

An——1 000 kJ/kg熱值下的折算干燥無灰基揮發(fā)分量；

?yh——飛灰占灰分比例。

基于酸點溫度計算公式，以入爐煤含硫量為1.5%，發(fā)熱量為14 240 kJ/kg，灰分46.5%，爐內(nèi)脫硫效率85%為例，煤粉爐的Δtp為51.8℃，循環(huán)流化床鍋爐為36℃，酸點較煤粉爐降低 16℃。流化床鍋爐運行中，排煙溫度的控制較煤粉爐低16℃。鍋爐效率提高約0.9%，機組供電煤耗可降低約2.4 g/(kW·h)；同時排煙溫度的降低可節(jié)約脫硫系統(tǒng)耗水率35%，節(jié)約引風機電耗約4%，在冬季投入暖風器時，節(jié)約蒸汽耗汽量，減少布袋除塵器的阻力，提高布袋除塵器的效率，或電除塵的除塵效率，節(jié)能效果顯著。基于循環(huán)流化床鍋爐酸露點溫度較低，對新建機組可通過受熱面及空氣預熱器設計降低鍋爐的設計排煙溫度；對在役機組在空氣預熱器之后、脫硫塔之前煙道的合適位置通過加裝煙氣冷卻器，用來加熱凝結水、鍋爐送風或城市熱網(wǎng)低溫回水，回收部分熱量，從而達到節(jié)能提效、節(jié)水效果。采用低壓省煤器技術，若排煙溫度降低30℃，機組供電煤耗可降低1.8 g/(kW·h)，脫硫系統(tǒng)耗水量減少70%。

2 淺床運行節(jié)能分析

采用淺床運行可降低一次風機的壓頭，降低廠用電率，同時由于降低爐膛上部快速床的物料濃度，二次風背壓降低，二次風壓降低，二次風機電耗降低，二次風的穿透性加強，鍋爐燃燒效率提高，床層壓力每降低1 kPa，每臺一次風機電流降低3～4 A，二次風機電流降低1～2 A； 此外實現(xiàn)淺床運行后，在降低風機電耗的同時，爐膛上部較細的焦炭粒子加強了焦炭對煙氣中氮氧化物的還原性，氮氧化物生成量減少。

循環(huán)流化床物料開口系多粒度平衡。據(jù)多粒度平衡原理，用終端沉降速度可以將床內(nèi)物料區(qū)分為有效和無效床料。可夾帶的有效床料，構成燃燒室上部的快速床和形成外部循環(huán)，影響爐膛內(nèi)和外循環(huán)回路的受熱面布置；不可夾帶的無效床料，無法參與循環(huán)，底部密相區(qū)粗顆粒的床存量受限于粗顆粒燃料燃燼時間。

理論上，以大顆粒燃燼為限制適當降低構成循環(huán)床下部鼓泡床的無效床存量，避免多余存料量引起的不必要的風機能耗和受熱面磨損是可能的。因為人為只能控制總床存量，所以可行的技術路線是提高床料質(zhì)量，降低床存量，達到減少能耗和磨損的目的。對循環(huán)流化床物料平衡系統(tǒng)的分析證明為達到提高床質(zhì)量，降低床存量必須：改進分離器的分離效率；改進物料回送裝置的流動特性；注意控制燃料粒度；更新傳熱系數(shù)和燃燒份額分配設計導則。

淺床運行最終的床壓及入爐煤粒徑的控制依據(jù)煤的類型、灰分、灰的磨耗特性、燃燒爆破特性及大顆粒的燃燒速率。運行實踐表明淺床運行更適合于易燃燼煤種（褐煤和煙煤）[2]，特別是褐煤，可達到較高的燃燒速率，對于貧煤及無燃煤，淺床運行可能會導致飛灰和低渣可燃物升高的問題，使鍋爐的燃料特性及熱穩(wěn)定性變差，具體運行工況需依據(jù)煤質(zhì)進行燃燒調(diào)整確定。

采用淺床運行技術后，鍋爐節(jié)能效果主要體現(xiàn)在以下幾方面。

a） 降低一、二次風風機壓頭，減少廠用電率。

b） 提高二次風的穿透力，提高鍋爐燃燒效率。

c）較細粒徑煤粒的燃燒，可降低煙氣中氮氧化物的生成。

d）降低無效顆粒對鍋爐的磨損。

3 鍋爐燃燒調(diào)整

電廠實際燃用煤種與設計煤種差異較大時，對鍋爐燃燒造成很大影響。開展鍋爐燃燒優(yōu)化試驗，確定合理的風量、給煤粒徑、一二次風配比、床壓等，有利于電廠優(yōu)化運行。預計可降低供電煤耗0.5～1.5 g/(kW·h)，技術成熟?，F(xiàn)役各級容量機組可普遍采用，同時在燃燒調(diào)整時要兼顧污染物的排放及控制。

循環(huán)流化床鍋爐的運行燃燒調(diào)整主要是對影響燃燒過程的燃煤粒徑、床壓及循環(huán)量進行優(yōu)化調(diào)整。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒特點，要求入爐煤的顆粒細度有一定的范圍，顆粒級配有合理的比例。其中1 mm以下顆粒份額對燃燒過程影響較大，合理值可按式（2）計算。

式中：Vdaf——入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分；

D1——入爐煤中小于1 mm的份額。運行調(diào)整總風量及一、二次風比例的調(diào)整可以有效改善爐內(nèi)風、煤及灰的混合程度。鍋爐風量的調(diào)整原則是一次風保證流化和調(diào)節(jié)床溫，二次風調(diào)整過量空氣系數(shù)。爐膛出口的氧量一般控制在3%~4%，經(jīng)濟運行約3.5%，若兼顧鍋爐低氮燃燒，氧量可控制在2.5%~2.8%。對床溫的調(diào)節(jié)規(guī)律為：加大一次風，降低二次風可降低鍋爐的運行床溫。利用配風調(diào)整床溫的幅度有限，一般在10~15℃，只能作為床溫的輔助調(diào)節(jié)，床溫的調(diào)節(jié)主要靠調(diào)節(jié)循環(huán)灰量。

在物料和床溫滿足運行的條件下，一次風調(diào)整的原則為滿足爐內(nèi)物料的流化即可。對我國單爐膛，床面面積較大的循環(huán)流化床鍋爐來講，滿足長時間運行的最低流化風量為24 m3/h，但在實際運行中，為保證物料的有效攜帶及鍋爐帶負荷的要求，一次流化風量最低控制約30 m3/h。二次風量及二次風擋板調(diào)節(jié)主要準循：滿足給煤燃燼所需的氧量；調(diào)節(jié)上下二次風擋板開度來調(diào)節(jié)床溫、燃燼率及氮氧化物排放；滿足上下二次風配比情況下，加大二次風擋板開度，降低二次風系統(tǒng)阻力，減少廠用電。對于特定的煤質(zhì)及鍋爐，正常條件下，分離器分離出來的循環(huán)灰全部進入爐膛，立管內(nèi)的物料高度維持一定的自平衡狀態(tài)。正常運行的返料風并不完全取決于返料風的大小，返料風應維持在合適的范圍之內(nèi)保證物料的正常循環(huán)。過高的返料風往往影響返料器的正常運行，特別是立管對應的上升段流化風，保證立管內(nèi)的物料流化，可反送至返料閥即可，風量過大會阻礙返料灰的正常返料。實踐運行結果對一進二出返料器，冷態(tài)用風，上升段1 100 m3/h,下降段1 500 m3/h；熱態(tài)用風，上升段900 m3/h，下降段1 100 m3/h，風機電流為38~40 A。通過調(diào)整排渣率，降低床壓運行，飛灰可燃物含量降低；但床壓過低，低渣含碳量會升高，應依據(jù)不同類型煤種、煤質(zhì)灰分、灰的磨耗特性及燃燒速率確定，在現(xiàn)場，可通過試驗確定最佳床壓。

4 循環(huán)流化床鍋爐啟動節(jié)能分析

循環(huán)流化床鍋爐啟動節(jié)能主要考慮在滿足啟動要求的同時，減小啟動用油量。

4.1 利用熱二次風進行鍋爐輔助加熱

通過二次風風道的改造，在2臺爐之間增加二次風熱風聯(lián)絡母管，并加裝隔離擋板。1臺機組啟動時，可利用另1臺熱態(tài)運行爐的熱二次風進行點火啟動，減少冷二次風對鍋爐的冷卻，在同等耗油量下，可提高鍋爐啟動床料的溫度，從而縮短啟動過程中的投煤時間。

4.2 提高給水溫度

鍋爐啟動時，在滿足上水要求的前提下，盡量提高鍋爐的上水溫度，有爐底加熱系統(tǒng)的鍋爐要及時投入爐底加熱，新建機組應設計爐底加熱，縮短鍋爐的啟動時間，減少啟動用油。

4.3 超臨界循環(huán)流化床鍋爐應控制保持合適的給水流量

目前，由于我國的超臨界循環(huán)流化床鍋爐處于初期試驗階段，為保證鍋爐啟動過程中水循環(huán)的可靠性，鍋爐啟動最低給水流量設計為30%額定蒸發(fā)量，啟動給水流量設計較大，鍋爐啟動時床溫增長慢，投煤時間長，啟動時間長，啟動耗油量大。通過現(xiàn)場的試運結果來看，在滿足水冷壁壁溫偏差不超過50℃的情況下，減少啟動給水流量，縮短啟動時間。圖1為鍋爐啟動過程中，不同床溫條件下，鍋爐的最小給水流量。

圖1 超臨界循環(huán)流化床鍋爐啟動中給水流量隨床溫的變化曲線

4.4 選擇合理點火方式

目前，循環(huán)流化床鍋爐的點火方式主要有固定床點火、床上點火、床下點火、床上床下聯(lián)合點火。各種點火方式的比較如表1所示。

表1 循環(huán)流化床鍋爐不同點方式對比表

基于上述比較，在循環(huán)流化床運行和設計中要選擇合適的點火方式。

a）優(yōu)先選擇床下點火方式。采用此種方式，熱量利用率高；床溫加熱均勻；鍋爐澆注料以及水冷壁受熱均勻；便于對澆注料和水冷壁壁溫的控制。

b）對不易著火的貧煤以及無煙煤采用床上、床下聯(lián)合電點火方式，選擇好投運床上油槍的時機，待床溫升至400℃以上且風室溫度在700~ 800℃時，此時床溫溫升率較低，及時投運床上油槍升溫。

c）對褐煤及煙煤力求采用床下點火方式，合理安排啟動時間。

5 合理安排啟動時間

提前檢查好油槍及其系統(tǒng)，減少在點火過程中處理油槍的次數(shù)。另外，外置床的投運時間也應合理安排，床溫高于700℃時，迅速準備投運外置床。投運外置床前應適當增加給煤量，灰控閥開度也不易太大，開度為15%左右，以保證床溫的穩(wěn)定性。

汽機的配合是機組啟動的關鍵,合理安排汽機的暖缸和沖轉及帶負荷是降低啟動消耗和縮短啟動時間的關鍵所在。在鍋爐點火后，汽機應適時送軸封、抽真空，開高、低壓旁路開始疏水，以保證鍋爐、汽機前的蒸汽溫度同步上升，一旦鍋爐的蒸汽參數(shù)滿足沖車條件即可進行沖車。避免了鍋爐因汽輪機機前的溫度還不滿足沖車條件，就維持燃燒，提高機前溫度的現(xiàn)象[4]。

6 合理的啟動床料厚度及粒徑

根據(jù)鍋爐的升溫升壓要求，及時調(diào)整燃燒量，保證鍋爐的正常升溫。合理安排啟動時間，啟動過程中管理能耗同時添加合理的啟動床料厚度及粒徑。對整個系統(tǒng)內(nèi)物料均排空的鍋爐，在啟動時建議添加床料800 mm，返料器為放空的情況下，添加床料啟動時，建議添加床料600 mm，不易太高。根據(jù)循環(huán)物料對鍋爐貢獻的特點：大顆粒穩(wěn)定床溫，細顆粒加熱鍋爐，在鍋爐啟動添加床料時，床料添加不宜太細。若機組短期停運，重新點火時，床壓較高，可通過返料器至冷渣器放灰管來降低鍋內(nèi)的有效物料，提高床溫的溫升速率，及時提高溫度，縮短機組的啟動時間。

7 鍋爐附屬系統(tǒng)的節(jié)能分析

7.1 鍋爐受熱面及風機變頻改造

鍋爐普遍存在排煙溫度高、風機耗電高，通過改造，可降低排煙溫度和風機電耗。具體措施包括：一次風機、引風機、增壓風機葉輪改造或變頻改造；鍋爐受熱面或省煤器改造。預計可降低煤耗1.0～2.0 g/(kW·h)，技術成熟。

對采用電除塵的機組可通過以下幾種方式降低廠用電率。根據(jù)典型煤種，選取不同負荷，結合吹灰情況等，在保證煙塵排放濃度達的情況下，試驗確定最佳的供電控制方式及相應的控制參數(shù)。通過電除塵器改造：工頻電源改造為高頻電源，采用低低溫靜電除塵器；選用旋轉電極板，節(jié)電效果明顯，預計可降低供電煤耗約2～3 g/(kW·h)，技術成熟。

7.2 暖風器系統(tǒng)節(jié)能

暖風器為鍋爐防止低溫腐蝕，保證排煙溫度經(jīng)常投運的一個系統(tǒng)。合理選擇和投運暖風器，可提高機組整體的運行經(jīng)濟性。首先，在選擇暖風器時，應選擇運行阻力較低的暖風器，最好采用可旋轉的暖風器，以便在夏季環(huán)境溫度高時，解除暖風器，降低風系統(tǒng)的運行阻力。

其次，選用設計過冷段的暖風器，充分利用輔汽的熱量，減少輔汽熱能損失，同時暖風器運行調(diào)節(jié)設計采用疏水溫度控制方式，提高輔汽熱量的利用率。

7.3 石灰石系統(tǒng)的節(jié)能措施

石灰石系統(tǒng)的節(jié)能主要從4個方面著手。

a）依據(jù)不同負荷噴入爐內(nèi)的石灰石量，通過控制輸送用風的調(diào)整門，最好投入自動控制，來增加和減少石灰石系統(tǒng)輸送壓縮空氣的用量，減少廠用電。

b）控制合適的石灰石粒徑，延長石灰石在爐內(nèi)的停留時間，加大100～500 μm范圍內(nèi)石灰石粉的粒徑比例。

c）建議石灰石噴口加裝在二次風噴口。

d）控制合適的床溫，提高石灰石的脫硫效率。

7.4 鍋爐本體嚴密性

7.4.1 疏水及減溫水閥門內(nèi)漏

機組在運行過程中，疏水閥門及減溫水閥門易發(fā)生內(nèi)漏，造成不必要的熱力損失，所以對于疏水門和減溫水門應重點監(jiān)控。防止減溫水閥門內(nèi)漏，造成氣溫調(diào)節(jié)功能變化，熱力資源浪費，疏水門的內(nèi)漏是普遍的，應及時調(diào)整行程和更換損壞閥芯。

7.4.2 鍋爐人孔及煙道漏風

鍋爐漏風造成爐內(nèi)溫度降低，燃燒效率減低，排煙損失增大，引風機電耗增大。

8 結論

在國家節(jié)能降耗的前提下，特別是目前電力相對過剩的市場環(huán)境下，循環(huán)流化床機組從鍋爐設計及運行角度，采取低排煙溫度、低床壓運行、燃燒調(diào)整、風機變頻和除塵改造以及輔助系統(tǒng)的節(jié)能運行等措施，節(jié)能效果顯著，預計綜合節(jié)能3~5 g/(kW·h)。在不進行鍋爐整體參數(shù)提升的前提及鍋爐現(xiàn)有設備及系統(tǒng)配置下，降低循環(huán)流化床鍋爐的能耗。

[1]蔣安眾，王罡，石書雨，等.鍋爐煙氣酸露點溫度計算公式的研究 [J].鍋爐技術，2009，40(5)：11-17.

[2]孫獻斌.循環(huán)流化床鍋爐淺床運行技術及大型化分析研究[J].煤炭燃燒，2009(2)：57-59.

[3]孫獻斌，黃中.大型循環(huán)流化床鍋爐技術與工程應用 [M].北京：中國電力出版社，2013：231.

[4]邢秀峰，胡俊峰.循環(huán)流化床鍋爐啟動能耗大原因分析及對策 [J].山西電力，2012，175(5)：65-68.

Energy Saving Potential Analysis of Circulating Fluidized Bed Boiler

CHE Dan
（Shanxi University,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Based on the national energy-saving emission reduction policies,in viewof the unit equipment and systemconfiguration of the circulating fluidized bed existing,the energy-saving effect and expected benefits of CFB boiler and its auxiliary system were comprehensively analyzed.It is pointed out that due todesulfurization in CFB boiler,the acid dewpoint temperature of flue gas is lower in CFB than it in PCboiler sothat the CFB flue gas temperature in design and operation can be lowered.After combustion adjustment,shallow bed operation,lowering start-up fuel consumption and adopting other energy saving technologies,overall parameter upgrading of the CFB boiler is not necessary.After having adopted the energy-saving measures mentioned above,with the present configuration,the energy-saving effect is remarkable,expected tosave 3～5 g/(k·Wh).

circulating fluidized bed boiler；exhaust gas temperature；shallowbed；energy saving analysis

TM621.27

A

1671-0320（2017）03-0061-05

2017-02-19，

2017-04-11

車 丹(1982)女，山西孝義人，2006年畢業(yè)于太原理工大學熱能與動力專業(yè)，碩士，講師，主要研究方向為鍋爐燃燒技術。