循環流化床鍋爐脫硫及燃燒效率探究范文

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摘要:循環流化床鍋爐是目前我國應用最廣的潔凈煤燃燒技術之一，但是在實際生產中仍存在不少問題，困擾著循環流化床機組長周期安全經濟運行。從循環流化床鍋爐的燃燒調整與運行調整方面進行比較和研究，在脫硫、優化燃燒調整等方面提出實用性的方法和措施。

關鍵詞:循環流化床鍋爐；爐內脫硫；燃燒效率；飛灰可燃物

任何一家電廠最終追求的是企業利潤的最大化，同時還要滿足國家日益提高的環保要求，如何使得機組既能安全經濟長周期運行又能達到環保的要求，是每個電廠從事流化床鍋爐運行值得研究的課題。

1鍋爐簡介

國投大同能源有限責任公司電廠2×480t/h鍋爐是采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造的HG-480/13.7L.MG31型循環流化床鍋爐，采用單汽包、自然循環、高溫超高壓一次中間再熱、高溫絕熱旋風分離器、單爐膛平衡通風、前墻給料、固態冷卻排渣。配2臺國產135MW高溫超高壓直接空冷凝式汽輪發電機組。

2投產后運行情況

國投大同電廠機組于2010年10月份投產，從運行7年綜合情況看，由于煤價偏高負荷偏低，機組整體效率不高，機組投產以來存在發電煤耗、廠用電率偏高，二氧化硫階段性超標、飛灰可燃物高等諸多問題。

3爐內脫硫

3.1運行基本情況

CFB鍋爐一般采用向爐內直接添加石灰石粉來控制SO2排放。投入爐內的石灰石在高溫條件下煅燒發生分解反應生成氧化鈣，然后在爐內850℃左右的條件下，氧化鈣、SO2和氧氣經過化學反應生成硫酸鈣，最后隨著低渣排出爐外。國投大同電廠SO2排放量的控制一般是通過控制石灰石的給料速率，即增減鈣硫摩爾比。但影響循環流化床鍋爐脫硫效率還有床溫，石灰石粒度等許多因素。

3.2運行中出現的問題分析

（1）石灰石粉的質量與粒度。其粒度超過一定的極限，在系統運行時會引起堵管。（2）壓縮空氣壓力、流量不足。壓縮空氣是輸送系統的動力，如果其壓力、流量不足，會降低輸送系統煤灰的流動速度，嚴重時會引起堵管。（3）進料閥漏氣。進料閥漏氣會造成發送器與灰斗間的空氣短路，從而降低了系統工作時發送器內空氣的壓力，而引起堵管。（4）透氣閥漏氣。其結果是造成輸送空氣不足，石灰石粉滯留在輸送管的發送器出口處，發送器出料閥打開時阻力增加可能會產生堵管。（5）輸送管路漏氣。輸送管泄漏會造成泄漏處壓力降低從而引起堵管。

3.3石灰石系統的技改

電廠運行以來，入爐煤含硫量達不到設計要求的0.34%，實際一直在0.65%左右，石灰石純度在51%左右，煙氣排放SO2濃度基本保持不大于400mg/Nm3的排放水平，但當發電負荷在100MW以內的時候，煙氣排放SO2濃度可控制在200mg/Nm3以內，完全滿足國家環保的要求。2008年前，國家環保部對火電廠煙氣排放SO2的濃度要求是不大于800mg/Nm3，電廠按含硫量為0.34%的煤種設計爐內脫硫系統，設計煙氣排放SO2濃度不大于393mg/Nm3。隨著國家環保排放標準的提高，目前的爐內脫硫系統就不能滿足要求，尤其在發電負荷大于110MW的時候，超標更為嚴重。

4影響鍋爐燃燒效率的原因分析

由于負荷率一直較低，冬季和一季度負荷率只有60%，因此供電煤耗398g/kWh及飛灰可燃物5.5%偏高，說明鍋爐燃燒效率下降，整體經濟性偏差，面對現實問題，先從低負荷時的燃燒調整開始，然后逐步分析原因予以解決：

4.1低負荷的影響

循環流化床鍋爐不能因為負荷低就無限制的大幅降低風量，因為必須要保證鍋爐各部位正常流化和密封，有些風量不隨負荷降低而降低，而是固定不變的，這些固定風約占滿負荷時總風量的1/6，所以鍋爐低負荷運行時風機單耗大、廠用電率高。通過停爐后的冷態試驗數據結合運行中給煤量和返料灰的因素考慮，流化風量在80MW以下最低降到滿負荷時的70%即145kNm3/h，為維持氧量，二次風量降到最低60kNm3/h，通過對上下二次風的調整，保證二次風壓不低于6kPa，總共需二次風量60kNm3/h，約滿負荷的1/3，所以80MW以下時二次風機余量很大，因此負荷低于100MW時采用的是運行一臺備用一臺的方式。

4.2排煙溫度的影響

由于乙炔吹灰器吹灰效果不好，盡管做過調試但是從吹灰結果看不夠理想，這樣尾部受熱面沾污導致傳熱惡化會使排煙溫度顯著升高，同時灰份高的煤發熱量低，在相同負荷情況下消耗的燃料量增加，造成煙氣量和流速升高，導致排煙溫度及排煙量都會升高，從而降低鍋爐效率。受熱面積灰指鍋爐受熱面積灰、結渣及空預器傳熱元件積灰，鍋爐受熱面積灰將使受熱面傳熱系數降低，鍋爐吸熱量降低，煙氣放熱量減少，空預器入口煙溫升高，從而導致排煙溫度升高；空氣預熱器堵灰則使空氣預熱器傳熱面積減少，也將使煙氣的放熱量減少，使排煙溫度升高。

4.3一、二次風量配比的影響：

一、二次風比例的調整可以有效的改善爐內燃燒工況，循環流化床鍋爐密相區處于一個很特殊的欠氧狀態，雖然區內有大量氧氣存在，然而區內的CO濃度高達2%，表明密相區的燃燒處于欠氧狀態。同時從氣固兩相流的行為來看，循環流化床鍋爐密相區存在著氣泡相和乳化相，其間的傳質阻力對燃燒的影響更為突出，氧氣與不完全燃燒產物CO以及煤顆粒釋放的揮發份得不到充分混合，進行反應，密相區盡管有氧氣的存在，炭顆粒的燃燒仍是欠氧狀態。研究表明，在二次風口上，燃燒室中心區存在一個明顯的低氧區，二次風的主要作用就是提供足夠的動能穿透物料空間達到燃燒室中心，提供炭顆粒燃燒需要的氧氣。二次風分為上下兩層送入，不同的分配比例決定了爐內不同部位的氧量份額。總風量不變的情況下，過大的一次風量盡管保證了物料的揚析力度，加劇內循環，但無法提供二次風口上燃燒所需要的氧氣，炭顆粒不能充分燃盡，降低了鍋爐效率。過大的二次風量雖然保證了燃燒所需要的氧氣，但一次風量的減少將減弱內循環，同時不能充分將熱量帶到稀相區參與換熱導致床溫升高。因此一、二次風、上下二次風比例調整，二次風穿透、擴散效果的調整，可以有效改善爐內風、煤、床料的混合程度，在保證炭顆粒充分燃燒的前提下，將總風量控制在合適范圍內，通過降低煙氣的總焓值降低排煙溫度。

4.4床溫床壓的影響

床壓反映了爐內物料的濃度，直接關系到爐內的燃燒和傳熱工控。床溫是爐內燃燒以及外循環灰調節效果的綜合結果，床溫與床壓、一二次風配比、返料量、總風量等密切相關。通過燃燒調整實驗，優化鍋爐運行參數、確定鍋爐效率較高的工況、改進了鍋爐運行操作，目前該電廠供電煤耗降至386g/kWh，飛灰可燃物達到3.2%、低渣可燃物0.85%的水平。

5結束語

針對循環流化床鍋爐爐內燃燒非常復雜的過程，通過對燃燒的理論研究和大量運行經驗總結，對每一問題、每一環節分析研究、采取措施，主要從設備改造和運行調整兩方面積極探索解決方法，使我們較準確地把握了爐內燃燒工況，較精確地對燃燒進行了調整，既提高了運行水平，又保證了循環流化床鍋爐的安全、穩定、經濟運行。

作者：范琳 單位：福建省特種設備檢驗研究院