大型循環(huán)流化床鍋爐降床溫技術(shù)研究

邵 毅，劉 元，郭 濤

(1.寧夏寧魯煤電有限責(zé)任公司靈州電廠，銀川 750411；2.中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京 100098；3.北京市低質(zhì)燃料高效清潔利用工程技術(shù)研究中心，北京 102209)

大型循環(huán)流化床鍋爐降床溫技術(shù)研究

邵 毅1，劉 元2，3，郭 濤2，3

(1.寧夏寧魯煤電有限責(zé)任公司靈州電廠，銀川 750411；2.中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京 100098；3.北京市低質(zhì)燃料高效清潔利用工程技術(shù)研究中心，北京 102209)

床溫是循環(huán)流化床(CFB) 鍋爐穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵影響因素，文中從床溫對(duì)CFB鍋爐的運(yùn)行、SO2與NOX排放指標(biāo)等影響分析，通過(guò)對(duì)床溫的影響因素的研究，提出了降床溫技術(shù)措施并予以實(shí)施，渠道顯著降低床溫的效果。

床溫；CFB；運(yùn)行；降低；技術(shù)

0 引 言

CFB鍋爐床溫反映了爐內(nèi)吸熱與放熱之間的關(guān)系，是CFB鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵[1-2]。維持正常的床溫穩(wěn)定是保證主蒸汽參數(shù)及負(fù)荷穩(wěn)定的基礎(chǔ)和前提，如床溫過(guò)低，不利于燃料的燃盡，飛灰及底渣含碳量增加，降低鍋爐效率，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性；如床溫過(guò)高，將大幅降低鍋爐脫硫效率，與合適的床溫相比，需大幅增加鈣硫摩爾比，且增加爐膛結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)，不利于鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3-6]。

1 床溫對(duì)CFB鍋爐運(yùn)行的影響

1.1 低床溫對(duì)CFB鍋爐運(yùn)行的影響

低床溫易導(dǎo)致鍋爐汽水參數(shù)不達(dá)標(biāo)、底渣飛灰可燃物含量高，從而影響鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此外，床溫(小于800 ℃)過(guò)低時(shí)，為了保證SO2的達(dá)標(biāo)排放，需大幅增加爐內(nèi)石灰石添加量，增加脫硫成本。對(duì)CFB鍋爐而言，較低的床溫對(duì)控制NOX的生成具有積極影響[7]。

圖1、圖2分別給出了725 t/h CFB鍋爐床溫與汽溫、飛灰及底渣可燃物含量的關(guān)系曲線。

由圖1可以看出，床溫在900 ℃左右時(shí)，主汽溫度與再熱汽溫均能達(dá)到535 ℃以上，而隨著床溫下降，主汽溫度與再熱汽溫均呈下降趨勢(shì)，當(dāng)床溫低于800 ℃時(shí)，主汽溫度僅能達(dá)到525 ℃左右，而再熱汽溫不足510 ℃。

圖1 床溫與汽溫關(guān)系

圖2 床溫與飛灰及底渣可燃物含量關(guān)系

由圖2可以看出，床溫在900 ℃左右時(shí)，底渣可燃物含量與飛灰可燃物含量分別在2%、4%以下，而隨著床溫下降，底渣可燃物含量與飛灰可燃物含量分別超過(guò)4%、10%以下。對(duì)常規(guī)燃燒而言，飛灰與底渣可燃物含量與以下三因素有關(guān)：溫度、氧量、反應(yīng)時(shí)間。在氧量與反應(yīng)時(shí)間基本維持不變的情況下，當(dāng)床溫降低時(shí)，將導(dǎo)致飛灰與底渣可燃物含量明顯上升。

此外，運(yùn)行情況表明，隨著床溫的下降，在CA/S維持不變的情況下，SO2的排放濃度先下降后上升，而NOx的排放濃度成下降趨勢(shì)。SO2排放濃度先下降后上升的原因?yàn)椋捍矞剌^高時(shí)，CaO利用率偏低，導(dǎo)致SO2排放濃度較高，隨著床溫的下降，CaO利用率偏低逐漸上升，從而降低SO2排放濃度，而隨著床溫的進(jìn)一步降低，投入爐膛的石灰石不能充分煅燒，大部分石灰石未經(jīng)反應(yīng)就排出爐膛，從而導(dǎo)致SO2排放濃度升高。同時(shí)，隨著床溫的下降，NOx的排放濃度成下降趨勢(shì)。需要指出的是，同一床溫下，隨著爐內(nèi)噴鈣量的增加，NOx的排放濃度成上升趨勢(shì)。普遍認(rèn)為，多余的CaO起到催化NOx生成的作用，從而導(dǎo)致NOx排放濃度增加。

1.2 高床溫對(duì)CFB鍋爐運(yùn)行的影響

高床溫利于鍋爐帶負(fù)荷、降低底渣及飛灰可燃物含量，對(duì)保證鍋爐效率具有重要意義。但如床溫過(guò)高易帶來(lái)如下問(wèn)題：易局部結(jié)焦、增加SO2與NOx的排放濃度。

要解決目前面臨的科研與實(shí)際生產(chǎn)存在差距的問(wèn)題，首先需要強(qiáng)化研究人員對(duì)于市場(chǎng)和生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)分析，讓其更好的了解農(nóng)戶在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中面臨的困難和需求，從而更好的調(diào)整科研的方向，將更多的重心放在可用性更強(qiáng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)上。通過(guò)這樣的方式，可以更好的提升科研成果的轉(zhuǎn)化率，提高科研與生產(chǎn)之間的結(jié)合度，讓農(nóng)戶可以更好的應(yīng)用先進(jìn)的科研成果進(jìn)行生產(chǎn)。

以國(guó)內(nèi)某440 t/h CFB鍋爐為例，詳細(xì)分析過(guò)高的床溫對(duì)具體運(yùn)行參數(shù)的影響。圖3為床溫與SO2及NOx排放濃度關(guān)系。

由圖3可以看出，隨著床溫的升高，SO2與NOx的排放濃度均呈上升趨勢(shì)。在床溫超過(guò)960 ℃ 時(shí)，雖然爐內(nèi)Ca/S達(dá)到5以上，但SO2的排放濃度仍超過(guò)300 mg/Nm3。

圖3 440 t/h鍋爐床溫與SO2及NOx排放濃度關(guān)系

2 床溫影響因素分析及降床溫技術(shù)研究

2.1 床溫影響因素分析

床溫的影響因素較多，主要包括如下幾點(diǎn)：負(fù)荷、煤質(zhì)、風(fēng)量、循環(huán)灰量、床壓等?？紤]到CFB鍋爐的運(yùn)行特性，在同一負(fù)荷下，風(fēng)量基本變化不大(通常排煙氧量控制在3%以下)，而床壓對(duì)床溫的影響較為有限(通常在10 ℃以內(nèi))。因此，對(duì)床溫影響較大的參數(shù)主要是煤質(zhì)、循環(huán)灰量，而煤質(zhì)改變對(duì)大部分電廠而言難以實(shí)現(xiàn)。因此，合理的循環(huán)物料平衡才能建立起合理的熱量平衡，使?fàn)t膛運(yùn)行中的換熱系數(shù)與設(shè)計(jì)中所取的值相當(dāng)，將床溫控制在合理的范圍內(nèi)[8]。

2.2 降床溫調(diào)整技術(shù)研究

由各因素對(duì)床溫的影響分析，床溫的調(diào)整可從如下方面入手：①改變?nèi)济夯曳?；②調(diào)整稀相區(qū)灰濃度；③調(diào)整床壓；④調(diào)整總風(fēng)量。

對(duì)440 t/h高溫超高壓一次中間再熱CFB鍋爐，調(diào)整結(jié)果如下：將床壓由6 kPa增加到8 kPa時(shí)，床溫約下降6 ℃，進(jìn)一步增加床壓，床溫下降幅度有限；將運(yùn)行氧量由3.0%增加到5.0%時(shí)，床溫下降接近20 ℃，較為明顯。雖然運(yùn)行氧量增加后，床溫下降顯著，但因加劇爐內(nèi)受熱面磨損，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間按此方式運(yùn)行。因此，增加稀相區(qū)灰濃度成為降低床溫較為可行的技術(shù)手段。

2.3 降床溫改造技術(shù)研究

(1)改造前床溫情況

圖4給出了改造前密相區(qū)下部與密相區(qū)中部床溫水平及分布情況。

圖4 改造前爐膛密相區(qū)床溫水平及分布情況

(2)降低床溫技術(shù)措施

考慮到煤中灰分偏低的實(shí)際情況，在燃煤灰分與粒度調(diào)整幅度受限的情況下，最佳措施為提高分離器分離效率以提高稀相區(qū)差壓。通過(guò)技術(shù)改造將分離器入口煙氣速度由約21 m/s增加至25 m/s。具體方法為：將現(xiàn)有水平煙道底部增高約150 mm，側(cè)部加厚約150 mm。

(3)改造后床溫分布情況

圖5給出了改造后密相區(qū)下部與密相區(qū)中部床溫水平及分布情況。

圖5 改造后爐膛密相區(qū)床溫水平及分布情況

對(duì)比圖4、圖5可以看出，改造后密相區(qū)床溫顯著下降，密相區(qū)下部平均床溫由962 ℃下降到942 ℃，局部最高床溫由1 004 ℃降低到962 ℃，最大床溫偏差為121 ℃降低到47 ℃。

由此可見(jiàn)，針對(duì)類似煤質(zhì)及鍋爐形式，采用提高分離器入口風(fēng)速的方式可顯著降低鍋爐床溫，對(duì)提高機(jī)組安全穩(wěn)定性具有重要意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

床溫是CFB鍋爐的關(guān)鍵控制參數(shù)，如床溫不合適，不經(jīng)不利于鍋爐機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也易造成煙氣不能達(dá)標(biāo)排放；

煤質(zhì)、風(fēng)量、循環(huán)灰量、床壓等參數(shù)將對(duì)床溫產(chǎn)生影響，但影響幅度相對(duì)有限；

煤質(zhì)與稀相區(qū)灰濃度(循環(huán)灰量)對(duì)床溫的影響較大，可以通過(guò)優(yōu)化分離器入口煙氣速度的方式，提高循環(huán)灰量，可以達(dá)到達(dá)到顯著降低鍋爐床溫的目的。

[1] 孫獻(xiàn)斌.大容量CFB鍋爐熱循環(huán)回路特征參數(shù)研究[J]. 熱力發(fā)電,2009(7): 18-22.

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Technology of Reducing Bed Temperature on Lage Scale CFB Boiler

SHAO Yi1, LIU Yuan1,2, GUO Tao2,3

(1.Ningxia Ning Lu Coal Limited Liability Company Lingzhou Power Plant, Yinchuan 750411, China;2.Huaneng Clean Energy Research Institute, Beijing 102209, China; 3.Beijing Engineering Research Center for Efficient and Clean Use of Low-Quality Fuel, Beijing 102209, China)

Bed temperature was the key influence factors of stability, economic operation for circulating fluidized bed (CFB) boiler. The influence of bed temperature to the CFB boiler operation, emissions of SO2 and NOx were analyzed in this paper. Based on the influence factors of the bed temperature, bed temperature drop technology was put forward to implement and remarkably reduced of bed temperature.

Bed temperature; CFB; Operation; Drop; Technology

2014-11-15

2014-12-10

邵 毅(1964-)，男，山東陽(yáng)谷人，工程師，主要從事發(fā)電廠技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.01.008

TK227

A

1009-3230(2015)01-0029-04