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干货丨CFB锅炉燃烧控制策略的实践性探索

北极星电力网新闻中心  来源:循环流化床发电  作者:王鹏辉  2017/9/18 10:14:00  我要投稿  

北极星火力发电网讯:CFB锅炉循环流化床锅炉之简称,以燃料适用性强、燃烧效率高、NOx排放量低、负荷调节范围广等诸多优点,成为电厂电力生产过程中的首选锅炉类型。但在CFB锅炉的运行实践过程中,受人员操作、运行环境、设备性能、运行机理等诸多因素的影响,易产生受热面磨损严重、排渣不畅、飞灰含碳量高、烟气SO2波动大等问题,不仅会影响锅炉燃烧效率,还会增加污染物排放,甚至产生安全事故。因此,以锅炉的安全可靠运行以及污染物的排放达标为基础,根据CFB锅炉的工作原理和运行规律,对锅炉燃烧进行控制,提高锅炉燃烧效率,使锅炉各项参数达到最优化,对于发电厂而言具有重要的社会意义和经济意义。本文结合实际工作经验,针对影响锅炉燃烧效率的主要因素,从温度、风量、返料量等方面提出CFB锅炉的燃烧控制具体方法,可为CFB锅炉运行实践提供重要参考。

1 关键参数控制

温度是影响CFB锅炉燃烧效率的关键参数之一,主要包括料层温度和返料温度两个方面控制。

1.1 料层温度

料层温度直接决定着脱硫效率及石灰石利用率。若燃烧温度较低,石灰石煅烧速度减慢,可供反应的表面积减少,将降低脱硫反应速率,难以实现有效脱硫;若燃烧温度过低,脱硫反应几乎无法进行,导致低温结焦及灭火;若燃烧温度过高,反应速率虽然较高,但脱硫效率反而降低,容易产生流化床体结焦停炉事故。这就意味着控制好脱硫反应温度是提高脱硫效率的基本前提。因此,通过对CFB锅炉运行过程中料层温度的监控和调整,将脱硫反应温度控制在合理范围内,是提高CFB锅炉燃烧效率的有效途径。结合大量CFB锅炉运行实践,综合考虑石灰石品种、粒径、煅烧条件等因素,最佳的脱硫反应温度为850℃~900℃,需以此为参照动态控制料层温度。

例如,若料层温度超过950℃,应通过给煤量和返料量的减少,以及一次风量的增加来降低料层温度;若料层温度低于800℃,在确保非断煤问题的前提下,通过给煤量和返料量的增加,以及一次风量的减少来升高料层温度;若料层温度低于700℃,需做压火处理,在探明温度降低原因及排除相关故障后重新启动即可。

1.2 返料温度

返料温度的理想值是比料层温度高20℃~30℃,不仅可以保证CFB锅炉燃烧的稳定性,还可以对燃烧过程起到调节作用。CFB锅炉运行时,需实时监视返料温度,防止因为返料温度过高而产生结焦问题,尽量将返料温度控制在1000℃内。返料温度的控制方法与料层温度类似,可以通过给煤量及返料风量的调节来实现。例如,返料温度过高,可通过给煤量的减少及返料风量的增加来调节,并对返料器通畅情况进行检查。

上述对料层温度和返料温度的有效控制,是以二者温度值的实时、动态、精准监测为基础的。因此,合理布设和选择温度测量元件尤为关键。一般而言,应在CFB锅炉炉膛燃烧室内的密相区分层布置多支热电偶,并选用耐磨、防堵、易维护、稳定性 好、灵敏性高的检测元件。

2 风量控制

CFB锅炉床温密切关联着脱硫效果及NOx排放浓度,通过床温的合理控制,不仅可以避免结焦问题,还可以提高燃烧效率。床温受诸多因素的影响,主要有燃料量、风量、石灰石量等。若通过燃料量的增减来调节床温,易引起锅炉主蒸汽压力的波动;而若通过石灰石量的增减来调节床温,又会增加污染物排放,同时产生床压波动。这时唯有通过风量控制来实现床温的有效调节。

风量控制主要涉及一次风量控制和二次风量控制两方面的内容,且基于CFB锅炉燃烧效率的提高需求,对风量控制的精准性提出了更高的要求。一般风量控制的原则是在一次风量满足流化的前提下,相应地对二次风量进行调节,因为一次风量大小密切关系着流化的质量。CFB锅炉运行时,一次风量控制一般以不同料层厚度下的临界流化风量曲线为下限,若风量低于此值,流化质量不理想,容易产生结焦问题。二次风量控制主要以烟气中的含氧量为依据,应将含氧量控制在3%~5%。若含氧量过高,则风量过大,会增加锅炉的排烟热损失;若含氧量过小,又会产生不完全燃烧损失。在CFB锅炉运行过程中,如果总风量不够,应适当增加鼓引风量,并对一、二次风量进行调整,合理控制一、二次风量的比例,尽量维持在5∶5或6∶4,避免一次风量低于二次风量,进而保证炉膛内流化的顺利进行,实现锅炉的经济运行和优化燃烧。

目前的风量控制系统就是基于上述原理实现的。如图1所示,总风量指令经过一、二次风量配比后由锅炉床温修正。蒸汽流量函数生成氧量指令,并经氧量调节器修正,分两路输出上、下二次风指令。以远程控制的方式实现对CFB锅炉煤量、风量的调整和控制,进而保证锅炉在各负荷工况下的安全、稳定、高效运行。

另外,若入炉煤中挥发分较大,应通过增大喷口直径、提高风速、提高喷入点位置等方法来提高二次风的穿透力,使烟气得到充分混合,以减少不完全燃烧损失。

3 其他主要因素

在CFB锅炉的运行实践中,入炉煤质量、循环系统需要的返料量以及NOx、SO2排放浓度等都需要合理控制,方可达到CFB锅炉运行的预期目标。

3.1 入炉煤质量控制

入炉煤煤质、粒径及给煤方式等均会对燃烧效率产生影响,甚至是带来操作上的困难,缩短锅炉运行周期。因此,对入炉煤的控制也是提高燃烧效率的重要手段。煤的挥发分是决定其燃尽特性的主要因素,挥发分越高,就越利于快速燃尽。但要注意的是,当挥发分高、灰分低、热崩裂性强时,应适当增大粒径,以避免床压过低、运行不稳定、尾部超温等问题的出现。另外,煤粒粒径过大,会影响煤与空气的充分混合,降低燃烧效率,更严重地影响流化状态,产生结焦而被迫停炉;而煤粒粒径过于粉细,又会增加锅炉热损失,严重时造成返料器结焦,不利于锅炉正常运行。因此,煤粒粒径的过大或过细都会影响锅炉燃烧效率。一般情况下,应将煤粒粒径控制在0~8mm,并且要占据总煤粒的65%以上。同时,粒径分布的不合理会增加密相区的停留数量和时间,导致床温过高,对带负荷产生不利影响。

3.2 返料量控制

CFB锅炉物料循环系统对锅炉燃烧效率起着决定性作用。返料灰实质上是一种热载体,具有较高传热系数,通过返料量的控制可以实现对料层温度和炉膛差压的优化,进而调节锅炉负荷。另外,返料量密切关系着分离器的分离效率,而分离效率的提高又会增大锅炉的负荷调节富裕量,使操作更为顺畅。因此,对返料量的控制可有效提高锅炉运行效率。一般可通过返料风量、返料风压和回料立管压力的调节来控制返料量,其中以风量控制为主。高负荷时,合理控制一、二次风配比;低负荷时,保证一次风满足最小临界流化风量要求。

3.3 NOx、SO2排放浓度控制

CFB锅炉燃烧效率的提高是以节能环保为前提的,《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)对CFB锅炉NOx、SO2的排放标准做出了明确规定。因此,必须将NOx、SO2的排放浓度控制在一定范围,甚至是近零排放标准。除了布设炉外脱硫设施外,还需采取一定的控制手段。

SO2排放浓度的控制,主要通过床温降低、石灰石量增加、氧量提高、床压和炉膛差压蓄高等方式来实现,可参照表1数值进行调整。NOx排放浓度的控制主要依靠脱硝装置来实现,分离器入口烟温应控制在850~1100℃,并适当提高氨水喷射量及氨水浓度。另外,在满足脱硫工况的基础上,氧量降低及还原性气氛增加也是行之有效的办法。

4 结语

CFB锅炉燃烧控制是一个系统性、综合性的过程,受诸多因素的影响,且各要素之间又是相互影响和制约的。因此在CFB锅炉运行实践中,对于燃烧控制方法的选择,必须以CFB锅炉的安全、稳定运行为前提,综合考虑环保、经济、节能等指标,整体提高CFB锅炉燃烧效率。

文献信息

王鹏辉,潘彬彬. CFB锅炉燃烧控制策略的实践性探索[J]. 工业技术创新,2016,03(06):1236-1238.

原标题:CFB锅炉燃烧控制策略的实践性探索

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