生物质锅炉新闻动态
富通新能源 > 动态 > 生物质锅炉新闻动态 > > 详细
480t/h循环流化床锅炉燃烧优化调整试验及分析
发布时间：2013-10-21 09:44 来源：未知
从20世纪90年代开始，我国的循环流化床锅炉技术经历了由技术引进到自主研发的转变。目前，我国135 MW等级的循环流化床锅炉技术已经十分成熟，具有自主知识产权的300 MW等级的循环流化床锅炉在我国已经投运近40台，600 MW等级的循环流化床锅炉发电工程已经进入实际实施阶段…。从目前国内循环流化床锅炉的运行情况看，普遍存在锅炉飞灰含碳量偏高、锅炉热效率偏低、炉膛受热面磨损严重、厂用电率偏高等问题。通过对循环流化床进行燃烧优化调整试验，可以较好地解决以上问题，本文以国内某480 t/h循环流化床锅炉（配135 MW汽轮发电机）燃烧优化调整为例，介绍了循环流化床锅炉燃烧优化调整的方法及分析结果。
1、480t/h CFB锅炉概述
某电厂6#CFB锅炉是无锡华光锅炉股份有限公司开发设计生产的UG-480/13.7-M型超高压中间再热循环流化床锅炉。锅炉采用单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、绝热式旋风分离器、水冷式冷渣器等结构，后烟井内布置对流受热面，过热器采用两级喷水调节蒸汽温度，再热器采用喷水为主、事故喷水为辅的方式调节蒸汽温度。
锅炉主要由炉膛、高温绝热式旋风分离器、自平衡“U”型返料阀以及后烟井对流受热面组成。燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段循环系统。采用水冷布风板、内嵌逆流柱形风帽。燃烧室内布置有3片屏式水冷壁来增加蒸发受热面，燃烧室上部还布置有8片屏式过热器、6片屏式再热器以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射系统的辐射传热特性。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
锅炉采用二次配风，一次风由流化风和播煤风两部分组成，流化风从炉膛底部经布风板、风帽进入炉膛，播煤风位置在布风板上部给煤口处；二次风分两层从燃烧室进入炉膛，下二次风在布风板上部2 250 mm处，前后墙各有6个风口，上二次风布置在布风板上部4 850 mm处，前后墙各有6个风口，二次风均从密相区送入。锅炉共设有四个给煤口，采用前墙给煤，布置在布风板上部1650 mm处。4个石灰石给料口在下二次风风口进入，均匀地布置在炉前。炉膛底部设有后水冷壁管弯制成一次风室。本锅炉采用4只床上启动燃烧器和4只床下启动燃烧器，床上4支启动燃烧器布置在布风板上3m处（左右侧墙各2支）。
该锅炉燃煤主要是来自陕北神木的煤和煤矸石，按一定比例混和。锅炉主要设计规范如表1所示。
2、循环流化床锅炉燃烧优化调整结果及分析
2.1燃烧总风量调整试验
锅炉燃烧总风量定义为一次风量与二次风量之和。一次风主要是由通过布风板的流化风和播煤风两部分组成。流化风的主要作用是保证床料的正常流化并提供燃料挥发分和一部分焦炭燃烧所需要的氧气。播煤风主要是保证燃料可以正常的进入炉膛。二次风则是提供了大部分焦炭燃烧所需要的氧气。所有燃烧优化调整工况的平均过量空气系数为1.24。燃烧总风量最大的为384 385 Nm3/h，此时过量空气系数为1.28；燃烧总风量最小的为348 45 Nm3/h，此时过量空气系数为1.19。稀相区空截面烟气速度由调整前的5.4 m/s降低至调整后的5.0 m/s。
图l是飞灰含碳量随燃烧总风量变化图，从图中可以看出，飞灰含碳量是随着燃烧总风量的减少而逐渐降低的。分析认为，产生这种现象可能的原因是：6#炉采用的燃料属于易燃烬类型，使用较小的过量空气系数就可以满足其燃尽需要。较大的燃烧总风量对燃料的燃烬特性影响不大反而会导致较高的烟气速度，使得颗粒在炉膛中停留时间减少，同时较高的烟气速度使得进入到分离器的较细颗粒直接被携带至尾部烟道内，分离器的分离效率降低，飞灰中含碳量增大，机械不完全燃烧热损失q4增大，锅炉热效率降低。图2是排烟损失q2随燃烧总风量变化图，从图中可以看出，排烟损失q2是随着燃烧总风量的减少而逐渐降低的。较大的燃烧总风量会导致实际干烟气体积增加，干烟气带走的热量也会随之增加，从而导致排烟损失q2增大。图3是锅炉热效率随燃烧总风量变化图，从图中可以看出，锅炉热效率是随着燃烧总风量的减少而升高的。一、二次风机及引风机总电流由燃烧优化调整试验前的685 A降至调整后的650 A，厂用电有所降低。
2.2 一次风量调整试验
通过对锅炉一次风量调整试验，一次风量由调整前的。200000 Nm3/h降低至调整后的180 000。190 000 Nm3/h。降低一次风量可以延长焦炭颗粒在密相区的停留时间，提高了焦炭颗粒的燃烬程度，飞灰含碳量降低，机械不完全燃烧损失降低，锅炉热效率升高。降低一次风量对床层的冷却作用相对降低，床温升高也会提高焦炭颗粒的燃尽程度，使飞灰含碳量有所降低。降低一次风量可以减少干烟气体积，减少干烟气带走的热量，排烟损失有所降低。同时，较低的一次风量也可以减轻密相区的磨损，对锅炉安全稳定运行有益。
图4是飞灰含碳量随流化风量变化图，从图中可以看出，飞灰含碳量是随着一次风量的减少而逐渐降低的。图5是排烟损失q2随一次风量变化图，从图中可以看出，排烟损失q2是随着一次风量的减少而逐渐降低的。图6是锅炉热效率随一次风量变化图，从图中可以看出，锅炉热效率是随着一次风量的减少而升高的。
2.3二次风量调整试验
通过对锅炉运行情况的观察和分析，锅炉习惯运行状态下，二次风量偏大，导致炉膛中上部烟气流速过高，顶棚水冷壁磨损严重。锅炉二次风量由调整前的约189 000 Nm3/h降低至调整后的165 000—175 000 Nm3/h。
图7是飞灰含碳量随二次风量变化图，从图中可以看出，飞灰含碳量是随着二次风量的减少而逐渐降低的。底渣含碳量随着二次风量的减少并没有明显的变化。图8是排烟损失q2随二次风量变化图，从图中可以看出，排烟损失q2是随着二次风量的减少而逐渐降低的。图9是锅炉热效率随二次风量变化图，从图中可以看出，锅炉热效率是随着二次风量的减少而升高的。
2.4给煤量、氧量调整试验
在进行炉燃烧优化调整前，给煤机给煤量并不均匀，1#和2#给煤机给煤量比3#和4#给煤机给煤量平均要偏大8—10t/h，这造成燃料在炉内左、右侧燃烧不均匀，床温、分离器出口温度、循环灰温度等参数左、右侧的偏差较大。而此时设置在高温过热器和低温过热器之间的氧化锆氧量分析仪测量到的左、右侧排烟氧量却基本持平。分析认为产生这种情况的原因可能为：一是给煤机给煤量称重系统存在偏差；二是左、右侧氧化锆氧量分析仪测量氧量存在偏差。
试验过程中，氧量是采用德国M&C公司生产的PMA-10型顺磁氧表来测量的，测量位置是在空气预热器的入口处。为了更加准确地得到排烟氧量的情况，试验人员将原有左、右侧氧化锆氧量分析仪从尾部烟道取出，将PMA-10型氧表放入到测孔中测量氧量。试验结果表明，左侧氧化锆氧量分析仪零点漂移了-1.3%，右侧氧化锆氧量分析仪零点漂移了-2.0%。试验人员协助厂里热工技术人员对左、右侧氧化锆氧量分析仪零点重新进行了设置。
图10是飞灰含碳量随排烟氧量变化图，从图中可以看出，飞灰含碳量是随着排烟氧量的减少而逐渐降低的。图1 1是锅炉热效率随排烟氧量变化图，从图中可以看出，锅炉热效率是随着排烟氧量的减少而升高的。
2.5炉膛密相区温度调整试验
通过适当提高锅炉密相区的燃烧温度可以增加焦炭颗粒的反应温度，从而提高焦炭颗粒的燃烬程度，达到提高锅炉的热效率的目的。锅炉平均床温由调整前的约935℃升高到调整后的约943℃。
图12是飞灰含碳量随平均床温变化图，从图中可以看出，飞灰含碳量是随着平均床温的增加而逐渐降低的。图13是锅炉热效率随平均床温变化图，从图中可以看出，锅炉热效率是随着平均床温的增加而升高的。
2.6二次风配比调整试验
锅炉二次风配比调整试验主要是通过改变上、下二次风风门挡板的开度来调节上、下二次风风量，从而可以调节焦炭颗粒在不同区域的浓度和燃烧份额，并优化炉内的燃烧情况，提高锅炉的热效率。由表十一可以看出，当下二次风门调节至—70%，上二次风们调节至100c/o时，锅炉热效率达到93.95%，是所有工况中最高的。
2.7料层差压的调整
循环流化床锅炉料层差压的大小直接影响流化的状态和燃烧的温度场的变化。料层太厚，流化风量大，耗电率高，但容易出现流化不均，局部地方温度高易结焦。床层太薄，容易穿床，同时密相区燃烧不好，容易出现在返料器继续燃烧结焦，同时飞灰含碳量也增加。燃烧不同的煤种应保持不同的料层差压，差一点的煤料层适当厚一点，好一点的煤料层适当薄一点。不同负荷料层差压亦可以不同。最佳情况下，在运行中返料器内不再燃烧，分离器出口烟温比炉膛出口烟温低，这时床层厚度就比较合适，飞灰可燃物最小、效率最高。
2.8入炉煤质的调整
入炉煤的灰份直接影响循环流化床的运行，特别是对床温的影响。煤质灰份大，循环灰量大，床温容易控制，一次流化风量减少；煤质灰份小，循环灰量小，床温较高，很难控制，一次风量大。通过对6#锅炉调试，在燃烧21 840 J/kg的煤时风量要比燃烧17220 J/kg的煤的一次流化风量要大20 000—30 000 Nm3/h，致使烟气混合物流速增加，停炉检查后，磨损明显增加，运行时间很短，不能长周期安全运行。同时，上部燃烧份额增加，进入分离器的烟气温度增加，温度增加使进入分离器的烟气刚性下降，致使分离器效率下降，通过电除尘后，灰量明显增加，使循环灰减少，更进一步影响运行。
2.9入炉煤的细度调整
循环流化床入炉煤的细度等级对流化状态和运行的稳定性影响很大。在6#锅炉试验中，刚开始燃烧的是21 840 J/kg以上的煤，煤质较好，挥发份高，煤的硬度小，煤粉力度保持在0—10 mm的范围，但会明显出现循环灰量不足、床温高，上部燃烧份额增加，灰渣比倒挂，分离器不能捕捉细灰，使飞灰中含碳量增加。这样的煤种通过适当放大了颗粒度到0~13 mm，明显就改善了工况。随着市场煤价大幅度的提升，开始燃烧15 960—1 7220J/kg的工程煤。由于工程煤的矸石含量大，入炉煤不变的情况下随着运行时间的推移，床层下面沉积大颗粒逐渐增加，就会出现流化不均匀的现象，床温不均，致使流化风量增加，风机耗电率增加。
2.10布风板阻力的调整
该电厂6#锅炉布风板均匀开孔逆流柱式风2130个，在运行中明显出现流化不均匀的现象，床温测点测出的温度相差50—100℃，致使某些局部区域温度很高。为了控制床温，一次流化风量要增加很多，导致磨损严重不能保证长周期稳定运行。停炉检修时，通过对布风板上风帽重新布置，外三至五圈布置开孔大的∮15风帽，其余布置比外层开孔小的∮13风帽，结果运行起来流化明显均匀，床温测点之间相差10—20℃，流化风量降低34 600Nm3/h，风机电耗明显降低，磨损明显降低，达到长周期运行182 d。
3、锅炉磨损情况及分析
CFB锅炉燃烧总风量除了对锅炉热效率有影响外，对炉内磨损也有很大的影响。
在工程上，由于机械作用、间或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断发生损耗、转移或产生残余变形的现象称为磨损。按照磨损机理不同，可把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和微动磨损等。在循环流化床锅炉中，受热面、金属部件和耐火材料的磨损主要表现为冲蚀磨损。冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。冲蚀磨损存在两种基本类型：一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损，这两种磨损造成冲蚀表面流失过程的微观形貌是不完全相同的。对于冲刷磨损，颗粒与固体表面的冲击角较小，甚至接近平行；颗粒垂直于固体表面的分速度使它嵌入被冲击物体，而颗粒与固体表面相切的分速度使它沿物体表面滑动，两个分速度合成的效果起一种刨削作用，固体表面的磨损速率随时间延长变化不大。对于撞击磨损，颗粒相对于固体表面的冲击角较大，或接近于垂直，以一定的运动速度撞击固体表面使其产生塑性变形或显微裂纹，长期、大量颗粒的反复撞击使得固体表面破坏，随时间迁移，磨损速率有增长的趋势，甚至变形层脱落，最终导致磨损量突升。
一般地，循环流化床锅炉受热面的磨损以如下关系式表达：
由式(1)可见，循环流化床锅炉受热面磨损受烟气速度的影响很大，由于入炉煤的煤质相差不大，较高的燃烧总风量必然导致较高的烟气速度，从而会加剧锅炉受热面的磨损。在锅炉燃烧优化调整试验过程中，在保证锅炉安全运行的前提下，应尽量降低锅炉的燃烧总风量，从而达到减轻锅炉受热面磨损的目的。如果只以烟气速度作为磨损量的影响因素，以稀相区空截面烟气速度调整前的5.4 m/s，调整后的5.0 m/s为例，调整后磨损量可以减少约25%。经过本次试验，锅炉启动运行后，至D级检修计划停炉，连续稳定运行时间创造了182 d的最高纪录，停炉检查受热面磨损轻微，各部运行正常，没有出现磨损超标管段，达到了很好的效果。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
4、结论
通过对某电厂6#CFB锅炉燃烧优化调整试验，降低燃烧总风量减轻了炉膛内受热面的磨损，保证了锅炉长周期安全稳定运行。一、二次风机及引风机总电流由燃烧优化调整试验前的685 A降至调整后的650 A，厂用电有所降低。飞灰可燃物由燃烧优化调整试验前的4.4%降至调整后的3.0%左右，调整后飞灰可燃物最低值为2.4%，锅炉热效率提高约1.0%。锅炉受热面磨损明显减轻，连续稳定运行时间创造了该电厂6#炉最长运行记录。
