基于1 1 00 t／h循环流化床锅炉燃烧优化的分析

第 4 6卷第 1期 2 0 1 5年 1月 锅炉技术 B0I LER TECHNoL0GY Vo L 4 6，NO I J a n ，2 0 1 5 基 于 1 1 0 0 t h循环 流化床锅炉燃烧优化 的分析 程 亮 ，王海飞 ，邓 明勇 ，夏 浩杰 ，常 雪 ( I 邯郸学 院，河北 邯郸 0 5 6 0 0 2 ； 2 邯郸市环境保护局 ，河北 邯 郸 0 5 6 0 0 1 ) 摘要 ： 对一 台 I 1 0 0 t h循环流化床锅炉进行燃烧优化试验 。通 过燃 烧优化试验发 现 ： 锅炉热 效率 明显提 高 ， 稀相 区空截 面烟气 速度显著降低 ， 炉内水冷 壁磨损得到有效减轻 ， 一 、 二次 风机及引 风机总 电流显 著减少 。 通过试验证明 ： 锅炉总风量 ， 一 、 二次风 比率 ， 上 、 下二 次风配 比 ， 床 压等 主要 运行 参数得 到优化 。这 对于循 环 流化床锅炉安全 、 稳定 、 经济 、 长周期运行有着非常重要 的意义 。 关键词 ： 循 环流化床锅炉 ；燃烧优化调整试验 ；热效率 ；磨损 中图分类号 ： TK2 2 9 6 6 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 - 4 7 6 3 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 3 7 0 3 0 前 言 从 2 0世纪 9 O年代开始， 循环流化床 ( 以下简 称“ C F B ” ) 锅 炉技 术 在 我 国经 历 了 由技术 引进 到 自主研 发 的 阶段 。 目前 ， 我 国 3 0 0 MW 等 级 的 C F B锅炉技 术 已经 成熟 ， 具有 自主知识 产权 的 3 0 0 MW C F B 锅 炉 已 经 投 运 近 5 0台 ， 6 0 0 MW 级 超 临 界 C F B锅 炉 发 电工 程 已经 投 产 发 电u 。 从 目前国内 C F B锅炉的运行情况看 ， 普遍存在锅 炉 热效 率 偏 低 、 炉 膛 受 热 面 磨 损 严 重 、 飞 灰 含 碳 量偏高 、 厂用电率偏高等问题 。通过对 C F B锅炉 进 行燃 烧优 化调 整 试 验 ， 可 以较 好 地 解 决 上 述 问 题 ， 本 文 以 1 1 0 0 t h C F B锅 炉 燃 烧 优 化 调 整 为 例 ， 介 绍 了 C F B锅 炉燃烧 优 化调 整 的方法并 对 其 试 验结 果 进行 分析 。 1 1 1 0 0 t h CF B锅炉概述 本 次 进 行燃 烧 优 化 调 整 的 C F B锅 炉是 由东 方锅 炉 ( 集 团 ) 股 份 有 限 公 司 开 发 设 计 生 产 的 D G1 1 o o 1 7 5 一 I I 3型 亚 临 界 中 间 再 热 C F B 锅 炉 。锅 炉主要 由水 冷 包 墙 包覆 的尾 部 竖 井 、 水 冷 式旋风分 离器 和膜式 水冷 壁炉 膛等设 备组 成 。 炉膛 内前 墙 布置有 1 2片屏 式 过热 器 管屏 、 6片屏 式再 热 器管 屏 ， 后 墙 布置 2片 水冷蒸 发 屏 。 锅炉共布置有 8个给煤 口， 全部布置于锅 炉 前 墙 ， 在 前墙 水冷 壁 下 部 收缩 段 沿 宽 度 方 向均 匀 布置。炉膛 底部是 由水冷壁管弯制 围成 的水冷 风室 ， 水冷 风 室两 侧 布 置 有 一 次 热 风 道 ， 进 风 形 式为从 风 室 两 侧 进 风 ， 空 气 预 热 器 一 、 二 次 风 出 口均 在两 侧 ， 一 次 热 风道 布 置 较 为 简单 。炉 膛 下 部左 、 右侧 的一次 风 道 内分 别 布置 有 2台 点火 燃 烧器 ， 炉膛密相区水冷壁前后墙上还分别各设 置 了 4支床 上点 火油 枪 。4个排 渣 口布 置在 炉 膛后 水 冷壁下 部 ， 分别 对应 4台滚筒 式冷渣 器 。 锅 炉主要 设计 参 数如表 1 所 示 。 表 1 锅 炉主 要设 计参 数 项 目 数值 过热蒸汽最大 连续蒸发 量 ( t h ) 过 热 蒸 汽 压 力 MPa 过热 蒸汽出 口温度 再热蒸汽流量 ( t h ) 再 热 蒸 汽 进 口压 力 MP a 再热蒸汽 出口压力MP a 再 热 蒸 汽 进 口温 度 再热蒸汽出 口温度 给水温度 C 排烟温度 锅炉设计效率 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 优化 调整试 验 收 稿 日期 ： 2 0 1 40 41 6 作者简介 ： 程亮( i 9 8 3一 ) ， 男 ， 工学硕士 ， 主要从事火电厂清洁燃烧和循环流化床锅炉性 能优化方 面的研究 。 一 m 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 锅炉技术 第 4 6 卷 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 由流 化 风 与 播 煤 风 组 成 。 流化 风主 要 作 用 是 保 证 床 料 的正 常 流 化 并 提 供 燃 料 挥 发 分 与 一 部 分 焦 炭 燃 烧 所 需 要 的 氧 气 。 播 煤 风主 要 是 保 证 燃 料 顺 利 进 入 炉膛 。二 次 风 则是 提供 大 部 分 焦 炭 燃 烧 所 需 要 的 氧 气 。燃 烧 优 化 调整试 验 的 2 O个 工况 平 均 过量 空 气 系 数 为 1 1 5 ， 燃烧 总风 量最 大 1 1 2 l _ 2 k Nm。 h ， 燃 烧 总 风量 最小 1 0 3 4 2 k Nm。 h 。稀 相 区空截 面 烟气 速度 由调整 前 的 3 9 6 m s 降 低至 调整 后 的 3 6 2 m s 。 图 1 是 排 烟 热 损 失 随 总 风 量 变 化 图。从 图 中可 以看 出排 烟热损 失 随总 风量 的增 加 而增 大 。 较 大 的总风 量会 导致 烟气 总量 增 加 ， 烟 气 带走 的 热量 也会 随之增 加 ， 从 而导 致排 烟损失 q 增 大 。 冰 辎 覆 晕 一 、二次 总风量 ( N m 3 h 。 ) 图 1 排 烟热损失 随总风量变化 图 图 2是 固体 不完 全 燃 烧热 损 失 q 随总 风 量 变 化 图 ， 从 图中可 以看 出 固体 不 完 全燃 烧 热 损 失 与 总风量 关 系 不 大 。锅 炉 燃 用 的煤 挥 发 分 含 量 高 、 爆裂性 好 ， 较 小 的 过 量 空 气 系 数 就 可 以 满 足 其燃 尽需 求 。试 验 期 间 ， 飞灰 含 碳 量 在 1 6 以 下 ， 最低仅 为 0 7 3 。从 图 可 以看 出 ， 较 大 的 总 风量 对燃 料 的充分 燃 烧 影 响不 大 ， 反 而会 导 致 烟 气 速度加 快 使 得 煤 粉 颗粒 在 炉膛 中停 留 时 间 减 少 ， 并且 会增 大炉 内受热 面 的磨损 。 蒜 剞 世 回 一 、二次 总风量 ( Nm h ) 图 2 固体不完全燃烧热损失随总风量变化图 图 3是锅 炉热 效 率 随 总风 量变 化 图 ， 从 图 中 可 以看 出 锅 炉 热 效 率 随 总 风 量 的增 加 而 减 小 。 试 验 期 间 ， C F B锅炉 最 低 热 效 率 为 9 0 6 5 3 ， 对 应 的总 风 量 为 l 1 6 4 2 k Nm。 h ； C F B锅 炉 最 高 热 效 率 为 9 2 8 2 3 ， 对 应 的 总 风 量 为 1 0 6 1 6 k Nm。 h 。以年运行 6 0 0 0 h的 3 0 0 MW C F B锅 炉为例 ， 锅 炉 热 效 率 提 高 1 5 2 0 ， 每 年 就 可节 约标 煤 约 1 1 0 0 t ， 以 标 煤 价 格 6 0 0元 t 计 算 ， 每 年可 节约燃 料成 本 7 7 0余万元 。 褂 器 窿 一 、二次总风量 ( Nm h 一 ) 图 3 锅炉热效率随总风量变化图 2 2 锅炉 受热 面磨 损优化 情况 在 C F B锅 炉 中 ， 水 冷 壁表 面 、 过热 器表 面 、 再 热器 表 面 等 受 热 面 为 主要 的 冲 蚀 磨 损 部 位 。冲 蚀磨 损指 流 体 或 固体 颗 粒 以一 定 的速 度 和 角 度 对受 热 面进 行 冲击 所 造 成 的 磨 损 。 冲蚀 磨 损 存 在撞击磨损和冲刷磨损 2种类型 ， 这 2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 。C F B锅 炉受 热面 的磨损 见式 ( 1 ) ； Ef l f 2 C“ 。 ( 1 ) 式 中 ： E 磨损 量 ， m； - 厂 1 灰粒 特性 系数 ， s m k g ； 受 热面 布置形 式及 冲刷 方式 系数 ； C 一 飞灰 浓度 ， k g m。 ； 一 烟 气速 度 ， m s 。 稀 相 区空 截 面 烟 气 速 度 是 指 流 过 稀 相 区空 截 面 ( 假 想无 物料 ) 时 的平均 气流速 度 。 一 式 中 ： “ 一稀 相 区空截 面烟气 速度 ， m s ； B 计 算煤 耗量 ， k g s ； V 烟气体 积 ， N m。 k g ； a、 b 炉 膛截 面尺 寸 ， m ； 。 炉膛内烟气平均温度 ， 。 图 4 是烟气流速与受热面磨损量关系图。由 图可知 ： 当烟 气 流速 由 4 1 0 m s 变 为 3 9 3 m s ， 受 热面磨 损量 可减 少约 1 5 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 程亮 ， 等 ： 基于 1 1 0 0 t h循环流化床锅炉燃烧优化 的分析 3 9 图 4 烟气流速与受热 面磨 损量关系图 由式 ( 2 ) 可知 ， C F B锅 炉 受 热 面 磨 损 受 烟 气 流速影响最大 ， 而较高的总风量必然导致较高的 烟气流速 ， 从而加剧 C F B锅炉受热面磨损。在锅 炉 燃烧 优化 调 整试验 过 程 中 ， 在保 证 C F B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 C F B锅 炉受 热 面磨损 的 目的 。 2 3主要风机电耗优化情况 图 5是一 次风 机 、 二 次 风 机及 引风 机 电流 变 化 图 。一 、 二次 风机 及 引风机 电流 由调 整试 验前 工况编号 图 5 风机 电流 变化 图 的约 1 3 5 0 A 降低 至 1 2 4 0 A， 降低 1 1 0 A。按年 运行 6 0 0 0 h计 ， 可 以 降低 厂 用 电率 约 0 7 ， 每 年可 多赢 利约 1 9 0万元 。 3 结 语 通过 对 1 1 0 0 t h C F B锅 炉进 行燃 烧 优 化调 整试验 ， 锅炉热效 率提高约 1 5 2 0 ， 每年 可节 约燃 料成 本 7 7 0余 万元 ； 总风 量 的降 低减 轻 了 C F B锅炉 炉膛 内受 热面 的磨损 ， 当烟气 流速 由 4 1 0 m s降低 为 3 9 3 m s时 ， 受热面磨损量可 减少 约 1 5 ； 一 次 风机 、 二 次风 机 和 引 风 机 电 流 降低 1 1 0 A， 可以降低厂用 电率约 0 7 ， 每年可 多赢 利 约 1 9 0万 元 。通 过燃 烧 优 化 调 整试 验 ， 保 证 了 C F B锅 炉安 全 、 稳 定 、 经济 、 长周期 运 行 。 参 考 文献 ： 1 岑可法 ， 池涌洁净 煤技 术 的研究 和进 展 J 动力 工程 ， 1 9 9 7 ( 5) 2 张全 国， 周春杰 ， 魏汴林 ， 等面 向 2 1世纪解决世界能源与环 境问题的主导技术一一 洁净煤 技术的研 究与进展 J 资源 节约和综合 利用 ， 1 9 9 8 ( 2 ) E 3 刘韶林 ， 闫安民 ， 李冠华， 等燃煤联合 循环发 电技 术及其发 展前景E J 洁净煤技术 ， 2 0 0 0 ( 3 ) E 4 3吕俊复 ， 岳光溪循环流化床锅炉运行与检修 M 北京 ： 中 国水利水电 出版社 ， 2 0 0 5 E s l刘静 ， 王勤辉 ， 骆仲泱 ， 等6 0 0 Mw 超 临界循环 流化床锅 炉 的设计研究I- J 北京： 动力工程 ， 2 0 0 3 ( 1 ) E 6 孙献斌 ， 黄 中 大 型循 环流化 床锅 炉技 术与工 程应 用 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 9 T h e Co mb u s t i o n Op t i mi z a t i o n T e s t a n d An a l y s i s o n a 1 1 O 0 t h Ci r c u l a t i n g F l u i di z e d Be d B oi l e r CHENG L i a n g ， W ANG Ha i f e i ， DENG Mi n g y o n g ， XI A Ha o j i e ， CHANG Xu e ( 1 Ha n d a n Co l l e g e ，Ha n d a n 0 5 6 0 0 2，Ch i n a ；2 En v i r o n me n t a l Pr o t e c t i o n B u r e a u o f Ha n d a n Ci t y ， Ha n d a n 0 5 6 0 0 1 ，Ch i n a ) Ab s t r a ct ：The b oi l e r t he r m a l e f f i c i e n c y i nc r e a s e s s i gni f i c a nt l y by t he c o mbus t i on o p t i mi z a t i o n t e s t o n a 1 1 0 0 t h c i r c u l a t i n g f l u i d i z e d b e d( CF B)b o i l e r At t h e s a me t i me ，t h e d i l ut e p ha s e z o ne ga s v e l o c i t y d e c r e a s e s o bv i o us l y a nd t he a b r a s i on o f wa t e r c o ol i n g he a t i ng s ur f a c e r e du c e s s i gni f i c a nt l y The