大型循环流化床锅炉风量控制与燃烧优化调整_secret.doc

大型循环流化床锅炉风量控制与燃烧优化调整高 洪 培 （西安热工研究院，西安 710032）【摘 要】 总风量控制、一二次风比例、燃煤粒度以及返料风的控制是循环流化床锅炉燃烧优化控制的重要参数。本文就大型循环流化床锅炉临界流化风量的测试及重要影响因素进行了讨论，同时从CFB锅炉燃烧运行优化调整方面进行技术探讨。【关键词】 循环流化床锅炉 临界流化风量 燃烧优化调整1. 引言循环流化床（CFB）锅炉具有良好环保性能、燃料适应性能、负荷调节性能和燃烧效率高等优越性，是一项新型燃煤技术，目前已被电力行业所接受并向大型化电站锅炉方向快速发展。2003年，国内一批135MW等级的循环流化床锅炉投入了商业运行，今年还会有一批同等级循环流化床锅炉投运，同时，引进技术首台300MWCFB锅炉白马发电厂工程已开工，另外约20台300MWCFB机组将在近期开工。国内相关科研单位在开发研制方面也加大了力度。西安热工研究院致力于国产大型CFB锅炉研究开发，先后设计开发国内自主知识产权50MW、100MW、200MW CFB锅炉，其中首台国内自主知识产权100MWCFB锅炉于2003年6月投入商业运行且取得了较好的运行业绩，研制开发的200MWCFB锅炉已完成性能设计，2004年开工建设，安装在江西分宜发电厂。从这些CFB投产以来运行情况看，炉本体设计与运行情况良好，基本可以达到预期的设计要求。除了普遍存在的给煤系统故障率高、冷渣系统工作不正常外，锅炉飞灰含碳量相对较高、点火油耗多等问题也成为目前大型CFB锅炉运行方面有待研究的问题。临界流化风量实际为流化床锅炉安全运行的最低一次流化风量，是循环流化床锅炉设计、运行的重要参数。本文根据大型CFB锅炉临界流化风量的测试，提出了临界流化风量的测试方法，同时针对炉料的的颗粒分布、料层厚度等对临界流化风量参数的影响进行了讨论。同时探讨风量控制、一二次风比例以及返料风的控制对燃烧优化的作用。2. 临界流化风量测试及影响因素尽管运行风量会大于临界流化风量，CFB锅炉点火启动燃油量与临界流化风量的运行掌握有很大关系。通常将床层从固定状态转变到流化状态（或称沸腾状态）时按布风板面积计算的空气流速称为临界流化速度，即所谓的最小流化速度，相对应的风量即临界流化风量。锅炉正常运行速度必须大于临界流化速度，亦即运行一次风量必须大于临界流化风量，才能保证锅炉不结焦。临界流化速度的计算一般采用以下经验公式： （1）式中： 为颗粒定性尺寸（颗粒的筛分平均粒经），为气体运动粘度，分别为颗粒和气体的密度。从上式可以看出，临界流化速度除与颗粒的粒度和密度有关外，还与流体的物性有关，因此运行床温的变化将直接影响临界流化速度，而冷态状态下确定出临界流化速度是计算和运行的根本。换言之，对于特定的锅炉底料和冷态下空气的物理特性而言，颗粒的粒度筛分是确定临界流化风量的重要因素。2.1 空床布风板阻力试验确定临界流化风量首先要测定空床布风板阻力。在不同一次风量时，测量布风板空床(布风板上未装床料)阻力，图1为冷态试验时布风板的阻力以及估算在热风温度为180(设计风温)时布风板阻力。经回归得到风温20时空床阻力公式： （2）风温20时的风量（，20）； t时空床阻力（）；图1 布风板阻力曲线2.2 临界流化风量的确定及影响因素循环流化床锅炉点火底料（床层）的状态随着穿过布风板的一次风量增加，从固定床状态过渡到流态化状态。在固定床通过的风量很小时，床层压降与风量呈正比增加，并且当风量达到一定的值时，床层压降达到最大值，如果再继续增加风量，床层会突然“解锁”，进一步增加风量，床层压降仍维持不变，即床层压降维持恒定，利用床层这一特性，确定出从固定床状态过渡到流态化状态的这一转折点所对应的风量即临界流化风量。而床层的压降等于风室压力减去布风板的阻力，不同一次风量对应的布风板阻力通过式（2）计算得出3。 临界流化风量测试所用的床料筛分结果如表1所示，测试结果如图2所示。表1 临界流化风量试验的床料粒度筛分粒径(m m)10108855110.5大颗粒201027.837.394.26小颗粒00.16.9160.132.82 图2 临界流化风量粒度关系 图3 临界流化风量与料层厚度关系5显然，底料粒经对临界流化风量有决定性影响，而料层厚度的影响不大。大型CFB锅炉在每次冷态点火启动时的底料粒经与运行一段时间后的情况会有较大出入，因此，从节约燃油的角度考虑，应该对临界流化风量进行认真测试。3. 燃烧优化调整大型CFB锅炉运行燃烧优化调整，主要从以下几个方面入手： 燃煤粒径分布 风量（氧量）控制 一、二次风比例 运行料层（风室压力） 二次风穿透能力 提高分离器分离效率 炉内灰浓度水平（返料量控制）等等。3.1燃煤粒径调整CFB锅炉对入炉煤的粒径要求视煤种而异，大体按下式计算入炉煤中1mm的份额。Vdaf+D1=（8590）%Vdaf-入炉煤可燃基挥发份,%；D1 -入炉煤中1mm的份额，%；即低挥发份的煤粒径应小，高挥发份煤粒径应粗些，因为高挥发份煤在炉内燃烧时更容易爆裂和破碎成细颗粒,且相对更容易燃尽。因此应根据煤种不同对煤的粒径分布提出不同的要求。燃用贫煤、无烟煤更能体现CFB锅炉的优势。根据国电热工研究院（TPRI）的研究结果，推荐贫煤、无烟煤入炉煤粒径分布特性见图4。图4 推荐贫煤、无烟煤入炉粒度 图5 循环流化床锅炉中的贫氧核心区对于现有设备条件，燃煤粒径分布调整受到限制，但应尽可能调整接近设计粒度分布。避免细组分过多造成炉膛上部温度偏高，或者颗粒偏粗造成运行风量过大，磨损严重，排烟温度高等后果。3.2运行风量与一、二次风比例调整风量及一二次风比例的调整可以有效地改善炉内风、煤、灰的混合程度，提供最佳的燃料、供风混合方式。TPRI通过测试某100MWCFB锅炉炉内氧量场分布发现：炉膛二次风上部有一个如图5所示的贫氧核心区，显然这是由于二次风的穿透扩散效果不佳而使氧气不能到达炉膛中部的结果，这对于核心区细颗粒的燃烧产生了负面影响。分析认为，目前100MW及135MWCFB锅炉存在的飞灰可燃物含量高，部分原因应该是由于二次风穿透能力不足引起的。燃烧调整优化运行参数，二次风的调整是一个重要手段。3.3 返料风的控制大型CFB锅炉较多采用旋风分离器。目前分离器直径在6.59m之间。影响分离效率的主要因素包括切向进口风速、烟气温度和粘度、灰粒径、进口颗粒浓度以及分离器自身的结构尺寸等等。上述因素在理论方面已有较多研究2。实炉运行中，返料风量的控制对于炉内灰浓度和灰平衡的建立具有相当重要的意义。返料风量过小将引起炉内灰浓度偏低，返料不畅，造成燃烧效率降低；返料风量过大将造成返料风沿立管反窜至分离器下部，从而破坏分离器内气固两相流复杂的径向速度分布，破坏符合高效分离效率的流场。TPRI在某100MWCFB锅炉上对返料风的调整取得了燃烧优化的良好效果。4. 结论结合实炉运行测试经验，指明了大型CFB锅炉运行燃烧优化调整重点方向。以期对大型CFB锅炉运行优化提出指导。参考文献1. P.巴苏，循环流化床锅炉的设计与运行，科学技术出版社，1994年。2. 蒋敏华，等，大型循环流化床锅炉技术，国家电力公司热工研究院，1998年6月。3. 蒋敏华，等，NERC在循环流化床燃烧技术领域的研究与开发 热力发电 1999年2月。4. 岑可法等，循环流化床锅炉理论设计与运行，中国电力出版社，1998年。5. 高洪培，山西振兴集团240t/h循环流化床锅炉调试报告，国家电力公司热工研究院技术报告，2000年。Technical Methods to Optimize Large Scale CFB Boilers Combustion Gao Hongpei, Wang Pengli, Sun Xianbin, Xu Zhengquan, Jiang Minhua（Thermal Power Research Institute， Xian Shaanxi ）【Abstract】 This paper presents such technical parameters as combustion air flow, distributed ratio of primary air to secondary air and loopseal fluidization air flow, which are key factors to optimize a CFB boiler operation. Based on the measurement of the minimum fluidization air flow, the pap