循环流化床锅炉燃烧稳定性的运行调整方式建议(一)
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袁红军 孙海天 谭袖
摘 要 文章针对某型号循环流化床锅炉在调试和试生产阶段出现的典型问题，分析了床层温度、流化风量和料层差压等参数对运行稳定性的影响，并对运行中的燃烧调整方式提出了建议。
关键词 床层温度 料层差压 燃烧调整
循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点，大容量机组已被发电等行业所接受。对其燃烧调整技术的深入研究，将为循环流化床锅炉的推广、改进和大型化提供前提和基础。循环流化床锅炉燃烧稳定性主要表现为合理的料层差压、稳定的流化风量、适宜的床层温度以及合理的循环倍率。下面针对某公司自备电厂2号锅炉在调试和试生产阶段中出现的典型问题，对循环流化床锅炉运行过程中，影响燃烧稳定性的主要因素进行分析，同时对锅炉安全、稳定、经济、洁净运行提供燃烧调整的建议。
1 设备概况
某公司自备电厂2号锅炉为220t/h高温高压循环流化床燃煤锅炉，于2005年1月投产。锅炉为“π” 型布置，燃烧室、旋风分离器和返料器构成物料热循环回路。
燃烧室（炉膛）蒸发受热面采用膜式水冷壁结构，底部设有水冷布风板。燃烧室与尾部对流烟道之间布置了两个内径5m的高温汽冷旋风分离器，每个旋风分离器回料腿下布置1个U形非机械型返料器。返料器的返料方式为自平衡式，其返料风采用2台并联高压流化风机单独供给。
锅炉采用前墙四点给煤，在给煤系统中通入一次风分支来的密封风和播煤风，以克服给料点正压并有利于煤向床内播放。锅炉排渣在燃烧室底部，燃烧后较粗的炉渣从布风板上的三根φ273mm的放渣管放出，经3台滚筒式冷渣器排出。锅炉配风采用并联系统，即各个风机均单独布置：锅炉设有一次风机、二次风机、高压风机及引风机，采用平衡通风方式，压力平衡点设在燃烧室出口。
锅炉采用床下动态点火方式。在风室后部布置有两个启动点火燃烧室，每个燃烧室装有一支简单机械雾化油枪，并配有高能点火器和火焰检测器。
表1 主要风机设计参数
设备名称
型号
Q/ m3?h-1
p/ kPa
一次风机
G6-35№
213700
19.91
二次风机
G4-60-14№
174900
10.36
高压风机
SNH822
2190
71.25
引风机
Y4-60-14№
244400
6.2
锅炉设计煤质为霍林河褐煤：收到基碳为31.57%，收到基氢为2.22%，收到基氧为9.07%，收到基氮为0.57%，收到基硫为0.43%，收到基灰分为27.49%，收到基水分为28.65%，干燥无灰基挥发分Vdaf为43.37%，低位发热量Q，ar为11290kJ/kg；变形温度为1150℃，软化温度为1300℃，流动温度为大于1450℃；煤的粒径范围为0～10mm，燃料消耗量51.13t/h。
2 锅炉运行状况
2.1 流化试验
相同出力的循环流化床锅炉的临界流化风量在45000m3/h左右，此时的布风板空床阻力在3000Pa左右。从表盘数据分析，在这个风量下该炉也处于流化状态。此时打开8m平台人孔门观察发现，整个床面只从炉后向炉前流化了大约2/3，而炉前的1/3还处于静止状态。表计的一次元件安装位置恰恰是在侧墙的中间位置。所以，表盘数据已经不能作为监视流化的手段。关闭所有风门挡板，控制人孔门处负压，在人孔门打开的情况下实际观察，发现流化并不是在某一风量下整床出现的，而是随着流化风量的逐渐增大，流化现象沿炉后向炉前逐步推进，在流化风量为70000m3/h时，炉前床面才处于鼓泡状态，而此时炉后部分的流化已经很剧烈。为保证充分流化，取80000m3/h为临界流化风量，查布风板空床阻力曲线，对应的空床阻力只有1000Pa左右。
2.2 床层温度
锅炉点火后，由于流化不均，床层温度表现为前后不均，左右不均，上下不均，最大偏差可达400℃，因此监视床层的平均温度已经没有意义。而炉膛上部稀相区温度也偏差很大。该炉燃用煤种为褐煤，着火点较低，所以只能根据经验通过看火孔点动投煤，观察床面颜色进行判断。在连续投煤以后，选择其中的几个温度点作为运行控制的监视数据。
2.3 料层差压
该炉左右侧墙安装有料层差压表计，但由于位置设计不合理，使得该表计显示数值偏小，而且在完全流化之后也没有料层差压的平滑曲线出现，始终表现为单调上升，因此不能作为运行中料层厚度的监视数据。为了保证锅炉的稳定运行，利用合理的参数，我们补充了2套监视手段：其一，采用双参数控制法，即监视流化风量和风室压力。保证流化风量不低于临界流化风量，保证风室压力不低于根据料层允许差压反推计算后的风室压力；其二，采用理论计算的料层差压数据。料层差压＝风室压力-流化风量对应下的布风板空床阻力-密相区出口压力，该数据经过逻辑计算，在DCS画面上以特殊颜色显示。
3 床层温度与流化风量的调整与分析
循环流化床锅炉的燃烧是在特殊的流体动力特性下进行的。在稀相区的特殊流体动力特性下，固体物料被速度大于单颗粒物料的终端速度的气流所流化，物料以颗粒团的形式上下运动，颗粒团不断地形成、解体又重新形成，产生高度返混，并伴有贴壁下降流，并不象在气力输送系统中立即被气流夹带，其环-核形式的流动结构对炉内的燃烧和传热有重要的影响。而在密相区，高速运动的烟气与流化的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，进行流态化燃烧反应过程。由于燃烧反应控制在动力燃烧区内，燃烧速率主要取决于化学反应速率，也就是决定于温度水平，因此床层温度的高低就是燃烧能否持续稳定进行的关键。同时为了避免床面和返料器内结焦， 根据锅炉设计煤质运行中将床层温度控制在800℃～850℃之间。通过冷态流化试验，确定该炉的临界流化风量为80000m3/h。
循环流化床内沿高度方向划分为密相床层（布风板以上）和稀相空间（炉膛上部），床内的床料绝大部分是惰性的灼热灰渣，其可燃物含量只占很小一部分。密相床层相当于一个“大蓄热池”，煤粒燃烧释放出热量，流化风的加热吸收热量，床层与水冷壁的传热散发热量，从而使床层保持一定的温度水平。
据参考文献[1]，床层与水冷壁的传热量Qa可写成：