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。wWW.11665.COM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№22.5f
213700
19.91
二次风机
g4-60-14№18.5f
174900
10.36
高压风机
snh822
2190
71.25
引风机
y4-60-14№24.5f
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qnet，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：
其中：
qa—床层与水冷壁的传热量,[w]；
a—流化床中的裸露蒸发表面积，[m2]；
hc—对流项换热系数，[w/m2?k]；
hr—辐射项换热系数，[w/m2?k]；
tb—床层温度，[k]；
ts—管壁温度，[k]； 181 182 184 185
ρb—燃烧区的床层密度，[kg/m3]；
从公式[1]可见，在稳定工况下燃烧区的床层密度是改变床层对壁面传热系数的直接因素，为维持床层温度和管壁温度稳定在一定范围内，2号锅炉额定负荷的流化风量在90000 m3/h～130000 m3/h之间，设计煤种的低位发热量为11290kj/kg、燃料消耗量51.13t/h，流化风加热吸收的热量约占锅炉输入热量的16%，因此在锅炉燃料量和锅炉蒸发量基本平衡的前提下，调整流化风量可以有效地控制床层温度。
4 料层差压的调整与分析
2号循环流化床锅炉的料层差压选择了布风板上方静压和密相区上边界静压之差作为料层差压的运行监视值，但其运行代表性并不理想。因此，在调试过程中采用前述的2套料层差压监视手段，控制范围定为8.0±2kpa，试运中燃烧稳定性良好、排渣时机准确。
布风板阻力曲线是在冷态、空床状态下，调整流化风量测试并拟合取得的，图1为2号炉布风板空床阻力曲线。
从床层差压的运行测点安装看，这一参数体现一段定高度区域的差压变化，表征的是物料静止状态下的堆积厚度，运行中代表的是该段区域空隙率或床料的密度变化，因此床层差压过低，则床料密度下降，运行表现为床层温度不易控制，锅炉出力不足，煤质好的时候容易超温造成床面结焦，煤质差的时候床温下降，影响燃烧稳定性，有可能无法点燃新进入的燃料导致锅炉灭火。床层差压升高，则床料密度上升，虽然提高了对流传热能力，但是使一次风机出力无谓增加，造成浪费，而且可调范围过窄，运行表现为风机压头提升。流化风量控制困难。从风机的运行曲线可知，系统阻力的上升会导致风机风量的下降，所以料层差压过高将造成一次风机不能在合理的稳定区间工作，风量急剧下降，流化风量丧失，不但床温无法控制，而且床面不能流化，只能被迫停炉。
因此，提出最佳料层厚度的概念。这个厚度有两层含意：一是点炉时的最佳料层厚度，二是正常运行时的最佳料层厚度。点炉时的最佳料层厚度是指在正常操作下，达到冲转条件所用的时间最短而且最大限度的节油所用的厚度。在调试期间，点炉时的料层厚度在500mm～800mm之间，所用时间在7h-10h之间。料层太薄或太厚都会延长启动时间。根据调试期间点炉的情况来看，点炉时的最佳料层厚度在750mm左右。正常运行时的最佳料层厚度已经超过流化试验中的最大厚度，因此真实的料层厚度需要根据运行数据进行估算。这个厚度所对应的料层差压是可以确定的。推荐的料层差压在8000pa左右，运行很稳定，给加煤、减煤、放渣都留有较大的余地。对应的料层厚度在1000mm左右。
该型循环流化床锅炉料层差压的运行控制主要依靠排渣，由于返料器是自平衡方式，因此在其正常运行状态下对料层差压影响不大。但是，当出现返料不畅，返料器内部出现浇注料局部脱落，造成类似煤斗“棚煤”的现象时，就可能在返料量急剧增加时导致料层差压的大幅度提升，严重影响燃烧稳定性，如果排渣不及时，如前所述将造成锅炉被迫停炉，此种情况在试生产阶段层出现过。因此，在运行中应注意返料器温度的变化趋势，如果出现40min.内的70℃～80℃的大幅下降，即应判定为返料停滞，首选措施为启动备用回料风机，保持两台回料风机同时运行，一般在1h内返料器床温会逐渐回升并趋于平稳。在两台回料风机同时运行20min.返料器温度仍无回升迹象，则应进行返料器风室放灰，若效果仍不明显就必须做好停炉准备。
5 结论
综上所述，床层温度、流化风量和料层差压等参数是决定循环流化床锅炉燃烧稳定性的主要因素，它们之间又互相影响、互相制约：
（1）床层温度控制在800℃～850℃之间可以保证煤的可靠点燃与燃尽，避免结焦；其主要运行控制手段是流化风量。
（2）料层差压控制在6.0～10.0kpa之间可以保证适宜的床层温度和可靠的一次风机运行工况。
（3）返料器的风室积灰和返料不畅会直接威胁料层差压的运行控制，在运行中应注意捕捉现象，及时采取措施。
参考文献：
[1] 〔加〕p．巴苏 s．a．弗雷泽 循环流化床锅炉的设计与运行.北京：科学出版社，1994.1
[2] 岑可法，倪明江 循环流化床锅炉理论设计与运行 北京：中国电力出版社，1998.5
[3] 党黎军 循环流化床锅炉的启动调试与安全运行 北京：中国电力出版社，2002.8
