床温对循环流化床锅炉运行的影响及降低床温技术的研究

摘要床温是循环流化床(CFB)锅炉稳定､经济运行的关键影响因素,从床温对CFB锅炉的运行､SO2与NOx排放指标等影响分析,通过对床温的影响因素的研究,提出了降床温技术措施并予以实施,起到显著降床温效果｡
前言
循环流化床(以下简称“CFB”)锅炉床温反映了炉内吸热与放热之间的关系,是[url]http://循环流化床锅炉[/url]安全､经济运行的关键｡维持正常的床温稳定是保证CFB锅炉主蒸汽参数及负荷稳定的基础和前提,如床温过低,不利于燃料的燃尽,飞灰及底渣含碳量增加,降低锅炉效率,影响锅炉经济性;如床温过高,将显著降低锅炉[url]http://脱硫效率[/url],与合适的床温相比,需大幅度增加Ca/S(极限情况下,锅炉炉内脱硫的钙硫摩尔比由3.0左右增加至10.0以上),且增加炉膛结焦风险,不利于锅炉的安全经济运行｡
影响床温的因素很多,包括负荷､煤质､给煤量､风量､床压等,通过优化床压､优化一､二次风配比等措施进行燃烧调整,可对降低床温起到一定的作用,但非常有限(通常在5℃~10℃)｡因此,寻找行之有效的技术方法有效降低床温对提高锅炉机组安全经济运行具有重要意义｡

1 床温对CFB锅炉运行的影响
1.1 低床温对 CFB 锅炉运行的影响
低床温易导致锅炉汽水参数不达标､底渣飞灰可燃物含量高,从而影响锅炉经济运行｡此外,床温(小于800℃)过低时,为了保证SO2的达标排放,需大幅增加炉内石灰石添加量,增加脱硫成本｡但是,对CFB锅炉而言,较低的床温对控制NOx的生成具有积极影响｡
以国内某725t/hCFB锅炉为例,详细分析低床温对锅炉运行参数的影响｡图1､图2分别给出了床温与蒸汽温度､飞灰及底渣可燃物含量的关系曲线｡

由图1可以看出,床温在900℃左右时,主蒸汽温度与再热蒸汽温度均能达到535℃以上,而随着床温下降,主蒸汽温度与再热蒸汽温度均呈下降趋势,当床温低于800℃时,主蒸汽温度仅能达到525℃左右,而再热蒸汽温度不足510℃｡

由图2可以看出,床温在900℃左右时,底渣可燃物含量与飞灰可燃物含量分别在2%､4%以下,而随着床温下降,底渣可燃物含量与飞灰可燃物含量分别超过4%､10%｡对常规燃烧而言,飞灰与底渣可燃物含量与3个因素有关:温度､氧量､反应时间｡在氧量与反应时间基本维持不变的情况下,因床温降低,导致飞灰与底渣可燃物含量明显上升｡
此外,运行情况表明,随着床温的下降,在Ca/S维持不变的情况下,SO2的排放浓度先下降后上升,而NOx的排放浓度成下降趋势｡SO2排放浓度先下降后上升的原因为:床温较高时,CaO利用率偏低,导致SO2排放浓度较高,随着床温的下降,CaO利用率偏低逐渐上升,从而降低SO2排放浓度,而随着床温的进一步降低,投入炉膛的石灰石不能充分煅烧,大部分石灰石未经反应就排出炉膛,从而导致SO2排放浓度升高｡同时,随着床温的下降,NOx的排放浓度成下降趋势｡需要指出的是,同一床温下,随着炉内喷钙量的增加,NOx的排放浓度呈上升趋势｡普遍认为,多余的CaO起到催化NOx生成的作用,从而导致NOx排放浓度增加｡

1.2 高床温对 CFB 锅炉运行的影响
高床温利于锅炉带负荷､降低底渣及飞灰可燃物含量,对保证锅炉效率具有重要意义｡但如床温过高易带来如下问题:易局部结焦､增加SO2与NOx的达标排放难度｡
以国内某2台1025t/hCFB锅炉为例,详细分析过高的床温对具体运行参数的影响｡图3为床温与SO2及NOx排放浓度关系｡
由图3可以看出,随着床温的升高,SO2与NOx的排放浓度均呈上升趋势｡在床温超过960℃时,虽然炉内Ca/S达到5以上,但SO2的排放浓度仍接近400mg/Nm3｡


2 床温影响因素分析及降床温技术研究
2.1 床温影响因素分析
床温的影响因素较多,主要包括如下几点:负荷､煤质､风量､循环灰量､床压等｡考虑到CFB锅炉的运行特性,在同一负荷下,风量基本变化不大(通常排烟氧量控制在3%以下),而床压对床温的影响较为有限(通常在5℃以内)｡因此,对床温影响较大的参数主要是煤质､循环灰量,而煤质改变对大部分电厂而言难以实现｡因此,合理的循环物料平衡才能建立起合理的热量平衡,使炉膛运行中的换热系数与设计中所取的值相当,将床温控制在合理的范围内｡
2.2 降床温技术研究
某电厂440t/h高温超高压一次中间再热CFB锅炉,因燃煤灰分偏低(18%)左右,导致运行床温偏高,在锅炉接近400t/h蒸发量时,平均床温超过950℃,局部高温点超过1000℃｡上述温度不仅增加了炉内石灰石耗量及SNCR还原剂耗量,且严重影响锅炉机组的安全经济运行｡
(1)改造前床温情况
图4给出了改造前密相区下部与密相区中部床温水平及分布情况｡

(2)降低床温技术措施
考虑到煤中灰分偏低的实际情况,采取了提高分离器效率从而增加循环灰量的技术措施,改造分离器入口水平烟道,将分离器入口烟气速度由约21m/s增加至25m/s｡具体方法为:将现有水平烟道底部增高约150mm,侧部加厚约150mm｡
(3)改造后床温分布情况
图5给出了改造后密相区下部与密相区中部床温水平及分布情况｡


对比图4､图5可以看出,改造后密相区床温显著下降,密相区下部平均床温由962℃下降到942℃,局部最高床温由1004℃降低到962℃,最大床温偏差由121℃降低到47℃｡
由此可见,针对类似煤质及锅炉形式,采用提高分离器入口风速的方式可显著降低锅炉床温,对提高机组安全稳定性影响明显｡
3 结语
(1)床温是CFB锅炉的关键控制参数,如床温不合适,不仅不利于锅炉机组的经济运行,也易造成烟气不能达标排放｡
(2)煤质､风量､床压等参数将对床温产生影响,但影响幅度相对有限｡
(3)煤质与稀相区灰浓度(循环灰量)对床温的影响较大,可以通过优化分离器入口烟气速度的方式,提高循环灰量,显著降低锅炉床温｡
[郭涛 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，李强 北京市低质燃料高效清洁利用工程技术研究中心，,吕海生 阳泉煤业(集团)有限责任公司]
原标题:床温对循环流化床锅炉运行的影响及降低床温技术的研究

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