摘要：循环流化床锅炉是一种高效、低污染的节能产品，自问世以来，在国内外得到了迅速的推广与应用，在改善环境、充分利用一次能源资源、促进电力工业可持续发展、提升电力工业和机械制造业技术水平等方面，具有重要的意义。科学分析影响循环流化床锅炉效率的主要因素，减少和避免非正常停炉，并在实际运行过程中不断寻求锅炉的最佳运行方式，提高机组的整体运行效率，以达到节能减耗的目的，可提高企业的经济效益和社会效益。本文主要分析了降低电厂循环流化床锅炉电耗的措施及效果。
关键词：电厂循环流化床；锅炉电耗；措施；效果；
我国是世界上煤炭用量最多的国家,使用节能环保的燃烧技术对节能减排具有战略意义。企业如何在循环流化床锅炉运行中提高效率、做好节能工作,是关系到国家能源合理利用和进一步推进循环流化床技术向前发展的问题。
一、循环流化床锅炉的特点
1.燃料适应性好，燃烧效率高。由于大量灰粒子的稳定循环，新加入循环流化床锅炉的燃料 (煤) 只占床料的很小份额，而循环流化床的特殊流体动力特性，使其中的质量和热量交换非常充分，为新加入燃料的预热、着火创造了十分有利的条件，未燃尽的煤粒子通过多次循环既可增加其炉内停留时间又可多次参与床层中剧烈的质量和热量交换，十分有利于其燃尽，燃烧效率可达 95%~99%。
循环流化床锅炉这种独特的燃烧方式使之能适应最难以燃烧的燃料，比如高硫劣质煤、煤矸石、洗中煤、垃圾等，可以充分利用一次能源资源。
2.锅炉负荷变化范围大，调节性好。循环流化床锅炉中床料绝大部分是高温循环灰，蓄热多，易于保持燃烧稳定和蒸汽参数，为新加入燃料的迅速着火和燃烧提供了稳定的热源，因而循环流化床锅炉的负荷可以很低。一般情况下，负荷变化范围为 100%~25%。负荷变化时，只需调节给煤量和流化速度就可以满足负荷的变化。可以长时间的压火热备用，不投油最低稳燃负荷可以达到锅炉额定负荷的30%。
二、实例分析
某机组循环流化床锅炉，锅炉为裤衩腿形式的单炉膛、双布风板结构。锅炉配有引风机、一次风机、二次风机各2台，高压流化风机5台，四分仓回转式空预器1台。一次风机主要提供锅炉裤衩两侧炉内物料的流化风、密相区燃烧所需空气，二次风机主要提供炉膛内煤燃烧所需要的空气，高压流化风机主要提供锅炉回料阀、外置式换热器的流化风，引风机则是将经过尾部烟道换热和电除尘净化过的烟气抽出，通过烟囱排向大气。循环流化床锅炉有着煤粉炉无可比拟的优越性，但其风机压头高、电耗大，导致其厂用电率比煤粉炉高。当前火电企业的经营状态日趋严峻，为了竞价上网、降低发电成本、提高经济效益，降低厂用电率就势在必行。该公司锅炉风机电耗占厂用电量的50％以上，因此，挖掘高压辅机的节电潜力，减少锅炉风机电耗，是降低循环流化床锅炉厂用电率的关键。找出导致循环流化床锅炉风机电耗高的原因，并针对具体原因采取相应措施，就能较好地达到降低风机电耗的目的。
1.循环流化床锅炉电耗高的原因。循环流化床锅炉有着特殊的燃烧方式，在炉膛底部布置了高阻力布风板装置和飞灰再循环燃烧系统，使整个烟风系统的阻力远大于煤粉锅炉的阻力。运行中需要较高的压头将炉内的床料流化并维持，导致一次风机的电耗高。另外，炉内循环物料量大、浓度高，旋风分离器的存在也增加了烟气的流动阻力，这又导致引风机的高电耗。一是一次风机电耗高的原因。该循环流化床锅炉料层的厚度过高，在满负荷时，布风板上床压可达12kPa，导致一次风机出El风压过高(19～21 kPa)，风机电流增大，还加重了对水冷壁的磨损，并导致锅炉左右两侧床压不平衡。同时一次风机在满负荷时，入口调节挡板开度较小，仅为13％～17％，造成节流损失较大。二是二次风机电耗高的原因。二次风的风量过大，省煤器出口烟气的含氧量较高，导致二次风机电流较大。同时，循环流化床锅炉二次风机设计为全速运行，送风量的调节采用改变风机进口挡板开度来实现。在低负荷时，二次风机进口调节挡板开度很小，造成节流损失很大。三是高压流化风机电耗高的原因。外置床流化风量过大，致使高压流化风机出口风压较高，电流较大。同时该机组已将风水联合冷渣器(采用流化风作为流化冷却介质)改为滚筒冷渣器(水冷式)，减少了流化风用量，但5台高压流化风机仍然保持设计时的运行方式，4台运行1台备用，导致流化风量裕度大，造成流化风机电耗高。四是引风机电耗高的原因。当负荷变化时，引风机静叶调节幅度较大，低负荷时，引风机静叶开度很小，仅为25％，节流损失很大，造成引风机系统的运行效率严重偏低，引风机电耗偏高。
2.降低电耗的措施及节能效果。找出引起循环流化床锅炉风机电耗高的原因后，针对具体情况，采取了相应的节能降耗措施。
（1）降低一次风机电耗的措施。降低床压运行循环流化床锅炉保持合适的床压，对锅炉运行稳定以及燃烧控制有非常重要的意义。床压过高时，一方面将导致风机出口风压过高，电流增大，另一方面导致流化效果不好，引起锅炉裤衩褪左右两侧床压不平衡。通过提高排渣频次，对床料进行选择和流态化重组，将主床中颗粒较粗、循环传热差的无效床料排出，以降低下部床压。当机组负荷达额定值时，下部床压维持在7～8kPa，低负荷(150 MW)时，下部床压维持在10 kPa。一次风母管与水冷风室差压控制在6～7kPa。在热一次风门调节特性好、床压稳定的情况下，尽量降低差压至6kPa运行，从而降低一次风机电流。二是对一次风机进行变频改造。变频改造前，一次风机处于工频运行方式。此时，一次风与水冷风室差压由一次风机人口调节挡板控制，左右侧床压偏差和热一次风量由左右侧热一次风调节挡板控制。由于满负荷时，一次风机人口挡板、热一次风挡板的开度较小，因此一次风调节的节流损失大。若风机采用变频控制后，可消除挡板的节流损失，降低风机电耗。一次风机加装变频器后，运行方式为：一次风与水冷风室差压由一次风机变频器控制，左右侧床压偏差和热一次风量由左右侧热一次风调节门控制。此时，全开一次风机入口调节挡板，变频器调节一次风机转速，从而达到控制一次风压的目的，与工频控制方式相比，可以消除一次风机人口调节挡板的节流损失。在降低床压运行以及加装变频器后，一次风机电流由230A降至150A，则单台一次风机每小时可节电655kW•h。同时，在降低床压运行后，不但能保证炉内的传热效果以及减少对受热面的磨损，而且锅炉左右两侧的床压稳定，极大提高了锅炉运行的安全性。
（2）降二次风机电耗的措施。一是采用低氧燃烧方式。二次风机提供炉膛所需的燃烧空气量，以补充一次风对燃烧的不足部分。二次风量主要根据烟气含氧量进行调整。烟气含氧量过低，将导致炉内燃烧不完全，增加化学不完全燃烧损失和机械不完全燃烧损失；烟气含氧量过高，不但导致床温下降、传热效果差，还增加了二次风机电耗和排烟损失。针对该锅炉的设计煤种燃尽率高、耗氧量相对较低的特点，同时循环流化床锅炉的物料可以通过热循环回路，不断往复地循环燃烧，煤粒的燃尽率高，所以可采用低氧燃烧方式。通过长期对锅炉燃烧所需氧量的观察以及掌握的运行经验进行分析，将烟气含氧量设置在1.5％～3％，就能保证锅炉燃烧和传热效果。这样，采用低氧燃烧方式后，在保证锅炉效率的同时，就减少了二次风机电耗。二是优化二次风机运行方式。二次风压由二次风机人口调节挡板控制，二次风量由4个二次分风调节挡板控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在低负荷时，二次风机调节挡板开度很小，仅为40％左右，造成的节流损失很大。经过试验，当机组负荷低于200 MW，且调度安排2 h内不会加负荷时，可停运1台二次风机备用，此时仍可满足锅炉燃烧所需氧量。这样就减少了二次风机电耗。
（3）降低高压流化风机电耗的措施。一是改变高压流化风机运行方式。该循环流化床锅炉共配有5台高压流化风机，其运行方式为：4台运行1台备用。高压流化风机主要为外置床、回料器、风水联合冷渣器提供流化风，但现已将风水联合冷渣器改为滚筒冷渣器，可减少流化风用量。经过试验，将5台高压流化风机由正常运行时保持4台运行，改为3台运行，就可提供所需的流化风量。所以将高压流化风机运行方式改为保持3台运行，1台设置为联备，另1台设置为一般备用。二是优化外置床流化风量。该循环流化床锅炉共配有4台外置床，l号、4号外置床内布置有低温过热器和高温再热器，其作用主要是调节再热汽温。2号、3号外置床内布置有中温过热器1和中温过热器2，其作用主要是调节床温。外置床内流化风量过大，将加剧受热面的磨损，同时还降低了外置床内的温度，削弱了换热效果。1号、4号外置床在能保证再热汽温的前提下，可适当减小流化风量。2号、3号外置床在能保证床温的前提下，可适当减小流化风量，从而降低流化风机的电耗。经过多次试验，最终确定：当外置床空室流化风量为1500～2000 Nm3／h时，就能保证床温、汽温以及外循环的正常，同时，减小了风机的电耗量。
（4）降低引风机电耗的措施。一是对引风机进行变频改造。该锅炉引风机在低负荷运行时裕度较大，引风机静叶开度较小，产生了节流损失，增加了引风机电耗。为节能降耗，对引风机进行了变频改造。引风引风机改装高压变频器后，由工频运行方式切为变频运行方式。在相同负荷下，静叶开度增大了。特别是在低负荷时(如160 MW)，静叶开度由工频运行时的25％提高到了变频运行时的40％，引风机电流由150 A下降至60 A，这就减小了节流损失，提高了效率。同时，在系统中保留了工频运行的功能，可在变频装置发生故障时或运行需要进行切换，提高了设备的可靠性。因加装了变频器，在改为变频运行后，引风机的电流大幅减小，单台引风机每小时可节电776 kW•h。
3.采取措施后存在的问题及解决办法。一是存在的问题。在低负荷时，停运1台二次风机后，仅有1台二次风机在运行，若该台二次风机跳闸，则触发MFT动作，甚至导致锅炉跳闸，扩大了事故。在引风机加装高压变频器后，将引风机由工频运行改为变频运行，因引风机转速的改变，使引风机的转子振动频率落人了共振区，出现共振现象，造成引风机的振动增大。二是解决办法。当单台二次风机运行时，必须加强监视和巡检，及时发现设备缺陷并消除。同时做好单台二次风机跳闸事故的预案。为引风机的叶片加装拉筋，改变其振动特性，防止引风机的叶片因共振而损坏。另外，可通过试验，找出了引风机的共振区。当引风机在变频运行时，只要变频输出保持在合适的范围内，就能避免落人共振区，确保了引风机的安全运行，同时又达到了节能降耗的目的。
三、节能措施管理
1.减少非正常停炉。循环流化床锅炉，减少和避免非正常停炉是节能的关键。每一次事故停炉后重新启动都会带来煤、油和厂用电的损耗。初步估计每次重新启炉会带来超过10万元的直接损失，少发电的损失则因停炉时间长短而有所不同。在启动时不能一味求快，要根据风道燃烧器的升温速率小心控制，在达到投煤条件时，及时投煤。同样，在平时运行中减少和避免非正常停炉运行是很重要的。发现事故苗头后要及时处理，防止事故的扩大。只要在运行中做好日常维护工作，注意对异常现象的提前预控，强调着眼细节，就能够大幅减少非正常停炉。
2.加强对运行各值的考核。一是风量控制。由于流化床锅炉的特殊构造，对于风量的准确性要求较高，在每次检修时对风量测量元件都应进行标定。目前较为准确的标定方式是采用热质式流量计进行多点标定。主要对一次风量、二次风量及入炉总风量进行标定。在对风量测量一次元件进行标定后，将标定结果用于修正热工测量系统，用以保证控制系统自动调节的正确性。二是碎煤机的调整。碎煤机是燃料进入燃烧中最关键的一环，对保证煤粒的颗粒度和煤粒分配均匀性非常重要。碎煤机效果不好，输出的煤粒超过设计值太多，将影响床层的流化效果和冷渣器的排渣工作。燃料中细粉较多，可燃物可能引入返料器，在返料器中燃烧，造成结焦；或者引入尾部烟道，造成排烟温度高，更有可能发生尾部烟道燃烧事故。因此，务必使碎煤机达到最佳运行状态，做到勤观察多调整，尽可能减少煤粒的大小和形状对于燃烧的影响。三是补水率的控制。良好的热力系统其补水率应控制在 3%之内。疏水阀门没有内漏，锅炉的正常连续排污率小于 1%。在进行补水率测试时，首先提高系统补水流量，让凝结器在高水位运行，然后关闭补水门；同时合理调节系统疏水，通过观察凝结器水位下降的幅度计算系统的补水率是否在 3%以下。如果远远大于此值就要检查系统是否有内漏。补水率每变化 1 个百分点，发电煤耗将增加 0.22%。
3.优化运行。温度每降低 10℃，相当于煤耗增加0.03%。对于 10 MPa~25 MPa、540℃的蒸汽，主蒸汽温度每降低 10℃，将使循环热效率下降 0.5‰，汽轮机出口的蒸汽湿度增加 0.7‰，不仅影响了热力系统的循环效率，而且加大了对汽轮机末级叶片的侵蚀，影响汽轮机的安全经济运行。解决的方法是提高热控自动投入率，防止减温水调节阀门内漏。三是排烟温度是锅炉运行中可控的一个综合性指标，其主要决定于锅炉燃烧及各段受热面的换热状况，保持各段受热面的清洁和换热效果是防止排烟温度异常、保证锅炉经济运行的根本措施。排烟温度升高5℃锅炉效率降低0.2％左右，煤耗升高0.6g/kW•h。具体的措施是：保证入孔门和保温层的严密性，减少漏风；合理控制氧量，流化床的标准是3.5%；定期进行吹灰。四是灰渣含碳量表示从尾部烟道排出的飞灰或者是从冷渣器中排出的干渣中含有的未燃尽碳的量占飞灰量或者是渣量的百分比，主要与燃煤特性、煤粒大小、炉膛温度、物料循环程度等有关。在运行过程中，煤粒的大小是影响灰渣含碳量的主要因素。针对所燃用的煤种，要合理调节分离器的分离效率，尽可能保证循环燃烧，提高燃尽程度。运行中的具体措施是：合理一、二次风配比，在保证流化前提下，尽量减少一次风增加二次风；在流化良好、排渣正常的情况下，可适当提高炉床差压；加强煤炭破碎设备的维护；提高旋风分离器的分离效率；适当提高床温，控制在900℃左右。
循环流化床燃烧技术是一种高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程，它有着污染物排放少，锅炉负荷适应性好、燃料适应性广、燃烧效率高以及环境污染少等优点。我国作为一个二氧化硫排放大国，提高锅炉运行效率，减少燃煤消耗势在必行，循环流化床锅炉因它结构所决定的节能和环保上的优势，应该得到广泛的应用。通过不断的摸索和经验总结，合理调整了运行方式。通过设备改造，达到了降低锅炉风机电耗的目的，最终降低了厂用电率，降低了运行成本，提高了企业的经济效益和竞争力。
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论文作者:庞向东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
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