关键词：循环流化床；床锅炉燃烧；效率调整
1 引言
全球变暖是地球面临的最大挑战，循环流化床锅以其传热率高、效率高、燃烧温度低、污染物排放量小等特点，在许多化工和能源行业中作新的能源解决方案被广泛应用。流态化是将固体燃料颗粒转化为类似燃烧状态的流体的过程，它具有高传热率、紧凑的锅炉设计、燃料的灵活性、低品位燃料的燃烧以及硫氧化物和氮氧化物等减排的优点。
2 循环流化床锅炉工作原理
CFB锅炉燃烧系统中，煤仓中输送出来的燃煤首先被加工成一定粒度的煤粉粒，一部分通过给料机送到流化床的密相区进行燃烧，另一部分则进入稀相区继续燃烧。燃烧所需要的一次风从炉膛底部通过布风板送入，二次风从炉膛的侧墙部送入。炉膛四周会布置水冷壁，用于吸收燃料燃烧释放的热量。循环灰分离器将大量高温固体燃料从烟气中分离出来，通过返料装置连续稳定的送到炉膛内继续燃烧，使燃料和脱硫剂多次充分的发生化学反应，实现较高的燃烧效率和脱硫效率。燃料燃烧时产生的大量高温烟气依次经过热器、再热器、省煤器和空气预热器，最后通过尾部烟道进入除尘器进行除尘，由引风机通过烟囱排向大气中。
3 影响其稳定性效率因素问题
3.1 锅炉的受热面部分受到磨损
一方面，由于流化床模式的锅炉在燃料燃烧的过程中，有许多的固体颗粒在锅炉内进行运动，这种固体颗粒的剧烈摩擦运动，对于锅炉内部的金属会造成一定的损伤。随着颗粒运动速度的加快，捷摩擦的程度也就越来越大，不断的摩擦会导致金属部件表层受损，使金属表面造成划伤，使金属产生明显的磨损的痕迹。另一方面，由于在锅炉的燃烧过程中会发生氧化的作用，而这种氧化作用会对金属表面形成一层厚厚的氧化膜，虽然氧化膜的厚度非常的高，但是这种氧化膜表现出来的特性是非常脆的，因此在剧烈的颗粒运动的摩擦作用之下，会造成氧化膜出现小面积的脱落，而一旦氧化膜产生磨损，就会继续产生新的氧化膜进行覆盖，周而复始的这种过程会造成受热面的磨损程度增加。
3.2 冷却装置的磨损
在锅炉燃烧的过程中，由于锅炉内部的高温和燃烧所产生的火焰会散发出大量的热量，因此在锅炉的设计中需要设计出水冷壁管的部分，此部分可以有效地吸收高温烟气所产生的大量辐射，对于锅炉具有冷却和保护炉其内墙壁的作用。但是在锅炉实际投入使用的环境中，由于颗粒的摩擦对于管道会造成磨损，这种反复的磨损和摩擦会导致管道壁变得越来越薄，从而使得管道壁受到损坏。另一个原因则是在进行锅炉实际运行的过程中，对于管子来说，有一面是朝着高温到锅炉房，而另一面是背着锅炉中火相的方向，在锅炉燃烧的过程中，由于管道向着火点的正面，会导致管道的腐蚀情况非常的严重，背面几乎不发生腐蚀。由于水质的质量无法控制，水的质量不达标的管道的内部产生大量的水垢，有可能会出现水管爆裂的情况。
3.3 回料阀产生堵塞
在进行循环式的锅炉工作的过程中，回料阀门是非常重要的部件，其主要的功能是为了保障锅炉可以稳定且安全的进行工作，在工作中保持返回的各种物料充足，保持锅炉内部的气温和气压稳定。一旦回流阀出现故障或者停止工作，就会导致在锅炉中的循环物料产生不足，并且导致锅炉内的温度和压强极剧下降，这就极大影响了锅炉的正常运行，甚至会造成安全隐患。
4 循环流化床锅炉调整策略分析
4.1 向超临界、大型化方向转变
目前，循环流化床锅炉正逐步向大容量、高运行参数方向发展。随着锅炉尺寸和容量的增大，锅炉的总体运行参数不断提高，蒸汽参数由亚临界逐渐提高到超临界。在循环流化床锅炉中，热通量随炉高的增加而减小，最大热通量出现在炉底，即水冷壁中水温最低的部位，有利于控制水冷壁的金属温度。另一方面，锅炉内燃烧温度低于一般灰熔点，密集的固体颗粒有利于水冷壁的吸热。因此，循环流化床锅炉适用于流化燃烧技术和超临界蒸汽参数的组合。由于流化床燃烧方式和给煤颗粒尺寸范围广，循环流化床锅炉的热惯性较大，能量转换过程比较复杂。超临界机组采用直流炉，而不是传统的汽包炉，对给水控制提出了更高的要求。超临界锅炉不采用自然循环，而是采用水冷壁的一次循环。水冷壁系统包括集管、入口管、管板、出口管、弯管和其他用于吸收炉侧热通量的元件。饱和蒸汽从蒸汽分离器顶部排出，通过再热系统重新进入炉膛，然后将超临界参数的蒸汽送入涡轮，超临界循环流化床锅炉燃烧效率更高，同时容量相较之前显著提高。
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4.2 给煤量控制系统
CFB锅炉给煤量控制系统与常规煤粉炉差别不大，给煤量控制的设定值由两部分组成，其一是锅炉指令经函数发生器后产生燃料信号，其二是由经氧量校正的总风量信号经过函数发生器后产生当前风量条件下的最大给煤量，然后将这两个信号通过小值选择器，得到给煤量的设定值。这样设定的目的就是减负荷时先减煤后减风，而升负荷时先加风后加煤，保证在任何工况下锅炉的富氧燃烧。因此PID调节器中的两个输入变量就是给煤量实测信号与设定值信号，输出相应的指令去控制给煤机转速，以此来增减给煤量。
CFB锅炉燃烧过程直接与给煤量大小有关，常规的给煤量控制系统不能保证机组在升降负荷时有较好的动态性能，因此必须对原有的控制方案进行优化。加入一些前馈信号如煤质校正信号、主汽压校正信号、负荷对应基准煤量信号以及燃料信号。煤质校正（又称热值校正或者BTU校正）前馈信号，由于CFB锅炉燃烧的是掺有许多杂质的劣质煤，这样就导致煤的发热量不一样，相同热量情况下所需要煤的重量是不一样的，可以直接消除煤质对系统的影响，保证锅炉高效的运行。
4.3 提升防磨损技术
在循环流化床锅炉运行过程中，在循环流化床锅炉内部的密相区，高浓度物料颗粒向下流动造成了水冷壁的磨损，特别是在某些存在凸起的部分会有严重磨损[3]。密相区的烟浓度较大，所以磨损量也相对较大。通过在密相区水冷壁周围加设耐磨可塑料梁，降低物料团的下降速度，可以减少锅炉的磨损问题。在建设耐磨可塑料防磨梁的过程中，首先需要制作钢丝网和防磨梁浇筑木模槽，然后进行施工养护。这种防磨措施具有安装简单、成本较低的优点，因此在防磨工艺实施时被广泛选用。由于燃料的高速运动和燃烧造成的高温摩擦对锅炉本体造成了极其严重和不可逆转的永久性损伤。这一缺陷大大缩短了锅炉设备的使用寿命，增加了生产成本。因此，探索降低材料磨损的技术，开发更多的耐磨炉料是今后循环流化床锅炉技术的新发展方向。
超高速电弧防磨涂层喷涂技术就是将高温电弧作为热源，把已经熔化了的金属丝通过高速气流进行雾化，然后喷到水冷壁表面形成一个保护层。金属丝需要具备良好的延展性能，通常其主要成分包括Ni、Cr、Ti等微量元素，将它喷涂到水冷壁表面后可以使涂层的热膨胀系数达到与锅炉管壁相同，从而避免造成涂层的开裂脱落等问题。这种防磨技术具有喷涂速度快、涂层性能稳定等优点，比较适用于对大面积磨损的机械部件进行施工，可以极大程度上减少工期。但同时它也存在着许多不足之处，由于防磨施工的环境相对恶劣，在这过程中进行喷涂，喷涂质量难以保证，很容易出现质量问题。
4.4 调整料层差压
循环流化床锅炉差压会对燃烧温度和流化状态造成极大影响。料层厚度较高时，会增加流化风量，还会提升电能消耗量。此时就会产生不均匀流化现象，导致局部高温结焦。当床层厚度不足时，则会影响密相区域燃烧效率，导致其反料器产生结焦问题，还会增加飞灰含碳量。不同煤种燃烧时必须确保料层差压的不同，负荷料层差压也会不同。在最佳工况下，循环流化床锅炉运行期间反料器不再燃烧，此时分离器出口温度低于炉膛出口温度，此时床层厚度适宜，飞灰含碳量比较低，可以提升循环流化床锅炉燃烧效率。
4.5 床温控制系统
床温控制系统是CFB锅炉特有的控制系统。床温直接影响着炉膛内脱硫效率和脱硝效率，经过多次试验验证得到它的最佳温度范围是850~950℃，在此温度条件下可以保证燃料充分的燃烧。床温通过给煤量大小和一次风量大小来调节。床温是随负荷动态变化的：负荷较低时，燃烧不充分，效率大幅降低。负荷较高时，床温的数值很可能超过炉膛所能承受的最高温度，对CFB锅炉设备造成损坏。另外也必须考虑床温与其它参数之间存在的耦合问题，尤其是与主汽压力之间存在着较大的耦合关系。
5 结语
综上所述，近几十年来循环流化床作为一种高效低污染的清洁燃烧技术，得到了迅速发展和广泛应用。循环流化床锅炉由于具有燃烧效率高、污染排放低、燃料适应性广等优点，在我国得到了广泛的应用。但随循环流化床锅炉大量投入生产使用，循环流化床锅炉在大规模商业化过程中仍存在着长期不能满负荷运行、燃烧效率低、分离器效率低、飞灰含碳量高、结渣、受热面磨损等问题，此次研究主要是围绕循环流化床锅炉进行燃烧优化调整处理，通过不同部位的调整处理能够有效降低受热面磨损，延长循环流化床锅炉的运行安全性和经济性。这就需要工作人员在维护工作时要注意各种存在的问题，提高整体使用效率。
参考文献：
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[2]高大明，陈鸿伟，杨建蒙，等.循环流化床锅炉富氧燃烧与CO2捕集发电机组运行能耗影响因素分析[J].中国电机工程学报，2019,39(05):1387-1397.
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论文作者:张昌豪
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签：锅炉论文; 流化床论文; 磨损论文; 水冷论文; 炉膛论文; 效率论文; 燃料论文; 《当代电力文化》2019年11期论文;