摘要：循环流化床锅炉过高的床温对运行和环保极为不利。本文在对降低流化床锅炉运行床温相关技术分析的基础上，通过对145MW循环流化床锅炉进行分离器入口烟道及中心筒改造，改善了炉内灰循环，大幅降低了锅炉运行床温，并提高了锅炉带负荷能力。本文研究可供同类循环流化床锅炉运行借鉴。
关键词：循环流化床锅炉；床温；分离器；中心筒；改造
循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低、结构简单、运行灵活等诸多优势[1]，在国内外得到广泛应用，特别是大型循环流化床锅炉的发展和应用在近年来尤为迅速[2]。
通过长期跟踪观察发现，部分循环流化床（CFB）锅炉运行床温较高（950℃以上），局部床温甚至超过1000℃。循环流化床锅炉过高的床温对其运行存在诸多危害，主要是一方面增大了炉膛结焦的风险，另一方面提高了污染物排放[3]。此外，较高的运行床温，脱离了炉内脱硫的最佳反应温度（经验表明，CFB锅炉炉内脱硫的最佳反应温度在850℃~870℃），导致脱硫效率降低。
本文针对某145MW CFB锅炉开展降低运行床温的技术分析与改造实践，以期对国内循环流化床锅炉运行提供参考和借鉴。
1设备简介
某电厂2×145MW机组锅炉型号HG-465/13.7-L.PM，为自然循环超高压中间再热流化床汽包炉，单炉膛、平衡通风、一次中间再热、悬吊结构、全钢构架，卧管式空气预热器，炉后给煤，炉前排渣，固态机械除渣，炉内喷石灰石粉脱硫，2015年底完成SNCR脱硝工程，脱硝还原剂采用氨水，在分离器入口和出口加装SNCR喷枪。
锅炉主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、双路回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室（炉膛）蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。采用水冷布风板，大直径钟罩式风帽。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面。燃烧室内布置屏式Ⅱ级过热器和高温再热器。锅炉主要设计参数见表1。
表1 锅炉主要设计参数
2锅炉运行中存在的主要问题
2.1 锅炉运行床温
锅炉运行中，锅炉床温较高，带负荷能力弱。表2给出了该电厂2号145MW循环流化床锅炉一组典型的运行数据。锅炉设计床温为885℃。由表2可见，当锅炉负荷在110MW左右时，锅炉运行的下床均温已达到983℃，局部甚至超过1000℃。考虑到高床温带来的结焦风险，2号锅炉最高负荷常年控制在110MW左右。
表2 锅炉典型运行数据
2.2 分离器烟气速度
分离器入口烟气速度偏低。按现有分离器结构，锅炉BMCR工况时，计算得到旋风分离器入口的烟气速度不足20m/s，该烟气速度明显偏低。运行实践表明，在一定范围内，分离器进口烟速越高，其分离效率越高，但同时其运行阻力会越大[1]。
2.3 中心筒
该电厂旋风分离器中心筒结构不合理。中心筒的结构及其布置方式决定了分离器分离效率能否处于最佳工况。较同类工程，该电厂145MW CFB锅炉旋风分离器整体结构与布置方式不够合理，易造成正常旋流核心弯曲甚至破坏，使其处于不稳定状态，导致分离器分离效率较低。此外，中心筒筒体壁厚较薄，且固定方式不佳，易造成筒体变形，甚至烟气短路，严重影响分离器正常运行。
3降床温技术分析
在煤质（包括成分及粒度等）已定的条件下，降低CFB锅炉运行床温的常规技术主要有以下四类：
（1）运行优化调整
主要通过增大调整风量，优化一二次风配比，以及上下二次风优化调整等方式实现[4]。通过运行调整的方法，降低锅炉床温有限（通常在5~10℃），而且过高的一次风量对炉内防磨、节能节电均有不利影响。
（2）增加炉内受热面
主要通过在炉内新增水冷受热面，或延长炉内水冷屏长度，来增加吸热份额的方式实现。该方法降低床温明显（由受热面面积增加程度决定），但是受热面改造一方面受制于炉内现有受热面的结构及空间影响，另一方面受热面改造可能会影响锅炉效率及主汽温度[5]。
（3）改善炉内灰循环
主要通过提高分离器入口烟道的烟气速度、优化中心筒结构来提高分离器分离效率，以及优化返料系统返料等方式，最终改善炉内灰循环。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，从而将床温控制在合理的范围内。
（4）低温烟气再循环
主要通过将锅炉尾部的低温烟气的一部分通过再循环风机直接送入炉膛风室，从而改变锅炉热量分配，降低局部燃烧温度。该技术目前应用较少。
针对该电厂2号145MW CFB锅炉的实际情况，通过改善炉内灰循环的方式来实现降低运行床温的目的，主要改造内容包括提高分离器入口烟道的烟气速度以及优化中心筒结构。
4本文降床温改造内容
4.1 分离器入口烟道
在一定范围内，分离器进口烟速越高，其分离效率越高，但运行阻力也越大。进口烟速过高，二次携带严重，将使分离效率降低。另外，烟速过大，压力损失也大为增加，能量损耗太大，而且会加速对分离器本体的磨损，使其运行寿命降低。因此，需要综合考虑分离效率及能量消耗，选取合适的分离器入口烟速。
本文降床温改造中，将分离器入口烟道宽度逐渐缩减，同时缩减入口烟道高度。改造后进入分离器入口烟气流速将由不足20m/s提高至22m/s以上，由此导致分离器分离效率得到提高。
4.2 中心筒
锅炉原中心筒为锥型，上部内径大于下部内径，且筒体较薄。本文降床温改造中，将中心筒长度加长（即增加中心筒插入深度），下部内径缩小，壁厚增加。同时，将中心筒固定方式改为自由吊挂方式，在保证支撑强度的前提下避免筒体膨胀受阻发生变形。
通过上述中心筒改造，进一步提高分离器分离效率，从而增加循环灰量，实现降低锅炉运行床温的目的。
5改造效果
5.1 运行床温
改造之前，2号锅炉运行床温较高。设计床温885℃，锅炉负荷在110MW左右时，锅炉运行床温已达到983℃，局部超过1000℃。
表3和表4分别列出了改造前后，2号锅炉在两个典型工况下运行时的主要数据的对比情况。
表3 锅炉改造前后主要运行数据的对比（工况1）
表4 锅炉改造前后主要运行数据的对比（工况2）
从表3和表4中可以看出，在相同的负荷下，2号锅炉改造后的运行床温明显低于改造前的运行床温。例如，锅炉负荷在110MW左右时，改造后的下床均温比改造前的下床均温约低45℃；锅炉负荷在117MW左右时，改造后的下床均温比改造前的下床均温约低16℃。
此外，从表3和表4中还可以看出，在相同的负荷下，2号锅炉改造后运行的下床最高温度比改造前运行的下床最高温度显著降低。例如，锅炉负荷在110MW左右时，锅炉改造前运行中局部床温超过1000℃，而改造后的局部床温最高仅为969℃，约降低了31℃。
5.2 带负荷能力
2号锅炉原始设计的最大负荷为145MW，最大连续蒸发量为465t/h。
改造之前，由于2号锅炉运行床温较高，导致其在高负荷下运行的结焦危险性大，因此2号锅炉带负荷能力较弱，无法带满负荷运行。
改造之后，2号锅炉所能带的最大负荷运行数据如表5所示。从表5中可以看出，改造之后，2号锅炉可以将负荷提升到142.5MW，最大主蒸汽流量达到498.5t/h。而且，在该负荷下运行时，锅炉下床均温仅为961.9℃，下部最高床温为987.1℃。由此说明，改造之后，2号锅炉的带负荷能力得到明显提升。
表5 2号锅炉改造后最大运行负荷
6结论
本文针对循环流化床锅炉运行床温较高的现状，分析了降床温相关技术，并采用改善炉内灰循环的方式进行改造实践。以某电厂2号145MW循环流化床锅炉为例，通过分离器入口烟道改造和中心筒改造，锅炉运行床温明显降低，带负荷能力显著提升。本文研究成果对于同类循环流化床锅炉运行及改造具有参考和借鉴价值。
参考文献:
[1] 孙献斌，黄中编著. 大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M]. 北京：中国电力出版社, 2013.06
[2] 岳光溪,吕俊复,徐鹏,胡修奎,凌文,陈英,李建锋.循环流化床燃烧发展现状及前景分析[J].中国电力,2016,(01)
[3] 刘宏强. 降低300MW循环流化床锅炉床温分析[J]. 科技创新与应用,2017,(13):127.
[4] 龚鹏,赵凯,向俊,袁建丽. 300MW循环流化床锅炉机组床温特性及调整[J]. 中国电力,2011,44(03):47-51.
[5] 薛文祥,谷威,于斌,杜涛,姜孝国. 300MW机组流化床锅炉降床温受热面改造[J]. 应用能源技术,2014,(09):24-27.
论文作者:陈孝喜,李延涛,于峰,高书强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：锅炉论文; 流化床论文; 分离器论文; 负荷论文; 烟气论文; 入口论文; 中心论文; 《电力设备》2019年第8期论文;