李剑峰 兖矿集团设计研究院

循环流化床锅炉主要是针对劣质煤而设计的，适应矸石、低挥发分的煤种。同时，由于具有低温燃烧的特点，抑制了氮氧化物的生成，同时在燃料中添加石灰石等，可以在炉内脱硫。基于以上特点，这种锅炉主要建于坑口电站。但是由于炉内循环流化燃烧，对锅炉内部磨损比较严重，还有因为低温燃烧对燃烧不好控制，这两点一直是制约这种锅炉发展的瓶颈。近几年来，兖州矿业(集团)有限责任公司针对各煤矸石热电厂循环流化床锅炉运行实践中存在的问题进行了深入的研究，取得了一些参考价值的成果。

1 提高循环流化床锅炉运行周期的措施

兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿煤矸石热电厂配备有3台UG-75/5.3-M16型、次高压循环流化床锅炉，设计燃料为全烧煤泥、全烧中煤、中煤与煤泥混烧。针对燃烧中暴露出来的一些问题，在改造埋管防磨、省煤器、空气预热器和一级分离器脱落的基础上，加强运行管理及合理控制运行参数，各台锅炉运行周期从最初的20d左右逐步提高到120d以上，最高达158d，创下同类型锅炉的最长记录。

1）制定严格的运行参数考核制度，将锅炉运行参数作为小指标考核的重要内容，严禁超参数运行。

2）根据锅炉床温和蒸汽温度情况，尽量保证锅炉返料全部投入，以此来降低床温。在此基础上，通过加大减温水量来控制蒸汽温度。原来锅炉运行时沸腾段温度偏高，炉膛上部及出口温度偏低，整个炉膛温度场分布不均匀，对此根据冷态试验时确定的临界风量，在保证床层流化良好的状态下，降低运行时的一次风量，提高运行时的二次风量，使二次风的比例占总风量30%以上，炉膛上下温度偏差控制在100℃以下。

3）负荷调整靠改变燃料量、风量和二级返料量来完成。一次风量主要保证正常的流化及稳定床温，用二次风控制锅炉总风量，保证锅炉出口过剩空气系数为1.2，防止出现锅炉负荷调整时只调煤不调风，或只调一次风不调二次风现象。

4）为了防止沸腾高温结焦和低温灭火，保证形成较低的氮氧化物和硫氧化物，运行人员时刻监视床料沸腾状况和床温变化，影响床温的因素主要是燃料品质、风量及二级返料量。运行中燃料的品质经常变化，即使燃料量不变也常常引起床温的变化，因此即使稳定工况也要注意床温的变化。另外需要特别注意返料量及温度的变化。

5）控制循环灰量，尽量提高循环倍率。循环量与燃料品质、燃料的粒度组成、风速和分离器效率等因素有关。循环量的大小直接影响燃烧效率、电耗、磨损和负荷等，运行中应综合各个方面的因素，经试验确定循环倍率的大小。

6）当料层较低时，采用添加石灰石的办法，提高锅炉的料层。增加物料和埋管的接触面积和频率，提高埋管热传递效率。通过埋管吸热降低密相区温度，从而降低沸腾段温度。

7）保证3台给料机给煤均匀稳定。保持炉膛左右两侧温差不超过50℃，减少受热面的热偏差，提高受热面的运行寿命。

8）多台锅炉并列运行期间，根据各台锅炉工况，统一协调各台锅炉运行负荷。目的是保证各台锅炉均匀出力，保证锅炉正常运行期间各参数不超标，同时在负荷波动时锅炉参数也不超标。

2 煤泥煤矸石混烧的异比重循环流化床锅炉控制

兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿煤泥煤矸石热电厂对煤泥煤矸石混烧的异比重循环流化床锅炉控制经验进行了总结。

所谓异比重循环流化床(CFB)锅炉是指锅炉内的固态物料（主要指燃料）比重不同。其特点是比重越大产生的浮力也越大，燃烧的效果就越好。

2.1 异比重循环流化床锅炉燃烧控制困难

国内煤炭行业常采用的原煤和煤泥混烧的CFB锅炉也是异比重循环流化床(CFB)锅炉中的一种。采用原煤和煤泥混烧的异比重循环流化床锅炉最大优点是利用原煤的比重比煤泥大，因此产生的浮力也大，可使煤泥悬浮在原煤（煤矸石）上方得到充分燃烧。从控制角度来说，混烧型的异比重循环流化床锅炉燃烧控制比普通循环流化床锅炉复杂得多。

1）煤泥和煤矸石热值不同。煤泥燃烧热值较高，煤矸石燃烧热值比煤泥低很多。而燃烧过程中，煤泥和煤矸石的搭配比例是不断变化的，煤泥和煤矸石混烧时进入炉膛总的燃料热值难以正确计算，一般的PID调节系统难以对这种类型的CFB锅炉实现燃烧自动控制。

2）按照传统的观念，主汽压力的稳定主要靠进入炉膛的燃料量来保证的。但是从目前的检测技术，进人炉膛的煤泥量和煤矸石量，均难以准确计量，因此进入炉膛总的燃料量也难以准确计量。

3）一般来说，风量应当和进入炉膛的燃料量成比例，加多少燃料就得配多少风。但是这种混烧型的CFB锅炉，进入炉膛的燃料量既然难以正确估算，那么风量与燃料量的匹配自然也成为问题了。

4）通常情况下，煤泥和原煤混烧的CFB锅炉密相区内有埋管受热面。埋管受热面受床温和床层高度的影响很大，因此锅炉燃烧调节系统还必须把这两个重要因素也考虑进来，以利于负荷控制。因此，要想使煤泥和煤矸石混烧的异比重CFB锅炉实现燃烧自动控制，就必须突破传统的观念，寻找新的先进的DCS控制策略。

2.2 煤泥和煤矸石混烧的异比重CFB锅炉控制策略。

1）以主蒸汽母管压力稳定作为蒸汽负荷供需平衡（能量平衡）的标志。设置母管压力调节系统对并列运行的各台锅炉下达不同的锅炉负荷指令，有效地控制了各台锅炉汽压波动的互相干扰，维持了主蒸汽母管压力稳定。

2）由于进入炉膛的煤泥量和原煤量实际上无法准确测量，因此他们用热量信号——蒸汽流量加汽包压力的微分来代表进入炉膛的燃料量，以锅炉负荷指令作为设定值来同时控制给煤机的转速及煤泥输送泵的运行频率。主蒸汽流量反映了需要给燃料量的多少，汽包的下降管和上升管作为直接的受热面，汽包压力（饱和蒸汽压力）的微分直接反映了需要给燃料量的速度。两者的结合有效地克服滞后时间长的特点。

3 提高锅炉循环倍率的技术措施

兖州矿业（集团）公司第六工程处针对东滩煤矿煤泥热电厂UG-75/5.3-M16循环流化床锅炉出力不足、实际运行热效率低的现象进行了改造，延长了锅炉稳定运行的时间。

原炉设计的炉膛内烟气循环流速为4.4m/s，基本满足循环流化床锅炉的设计要求，可以保证烟气对灰的携带上升能力；但炉内一级导槽分离器本身分离效率极低，分离下来的灰没有专门通道，分离下来的部分飞灰被快速上升的烟气二次携带，造成一级导槽分离器分离效率低于80%。当锅炉燃煤泥时，烟气中细灰粒径分布很不均匀，大量的是极细的飞灰。低效率的下排气旋风分离器对这种飞灰的捕捉能力十分有限，无法保证锅炉较高循环倍率所要求的灰量。

提高锅炉的循环倍率、建立炉内热灰循环系统和大幅度提高炉膛内的热灰浓度是循环流化床锅炉的特征和运行要求。循环流化床锅炉炉膛内的传热程度是由炉内含灰的热烟气对水冷壁的辐射、对流和热传导的综合体现，提高热烟气中的灰浓度也就提高炉膛综合传热系数。循环流化床锅炉循环倍率的提高是由热灰循环系统中三个主要因素来保证：炉膛内烟气的高循环流速以保证烟气对灰的携带上升能力；高效率低回分离装置，以提高烟气中细灰的分离率，保证锅炉高循环倍率所要求的灰量，减轻尾部受热面的磨损；高性能的细灰返送装置，将灰分离装置捕捉下来的细灰及时返送回炉膛进行循环燃烧，确保热灰循环系统的畅通。为此对分离器和返料器进行改造。

1）分离器。根据原炉结构布置条件，对一级导槽分离器不做结构上的变动，将二级中温下排气旋风分离器改造为上排气旋风分离器，分离效率可达98%，烟气中大于50μm的细微颗粒都可捕捉下来，完全可保证改造后循环流化床锅炉15～20倍循环倍率所要求的灰量。将省煤器移位后，锅炉上留出足够空间可布置按标准要求设计的上排气旋风分离器。

2）返料器。在旋风分离器与锅炉炉膛间布置U型返料器，这种成熟的非机械式自平衡返料技术可根据旋风分离器分离下来的灰量自动调节返料量。采用高效率的上排气旋风分离器和返料器，除可大幅度提高锅炉循环倍率以增强锅炉出力能力外，另一个显著优点是通过分离和循环燃烧大大延长50μm以上灰粒的燃烧时间。一般情况下，50μm以下的碳粒在一次性通过10m多高的炉膛内即可燃尽，锅炉的燃烧效率可达95%～99%，飞灰的含碳量可控制在6%以下，筒体不完全燃烧损失大大降低。

4 循环流化床锅炉烟气脱硫运行的优化

兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿煤泥煤矸石热电厂对于在循环流化床锅炉烟气脱硫运行中所采取的优化措施。

4.1 提供适宜的脱硫剂和脱硫环境

1）仓储中心加强石灰石粉的质量控制，严格按规程要求进货，运行人员及时反馈信息，确保脱硫剂品质。

2）将锅炉床温控制在830～930℃的脱硫剂最佳温度，通过降低一次风和床料厚度，减少锅炉磨损并提高床温，确保各种负荷工况下床温稳定，有利于石灰石脱硫的正常反应。

4.2 堵管的判断及处理

1）每班利用测温枪对炉侧石灰石分支管的阀门前后进行测温并记录，根据阀门前、后温差来判断分支管道的通畅程度。

2）每小时巡检时注意检查石灰石仓本体输送母管就地压力表，并利用小锤敲击管道，通过管道声音清脆和发闷来判断石灰石母管内料的多少。压力高于0.1MPa不下降且管道声音很实，证明堵管，应进行吹堵或手动排堵。

4.3 空仓与下料不畅的判断与处理

1）烟气实时监测显示氧量无明显下降但二氧化硫浓度呈较快上升趋势时，可判断下料仓空仓或石灰石大仓下料不畅，应就地检查，敲击石灰石下料仓，并CRT画面上调整上、下进料仓的给料时间，程控不能满足时及时将程控运行改为手动下料，同时打开上下进料阀十几秒后关下进料阀，利用压缩空气反串和大仓内石灰石重力可使下料畅通。

2）烟气实时监测显示氧量无明显下降但二氧化硫浓度呈较快上升趋势时，也可判断为斜腿处下料不畅，就地敲击斜腿内侧及下进料仓与斜腿连接处上部下料处直至下料通畅；若长时间敲击无效果，可停止旋转给料阀和进气阀，打开吹堵阀吹扫十几秒，利用较高压缩空气吹通斜腿，然后停止吹堵阀，开进气阀，旋转给料阀正常运行。

4.4 升负荷或燃烧工况急剧变化时的判断及处理

在线监测显示氧量明显下降且二氧化硫浓度呈急剧上升趋势时，可以判断主要是集控人员操作调整锅炉燃烧引起二氧化硫浓度波动。电除尘人员应及时就地检查石灰石输送系统是否正常并进行处理，同时联系集控室询问岗位人员是哪台锅炉进行了调整、炉前进料情况如何，并对相应锅炉是石灰石系统进行调整旋转给料阀频率，及时将排放浓度恢复正常。电除尘岗位人员不要盲目加大旋转给料阀的频率，应根据氧量下降幅度判断是否机组有断煤、煤泥空仓等异常情况或机组同时升负荷，及时联系集控室；先加风，后加煤，控制改变工过程中尾部烟道的氧量不能低于2.5%或在线监测氧量不能低于4.0%，因为石灰石脱硫过程中需要一部分氧气，氧量过低不利于生成稳定的硫酸盐，而是生成易分解的亚硫酸盐，造成二氧化硫浓度超标。

5 煤泥循环流化床锅炉提高煤泥燃用量的措施

兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿煤泥煤矸石热电厂通过在循环流化床锅炉增设煤泥中部给料系统，极大地提高了煤泥的燃用量，不但使床压比较容易控制，而且减少了飞灰含碳量，还减少了锅炉受热面磨损，节约了能源，降低了发电成本。

5.1 济三矿煤泥的特点

该矿的煤泥绝大部分小于0.5mm，其中86.86%小于0.25μm。

1）当水分低于20%时近似呈固态，20%～28%时呈泥状，具有较好塑性，但抗变形能力很差，几乎没有流动性；接近30%时呈糊状，开始具有流动性；超过35%时呈泥浆状，有良好的流动性。无论泥状还是浆状的煤泥都有很强粘性。

2）在沸腾燃烧过程中，由于煤泥浆快速成焦，形成具有一定强度和耐磨性的凝聚团，并伴有炸裂破碎。特征直径越大，颗粒平均直径越大，表明破碎后较大颗粒成分较大，破碎程度较轻。

3）影响煤泥结团特性的主要因素有锅炉床温、煤泥水分和沸腾风速。凝聚团的强度随床温增加而增加，特别是在600～700℃范围内，凝聚团强度有一显著增长的区域。另一方面，由于加热速率快，挥发物析出剧烈，凝聚团的破碎程度随床温的增加而略显严重，存在20%～25%的最佳水分范围。低于或高于这个范围时，煤泥凝聚团的强度降低，而破碎也严重。运行风速也存在一个最佳值，过高或过低的风速都会使结团质量下降。

4）煤泥凝聚团的燃烧过程大体上可分为水分蒸发、挥发物析出燃烧、焦炭燃烧和燃尽互存重叠几个阶段。水分蒸发阶段仅占总燃烧时间的百分之几，之后挥发份迅速析出，其最终析出量随炉温的增加而增加。煤泥团燃烧时，其挥发份燃烧与焦炭燃烧是相互重叠的。当90%的挥发份析出时，在焦炭的燃烧过程中灰层扩散阻力为主要控制因素。高灰煤泥团在沸腾炉内燃烧时，利用床料与煤泥团的不断摩擦可以减轻灰层对燃烧的影响，随着灰壳的减薄使氧气易于向焦核扩散，因而使其具有较高的燃尽度。

5.2 扩容煤泥系统组成

认真分析了煤泥燃料的特性及进口煤泥系统存在的问题，最终确定了煤泥中部给料的方案。在扩容的煤泥系统中，煤泥通过MNS30/18柱塞泵，经高压管道连接的煤泥旋转给料机进入炉膛；1台炉配1台泵带2套给料机。给料机距离布风板约3.6m，水平布置在前墙原风水冷渣器回料口，正下方即是二次风，有利于煤泥下落过程中吹散和燃烧；煤泥在给料过程中通过螺旋片被切割成小块，利于燃尽（有资料表明，煤泥成型对煤泥的燃烧特性影响较大，饼状及柱状煤泥更有利于燃尽）。单套旋转给料机最大出力30t/h。该系统在泵房内设有切换阀，2套泵送系统互为备用。

6 结束语

煤矿最大的污染是矸石山和煤泥，利用这些劣质燃料发电是废物综合利用的有效手段之一。煤矿的煤种中有的是高硫高灰分煤，有的挥发分高但灰熔点极低，在常规煤粉锅炉上燃用时常出现SO2排放浓度高、燃烧不稳、易灭火放炮、低负荷性能差、燃烧器喷口周围炉膛内容易结焦、受热面容易积灰等问题。采用循环流化床锅炉可以一并解决上述各种问题，而且在燃用劣质燃料时通过粒子的再循环而获得良好的碳燃尽率，这种能力在燃料中含有大量细粒子和轻质物料时尤为重要，因此循环流化床锅炉将在这些领域中保持强劲的势头。

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