蔚鸿

摘 要：循环流化床锅炉由于对环境影响较小，可燃用劣质煤等特点在近几年来得到了国家的大力支持，而350MW超临界CFB锅炉的研发成功对于我国的整体节能减耗有很强的社会意义，相比小机组流化床，超临界机组具有煤耗低，自动化程度高，维护工作量小，运行更加稳定等优点。本文从350MW超临界CFB锅炉性能分析、运行特点及水动力等方面进行了分析阐述。

关键词：超临界循环流化床；燃烧性能；水动力

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0189-02

1 350MW超临界循环流化床锅炉运行技术特点

1.1 燃烧性能较好，稳定性高

常规的煤粉炉运行的特点是燃烧性能比较小，炉内蓄热量低，燃煤量的变化对整个燃烧工况的影响较大。而循环流化床锅炉运行方式和煤粉炉有很大区别，炉内始终拥有充足的床料，这些床料所携带的热值非常高，燃煤量的变化对整个燃烧工况的影响较小。同时，燃煤通过落煤管进入炉膛后在接近恒温的循环回路中，按照固定顺序依次完成挥发分的挥发、燃烧、固体碳的燃烧和燃尽等过程，使入炉煤彻底燃烧，具有燃烧性能好，燃烧工况稳定的特点。

1.2 温度场分布均匀

常规煤粉炉的温度场分布十分不均匀，其炉膛中心温度至少能够达到1200度以上，流态渣温可达2100度以上，而炉膛出口温度仅为900度左右，该特质直接导致锅炉对于来煤热量的利用不够充分，灰渣含碳量大，引起极大浪费。而循环流化床锅炉的温度场分布就非常均匀，使入炉煤能保持匀速燃烧，也有利于炉膛内部受热面的吸热，既使燃料燃烧的热量被充分吸收，也在一定程度上减少了SO2等污染物的排放。

1.3 多级送风利用率较高

在常规煤粉炉中，炉内一次风的主要起向锅炉内送粉的作用，二次风才是对锅炉的燃烧起到助燃的作用，这种布风方式造成了一定的风量损失，其结构设计上也存在一些问题。相反，流化床锅炉的一次风不仅为床上物料提供流化所需风量，还为物料燃烧提供大量氧气，二次风主要作用为助燃，保证了炉内燃料的充分燃烧，并且通过二次风的多级送风，使得密相区处于厌氧环境，可以有效抑制氮氧化物的生成。

1.4 物料循环性能突出

循环流化床锅炉一次风通过布风板和风帽进入炉膛后，对床上物料进行细化分离，使物料之间相互剧烈摩损，一部分大颗粒逐渐磨损破碎成较小颗粒，在短时间内燃烧后变为细灰由烟气带走；另一部分由于边壁效应沿水冷壁下落回到密相区进行二次反应，称之为内循环。夹杂着大量颗粒的烟气在经过旋风分离器时，较小的颗粒会随着烟气排出锅炉，较大的颗粒会通过分离器再次进入炉内进行二次燃烧，称之为外循环。两层循环使得进入流化床锅炉的燃料得到充分利用。相对而言，常规煤粉炉很难实现这一功能。

2 350MW超临界循环流化床锅炉性能分析

2.1 燃料适应性广

流化床锅炉特殊的流体力学设计，可以使燃料在炉膛内部与空气充分的反应，因此燃料可以被迅速的加热到燃烧温度，而炉膛床层温度并没有较大改变，只要炉内整体物料热值大于燃料燃烧的温度，在炉内就可以无需任何助燃剂燃烧各种性状的燃料，而得益于燃料在炉内更长的停留时间，一些较为劣质的燃料都能在炉内实现完全燃烧。

2.2 热量吸收率高

燃料在锅炉内部燃烧并释放出巨大的热量，布置在炉膛和烟道内的受热面只能吸收其中的一部分，这些被吸收的热量才是有效的热量，剩下一部分热量会随着烟气或灰渣排出到锅炉外面，这些热量就是锅炉的热损失。而且在实际燃烧过程中，燃料在锅炉内部是不可能实现完全燃烧的，这部分热量称之为锅炉的不完全燃烧损失。通过对流化床锅炉相关实验数据的分析我们可以看出，无论是未完全燃烧损失还是锅炉的热损失，流化床锅炉都可以保持在较高水准，使其对燃料的利用率达到了一个很高的水平。

2.3 污染物排放量少

流化床锅炉特有的低温燃烧和分段燃烧可有效抑制氮氧化物和二氧化硫的排放，这也是流化床锅炉能够被人们广泛接受的一大特性。这是因为在流化床锅炉内部，大部分燃料都实现了较为完全的燃烧，且流化床炉膛内温度场分布比较均匀，因此流化床锅炉产生的氮氧化物、二氧化硫、硫酸盐等有害物质是很少的。

3 35OMW超临界循环流化床锅炉关键技术

3.1 水动力的安全性

对超临界流化床锅炉的整体设计和构思，首先要考虑的问题就是其水动力的安全性。循环流化床鍋炉在正常运行工况下，炉内有大量的粒状可燃物和细灰不间断的冲刷水冷壁，因此不能照搬煤粉炉所采用的螺旋管圈式水冷壁结构，只能采用一次垂直上升管圈水冷壁。考虑到流化床炉内流化及防磨等刚性需求，对于350MW超临界循环流化床锅炉，应采用中、低质量流速水冷壁方案。

3.2 启动旁路系统的选择分析

350MW循环流化床锅炉一般配备容量为30%BMCR的启动旁路系统，与锅炉水冷壁最低直流负荷的质量流量相匹配。目前国内超临界锅炉可选的启动旁路系统一般为带循环泵的启动旁路系统和大气扩容器式启动旁路系统，带循环泵的启动系统具有启动热损失小，启动速度快，系统较简单，易实现自动控制，对除氧器设计无要求等优点。但具有投资大、运行操作复杂、维护要求高等缺点。对于大气扩容器式的启动系统，具有结构简单、投资小、运行操作方便，容易实现自动控制、维护工作量少等优点，但启动初期燃料耗量大、启动速度慢、热量回收有限等缺点。

3.3 紧急补给水系统

350MW超临界循环流化床锅炉采用一次垂直上升水冷壁形式，水容量较小，在厂用电停用等紧急工况下无法补水，炉膛及烟道内有大量热量传递给水冷壁、尾部包墙等受热面。补水泵由柴油发动机驱动，当锅炉主给水泵不能工作且备用泵无法启动或冷却水循环系统出现异常的情况下，该泵可及时向路本体进水，保护炉内的受热面，此系统初投资大，运行维护工作量较大，正常运行时也要经常启动进行暖泵。东方锅炉制造的350MW超临界CFB锅炉并未配备该系统，而是配备了一台30%BMCR的电泵，在启动初期、停炉期间以及紧急状态下向锅炉补给水。

3.4 SNCR脱硝系统

循环流化床锅炉采用分级送风燃烧，一次风从炉底经布风板进入，二次风从炉膛密相区上部分两到三层进入炉膛，通过控制一、二次风配比及各层二次风量，可有效抑制炉内NOx的生成。在循环流化床锅炉旋风分离器水平烟道处装设SNCR脱硝装置，即可满足国家环保要求的100mg/Nm以下的要求。随着国家环保要求逐年提高，考虑到SNCR系统在将来正常运行后可能出现力有不逮的状况，应在空预期前预留出SCR系统接口。

SNCR技术在实际应用中的效果好坏取决于温度场的选择、还原剂的停留时间长短、还原剂与烟气的混合是否良好充分、喷枪维护是否及时等因素。SNCR的反应温度在850～1050℃之间，而CFB锅炉的温度场正好在这个范围内，因此，锅炉的炉膛、旋风分离器的入口、出口烟道都符合SNCR的温度范围。很多厂家都将还原剂的喷入点设置在分离器的入口或出口烟道，从入口烟道喷入后被高速烟气带到分离器内，在气固分离的作用下，和物料、烟气进行剧烈扰动和充分混合，可够保证还原剂反应所需要的充足的时间，也满足了SNCR反应混合均匀性的要求，降低了还原剂与烟气由于混合不均匀产生的反应偏差。

4 结语

循环流化床锅炉由于对环境影响较小，可燃用劣质煤等特点在近几年来得到了国家的大力支持，但小容量机组煤耗高，自动化程度低，一定程度上影响了对CFB锅炉的研发和在我国进行的市场推广。由于我国人均资源较为稀缺，国家三令五申要求企业节能减排，而350MW超临界CFB锅炉的研发成功对于我国的整体节能减耗有很强的社会意义，相比小机组流化床，超临界机组具有煤耗低，自动化程度高，维护工作量小，运行更加稳定等优点。未来该新型锅炉在我国节能减排和环保方面将会做出更多的贡献。

参考文献

[1]卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2006.

[2]胡昌华，卢啸风.600MW超临界循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2012.