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    從20世紀(jì)90年代開始，我國的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)經(jīng)歷了由技術(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)的轉(zhuǎn)變。目前，我國135 MW等級的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已經(jīng)十分成熟，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的300 MW等級的循環(huán)流化床鍋爐在我國已經(jīng)投運近40臺，600 MW等級的循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電工程已經(jīng)進(jìn)入實際實施階段…。從目前國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的運行情況看，普遍存在鍋爐飛灰含碳量偏高、鍋爐熱效率偏低、爐膛受熱面磨損嚴(yán)重、廠用電率偏高等問題。通過對循環(huán)流化床進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗，可以較好地解決以上問題，本文以國內(nèi)某480 t/h循環(huán)流化床鍋爐（配135 MW汽輪發(fā)電機）燃燒優(yōu)化調(diào)整為例，介紹了循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整的方法及分析結(jié)果。
1、480t/h CFB鍋爐概述
    某電廠6#CFB鍋爐是無錫華光鍋爐股份有限公司開發(fā)設(shè)計生產(chǎn)的UG-480/13.7-M型超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐采用單鍋筒自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、絕熱式旋風(fēng)分離器、水冷式冷渣器等結(jié)構(gòu)，后煙井內(nèi)布置對流受熱面，過熱器采用兩級噴水調(diào)節(jié)蒸汽溫度，再熱器采用噴水為主、事故噴水為輔的方式調(diào)節(jié)蒸汽溫度。
    鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱式旋風(fēng)分離器、自平衡“U”型返料閥以及后煙井對流受熱面組成。燃燒室蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，水循環(huán)采用單汽包、自然循環(huán)、單段循環(huán)系統(tǒng)。采用水冷布風(fēng)板、內(nèi)嵌逆流柱形風(fēng)帽。燃燒室內(nèi)布置有3片屏式水冷壁來增加蒸發(fā)受熱面，燃燒室上部還布置有8片屏式過熱器、6片屏式再熱器以提高整個過熱器系統(tǒng)和再熱器系統(tǒng)的輻射系統(tǒng)的輻射傳熱特性。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
    鍋爐采用二次配風(fēng)，一次風(fēng)由流化風(fēng)和播煤風(fēng)兩部分組成，流化風(fēng)從爐膛底部經(jīng)布風(fēng)板、風(fēng)帽進(jìn)入爐膛，播煤風(fēng)位置在布風(fēng)板上部給煤口處；二次風(fēng)分兩層從燃燒室進(jìn)入爐膛，下二次風(fēng)在布風(fēng)板上部2 250 mm處，前后墻各有6個風(fēng)口，上二次風(fēng)布置在布風(fēng)板上部4 850 mm處，前后墻各有6個風(fēng)口，二次風(fēng)均從密相區(qū)送入。鍋爐共設(shè)有四個給煤口，采用前墻給煤，布置在布風(fēng)板上部1650 mm處。4個石灰石給料口在下二次風(fēng)風(fēng)口進(jìn)入，均勻地布置在爐前。爐膛底部設(shè)有后水冷壁管彎制成一次風(fēng)室。本鍋爐采用4只床上啟動燃燒器和4只床下啟動燃燒器，床上4支啟動燃燒器布置在布風(fēng)板上3m處（左右側(cè)墻各2支）。
    該鍋爐燃煤主要是來自陜北神木的煤和煤矸石，按一定比例混和。鍋爐主要設(shè)計規(guī)范如表1所示。
2、循環(huán)流化床鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整結(jié)果及分析
2.1燃燒總風(fēng)量調(diào)整試驗
  鍋爐燃燒總風(fēng)量定義為一次風(fēng)量與二次風(fēng)量之和。一次風(fēng)主要是由通過布風(fēng)板的流化風(fēng)和播煤風(fēng)兩部分組成。流化風(fēng)的主要作用是保證床料的正常流化并提供燃料揮發(fā)分和一部分焦炭燃燒所需要的氧氣。播煤風(fēng)主要是保證燃料可以正常的進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)則是提供了大部分焦炭燃燒所需要的氧氣。所有燃燒優(yōu)化調(diào)整工況的平均過量空氣系數(shù)為1.24。燃燒總風(fēng)量最大的為384 385 Nm3/h，此時過量空氣系數(shù)為1.28；燃燒總風(fēng)量最小的為348 45 Nm3/h，此時過量空氣系數(shù)為1.19。稀相區(qū)空截面煙氣速度由調(diào)整前的5.4 m/s降低至調(diào)整后的5.0 m/s。
    圖l是飛灰含碳量隨燃燒總風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著燃燒總風(fēng)量的減少而逐漸降低的。分析認(rèn)為，產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能的原因是：6#爐采用的燃料屬于易燃燼類型，使用較小的過量空氣系數(shù)就可以滿足其燃盡需要。較大的燃燒總風(fēng)量對燃料的燃燼特性影響不大反而會導(dǎo)致較高的煙氣速度，使得顆粒在爐膛中停留時間減少，同時較高的煙氣速度使得進(jìn)入到分離器的較細(xì)顆粒直接被攜帶至尾部煙道內(nèi)，分離器的分離效率降低，飛灰中含碳量增大，機械不完全燃燒熱損失q4增大，鍋爐熱效率降低。圖2是排煙損失q2隨燃燒總風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著燃燒總風(fēng)量的減少而逐漸降低的。較大的燃燒總風(fēng)量會導(dǎo)致實際干煙氣體積增加，干煙氣帶走的熱量也會隨之增加，從而導(dǎo)致排煙損失q2增大。圖3是鍋爐熱效率隨燃燒總風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著燃燒總風(fēng)量的減少而升高的。一、二次風(fēng)機及引風(fēng)機總電流由燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗前的685 A降至調(diào)整后的650 A，廠用電有所降低。
2.2  一次風(fēng)量調(diào)整試驗
    通過對鍋爐一次風(fēng)量調(diào)整試驗，一次風(fēng)量由調(diào)整前的。200000 Nm3/h降低至調(diào)整后的180 000。190 000 Nm3/h。降低一次風(fēng)量可以延長焦炭顆粒在密相區(qū)的停留時間，提高了焦炭顆粒的燃燼程度，飛灰含碳量降低，機械不完全燃燒損失降低，鍋爐熱效率升高。降低一次風(fēng)量對床層的冷卻作用相對降低，床溫升高也會提高焦炭顆粒的燃盡程度，使飛灰含碳量有所降低。降低一次風(fēng)量可以減少干煙氣體積，減少干煙氣帶走的熱量，排煙損失有所降低。同時，較低的一次風(fēng)量也可以減輕密相區(qū)的磨損，對鍋爐安全穩(wěn)定運行有益。
    圖4是飛灰含碳量隨流化風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著一次風(fēng)量的減少而逐漸降低的。圖5是排煙損失q2隨一次風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著一次風(fēng)量的減少而逐漸降低的。圖6是鍋爐熱效率隨一次風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著一次風(fēng)量的減少而升高的。
2.3二次風(fēng)量調(diào)整試驗
    通過對鍋爐運行情況的觀察和分析，鍋爐習(xí)慣運行狀態(tài)下，二次風(fēng)量偏大，導(dǎo)致爐膛中上部煙氣流速過高，頂棚水冷壁磨損嚴(yán)重。鍋爐二次風(fēng)量由調(diào)整前的約189 000 Nm3/h降低至調(diào)整后的165 000—175 000 Nm3/h。
    圖7是飛灰含碳量隨二次風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著二次風(fēng)量的減少而逐漸降低的。底渣含碳量隨著二次風(fēng)量的減少并沒有明顯的變化。圖8是排煙損失q2隨二次風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著二次風(fēng)量的減少而逐漸降低的。圖9是鍋爐熱效率隨二次風(fēng)量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著二次風(fēng)量的減少而升高的。
2.4給煤量、氧量調(diào)整試驗
    在進(jìn)行爐燃燒優(yōu)化調(diào)整前，給煤機給煤量并不均勻，1#和2#給煤機給煤量比3#和4#給煤機給煤量平均要偏大8—10t/h，這造成燃料在爐內(nèi)左、右側(cè)燃燒不均勻，床溫、分離器出口溫度、循環(huán)灰溫度等參數(shù)左、右側(cè)的偏差較大。而此時設(shè)置在高溫過熱器和低溫過熱器之間的氧化鋯氧量分析儀測量到的左、右側(cè)排煙氧量卻基本持平。分析認(rèn)為產(chǎn)生這種情況的原因可能為：一是給煤機給煤量稱重系統(tǒng)存在偏差；二是左、右側(cè)氧化鋯氧量分析儀測量氧量存在偏差。
    試驗過程中，氧量是采用德國M&C公司生產(chǎn)的PMA-10型順磁氧表來測量的，測量位置是在空氣預(yù)熱器的入口處。為了更加準(zhǔn)確地得到排煙氧量的情況，試驗人員將原有左、右側(cè)氧化鋯氧量分析儀從尾部煙道取出，將PMA-10型氧表放入到測孔中測量氧量。試驗結(jié)果表明，左側(cè)氧化鋯氧量分析儀零點漂移了-1.3%，右側(cè)氧化鋯氧量分析儀零點漂移了-2.0%。試驗人員協(xié)助廠里熱工技術(shù)人員對左、右側(cè)氧化鋯氧量分析儀零點重新進(jìn)行了設(shè)置。
    圖10是飛灰含碳量隨排煙氧量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著排煙氧量的減少而逐漸降低的。圖1 1是鍋爐熱效率隨排煙氧量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著排煙氧量的減少而升高的。
2.5爐膛密相區(qū)溫度調(diào)整試驗
    通過適當(dāng)提高鍋爐密相區(qū)的燃燒溫度可以增加焦炭顆粒的反應(yīng)溫度，從而提高焦炭顆粒的燃燼程度，達(dá)到提高鍋爐的熱效率的目的。鍋爐平均床溫由調(diào)整前的約935℃升高到調(diào)整后的約943℃。
    圖12是飛灰含碳量隨平均床溫變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著平均床溫的增加而逐漸降低的。圖13是鍋爐熱效率隨平均床溫變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著平均床溫的增加而升高的。
2.6二次風(fēng)配比調(diào)整試驗
    鍋爐二次風(fēng)配比調(diào)整試驗主要是通過改變上、下二次風(fēng)風(fēng)門擋板的開度來調(diào)節(jié)上、下二次風(fēng)風(fēng)量，從而可以調(diào)節(jié)焦炭顆粒在不同區(qū)域的濃度和燃燒份額，并優(yōu)化爐內(nèi)的燃燒情況，提高鍋爐的熱效率。由表十一可以看出，當(dāng)下二次風(fēng)門調(diào)節(jié)至—70%，上二次風(fēng)們調(diào)節(jié)至100c/o時，鍋爐熱效率達(dá)到93.95%，是所有工況中最高的。
2.7料層差壓的調(diào)整
  循環(huán)流化床鍋爐料層差壓的大小直接影響流化的狀態(tài)和燃燒的溫度場的變化。料層太厚，流化風(fēng)量大，耗電率高，但容易出現(xiàn)流化不均，局部地方溫度高易結(jié)焦。床層太薄，容易穿床，同時密相區(qū)燃燒不好，容易出現(xiàn)在返料器繼續(xù)燃燒結(jié)焦，同時飛灰含碳量也增加。燃燒不同的煤種應(yīng)保持不同的料層差壓，差一點的煤料層適當(dāng)厚一點，好一點的煤料層適當(dāng)薄一點。不同負(fù)荷料層差壓亦可以不同。最佳情況下，在運行中返料器內(nèi)不再燃燒，分離器出口煙溫比爐膛出口煙溫低，這時床層厚度就比較合適，飛灰可燃物最小、效率最高。
2.8入爐煤質(zhì)的調(diào)整
    入爐煤的灰份直接影響循環(huán)流化床的運行，特別是對床溫的影響。煤質(zhì)灰份大，循環(huán)灰量大，床溫容易控制，一次流化風(fēng)量減少；煤質(zhì)灰份小，循環(huán)灰量小，床溫較高，很難控制，一次風(fēng)量大。通過對6#鍋爐調(diào)試，在燃燒21 840 J/kg的煤時風(fēng)量要比燃燒17220 J/kg的煤的一次流化風(fēng)量要大20 000—30 000 Nm3/h，致使煙氣混合物流速增加，停爐檢查后，磨損明顯增加，運行時間很短，不能長周期安全運行。同時，上部燃燒份額增加，進(jìn)入分離器的煙氣溫度增加，溫度增加使進(jìn)入分離器的煙氣剛性下降，致使分離器效率下降，通過電除塵后，灰量明顯增加，使循環(huán)灰減少，更進(jìn)一步影響運行。
2.9入爐煤的細(xì)度調(diào)整
    循環(huán)流化床入爐煤的細(xì)度等級對流化狀態(tài)和運行的穩(wěn)定性影響很大。在6#鍋爐試驗中，剛開始燃燒的是21 840 J/kg以上的煤，煤質(zhì)較好，揮發(fā)份高，煤的硬度小，煤粉力度保持在0—10 mm的范圍，但會明顯出現(xiàn)循環(huán)灰量不足、床溫高，上部燃燒份額增加，灰渣比倒掛，分離器不能捕捉細(xì)灰，使飛灰中含碳量增加。這樣的煤種通過適當(dāng)放大了顆粒度到0~13 mm，明顯就改善了工況。隨著市場煤價大幅度的提升，開始燃燒15 960—1 7220J/kg的工程煤。由于工程煤的矸石含量大，入爐煤不變的情況下隨著運行時間的推移，床層下面沉積大顆粒逐漸增加，就會出現(xiàn)流化不均勻的現(xiàn)象，床溫不均，致使流化風(fēng)量增加，風(fēng)機耗電率增加。
2.10布風(fēng)板阻力的調(diào)整
    該電廠6#鍋爐布風(fēng)板均勻開孔逆流柱式風(fēng)2130個，在運行中明顯出現(xiàn)流化不均勻的現(xiàn)象，床溫測點測出的溫度相差50—100℃，致使某些局部區(qū)域溫度很高。為了控制床溫，一次流化風(fēng)量要增加很多，導(dǎo)致磨損嚴(yán)重不能保證長周期穩(wěn)定運行。停爐檢修時，通過對布風(fēng)板上風(fēng)帽重新布置，外三至五圈布置開孔大的∮15風(fēng)帽，其余布置比外層開孔小的∮13風(fēng)帽，結(jié)果運行起來流化明顯均勻，床溫測點之間相差10—20℃，流化風(fēng)量降低34 600Nm3/h，風(fēng)機電耗明顯降低，磨損明顯降低，達(dá)到長周期運行182 d。
3、鍋爐磨損情況及分析
    CFB鍋爐燃燒總風(fēng)量除了對鍋爐熱效率有影響外，對爐內(nèi)磨損也有很大的影響。
    在工程上，由于機械作用、間或伴有化學(xué)或電的作用，物體工作表面材料在相對運動中不斷發(fā)生損耗、轉(zhuǎn)移或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象稱為磨損。按照磨損機理不同，可把磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。在循環(huán)流化床鍋爐中，受熱面、金屬部件和耐火材料的磨損主要表現(xiàn)為沖蝕磨損。沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。沖蝕磨損存在兩種基本類型：一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，這兩種磨損造成沖蝕表面流失過程的微觀形貌是不完全相同的。對于沖刷磨損，顆粒與固體表面的沖擊角較小，甚至接近平行；顆粒垂直于固體表面的分速度使它嵌入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度合成的效果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時間延長變化不大。對于撞擊磨損，顆粒相對于固體表面的沖擊角較大，或接近于垂直，以一定的運動速度撞擊固體表面使其產(chǎn)生塑性變形或顯微裂紋，長期、大量顆粒的反復(fù)撞擊使得固體表面破壞，隨時間遷移，磨損速率有增長的趨勢，甚至變形層脫落，最終導(dǎo)致磨損量突升。
    一般地，循環(huán)流化床鍋爐受熱面的磨損以如下關(guān)系式表達(dá)：
    由式(1)可見，循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損受煙氣速度的影響很大，由于入爐煤的煤質(zhì)相差不大，較高的燃燒總風(fēng)量必然導(dǎo)致較高的煙氣速度，從而會加劇鍋爐受熱面的磨損。在鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗過程中，在保證鍋爐安全運行的前提下，應(yīng)盡量降低鍋爐的燃燒總風(fēng)量，從而達(dá)到減輕鍋爐受熱面磨損的目的。如果只以煙氣速度作為磨損量的影響因素，以稀相區(qū)空截面煙氣速度調(diào)整前的5.4 m/s，調(diào)整后的5.0 m/s為例，調(diào)整后磨損量可以減少約25%。經(jīng)過本次試驗，鍋爐啟動運行后，至D級檢修計劃停爐，連續(xù)穩(wěn)定運行時間創(chuàng)造了182 d的最高紀(jì)錄，停爐檢查受熱面磨損輕微，各部運行正常，沒有出現(xiàn)磨損超標(biāo)管段，達(dá)到了很好的效果。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、結(jié)論
    通過對某電廠6#CFB鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗，降低燃燒總風(fēng)量減輕了爐膛內(nèi)受熱面的磨損，保證了鍋爐長周期安全穩(wěn)定運行。一、二次風(fēng)機及引風(fēng)機總電流由燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗前的685 A降至調(diào)整后的650 A，廠用電有所降低。飛灰可燃物由燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗前的4.4%降至調(diào)整后的3.0%左右，調(diào)整后飛灰可燃物最低值為2.4%，鍋爐熱效率提高約1.0%。鍋爐受熱面磨損明顯減輕，連續(xù)穩(wěn)定運行時間創(chuàng)造了該電廠6#爐最長運行記錄。