一、前言
SG-440／13.7-M566型循環(huán)流化床鍋爐系上海鍋爐廠有限公司在引進(jìn)、吸收ALSTOM公司（美國分部）循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用了ALSTOM公司驗(yàn)證過的先進(jìn)技術(shù)和幾十臺超高壓中間再熱循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行本鍋爐全套設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。
電廠三期工程為2×135MW機(jī)組，鍋爐為SG-440／13.7-M566型循環(huán)流化床鍋爐，其中第二臺#6機(jī)組于2005年7月29日通過72+24小時(shí)試運(yùn)，移交生產(chǎn)后鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。
鍋爐優(yōu)化試驗(yàn)的目的是全面檢查和了解鍋爐燃燒系統(tǒng)及輔助設(shè)備的運(yùn)行性能，進(jìn)行旨在提高鍋爐效率、優(yōu)化鍋爐運(yùn)行參數(shù)、減輕磨損的燃燒調(diào)整試驗(yàn)。優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：冷態(tài)試驗(yàn)及熱態(tài)試驗(yàn)。
二、鍋爐及系統(tǒng)簡述
1、鍋爐簡介
鍋爐主要由汽包、懸吊式全膜式水冷壁爐膛、絕熱式旋風(fēng)分離器、U型返料回路以及后煙井對流受熱面組成。
爐膛上部布置2片水冷屏和12片屏式過熱器，其中水冷屏對稱布置在左右兩側(cè)。爐膛與后煙井之間，布置有兩臺絕熱鋼板式旋風(fēng)分離器。分離器下部各布置一臺非機(jī)械的“U”型回料器，回料器底部布置流化風(fēng)帽，使物料流化返回爐膛，在后煙井包覆墻中間設(shè)置隔墻包覆過熱器，將后煙井分隔成前后二個(gè)煙道，在前煙道內(nèi)布置再熱器，后煙道內(nèi)按煙氣流向依次布置高溫過熱器和二級省煤器。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(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)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。
鍋爐汽水系統(tǒng)回路包括尾部省煤器、汽包、蒸發(fā)受熱面（爐膛水冷壁和水冷屏）、后煙井包覆過熱器、屏式過熱器冷熱段、高溫過熱器及再熱器。過熱器系統(tǒng)中，在屏式過熱器冷熱段之間設(shè)置一級噴水減溫器，在屏式過熱器熱段和高溫過熱器之間布置二級噴水減溫器。在再熱器和二級省煤器出口設(shè)置煙氣調(diào)節(jié)擋板，通過調(diào)節(jié)擋板開度改變流經(jīng)再熱器的煙氣量，從而控制再熱蒸汽出口溫度。在再熱器兩側(cè)進(jìn)口管道上均設(shè)有事故噴水裝置。
鍋爐采用兩次配風(fēng)，一次風(fēng)從爐膛底部布風(fēng)板、風(fēng)帽進(jìn)入爐膛，二次風(fēng)從燃燒室錐體部分進(jìn)入爐膛。鍋爐共設(shè)有四個(gè)給煤點(diǎn)和四個(gè)石灰石給料口，均勻地布置在爐前。爐膛底部設(shè)有鋼板式一次風(fēng)室，懸掛在爐膛水冷壁下集箱上。本鍋爐采用床上啟動點(diǎn)火方式，床上共布置4支（左右側(cè)墻各2）大功率的點(diǎn)火油槍。同時(shí)在爐膛燃燒室左右兩側(cè)各布置一臺流化床冷渣器（現(xiàn)已改成滾筒式冷渣機(jī)）。
煙氣攜帶大量的物料自下而上從爐膛上部的后墻出口切向進(jìn)入兩個(gè)旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行煙氣和固體顆粒的分離，分離后潔凈的煙氣由分離器中心筒出來依次進(jìn)入尾部煙道里的高溫過熱器（再熱器）、省煤器和空氣預(yù)熱器，而后排出鍋爐，進(jìn)入除塵器后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪，排人大氣。2，鍋爐主要技術(shù)參數(shù)三試驗(yàn)結(jié)果和分析
1、冷態(tài)試驗(yàn)
1.1風(fēng)量標(biāo)定
鍋爐風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)主要測量實(shí)際風(fēng)量值與測量元件輸出的動壓值，以實(shí)現(xiàn)DCS上各運(yùn)行風(fēng)量的正確顯示。
1.1.1試驗(yàn)原理與方法
風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)采取各個(gè)流量測量元件單獨(dú)測定的方法進(jìn)行。對于每個(gè)流量測量元件，調(diào)整相關(guān)風(fēng)門擋板，在不同的風(fēng)量下，測量通過該風(fēng)道的實(shí)際風(fēng)量值和該流量測量元件的動壓值，得出風(fēng)量與流量測量元件動壓值之間的對應(yīng)關(guān)系。
實(shí)際風(fēng)量值按照多點(diǎn)等截面網(wǎng)格法用標(biāo)準(zhǔn)畢托管和電子微壓計(jì)進(jìn)行測量。流量測量元件動壓值用電子微壓計(jì)測量。
流量系數(shù)定義為標(biāo)準(zhǔn)畢托管動壓值與一次測量元件的動壓值比值的開方：
當(dāng)粘性流體的流動進(jìn)入自�；瘏^(qū)后，流量系數(shù)K應(yīng)該為一定值�？疾觳顗盒鸵淮瘟髁繙y量元件是否具有良好的特性，主要看其流量系數(shù)K值隨流量變化是否保持恒定。
試驗(yàn)結(jié)果中，給出了每個(gè)威利巴元件的流量系數(shù)K和標(biāo)定系數(shù)C，并給出了試驗(yàn)條件下流量與威利巴差壓開方的關(guān)系曲線。
1.1.2試驗(yàn)結(jié)果
由于現(xiàn)場部分威利巴元件的前后直管段較短，試驗(yàn)中，用畢托管網(wǎng)格法測量風(fēng)道截面的速度場時(shí)，動壓值變化很大，用普通微壓計(jì)（如傾斜式玻璃管微壓計(jì)）難以準(zhǔn)確讀取數(shù)值。本次試驗(yàn)采用的進(jìn)口便攜式電子微壓計(jì)精度較高，并且能夠方便地對測量值取平均值。試驗(yàn)中，對每一測量網(wǎng)格點(diǎn)除了往復(fù)進(jìn)行一次外，對每一點(diǎn)還利用該電子微壓計(jì)高級功能進(jìn)行了30次左右的平均。測量結(jié)果分析顯示，威利巴的流量系數(shù)比較穩(wěn)定，流量與威利巴差壓開方有非常好的線性關(guān)系。
某風(fēng)管威利巴元件標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果，如表1所示。
從圖1來看，其流量系數(shù)K值均比較穩(wěn)定，試驗(yàn)條件下風(fēng)道的流量與威利巴差壓開方呈良好的線性關(guān)系，說明標(biāo)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，可以滿足現(xiàn)場使用的要求。從圖2看出，與實(shí)際測量值比較，平均偏差7.10%。
依據(jù)同樣的方法進(jìn)行標(biāo)定，可知所測的15個(gè)威利巴元件流量系數(shù)K值均比較穩(wěn)定，試驗(yàn)條件下風(fēng)道的流量與威利巴差壓開方呈良好的線性關(guān)系，說明標(biāo)定的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的，可以滿足現(xiàn)場使用的要求。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些原表盤顯示風(fēng)量與實(shí)際測量值偏差較大的情況存在，說明了此次標(biāo)定的必要性和重要意義。
1.2布風(fēng)板阻力特性
布風(fēng)板阻力在空床狀態(tài)下測定。測量不同風(fēng)量時(shí)布風(fēng)板在空床時(shí)的阻力，可以了解布風(fēng)板的阻力特性，分析布風(fēng)板風(fēng)帽的堵塞或磨損狀況。測量空床時(shí)的布風(fēng)板阻力特性，也是裝入床料后的其它冷態(tài)流化特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。此外，由冷態(tài)布風(fēng)板阻力試驗(yàn)還可以推導(dǎo)出熱態(tài)時(shí)的布風(fēng)板阻力特性計(jì)算公式，可為熱態(tài)運(yùn)行時(shí)根據(jù)風(fēng)室壓力判斷料層厚度提供參考。
1.3臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)
臨界流化風(fēng)量是流化床鍋爐正常流化運(yùn)行的最小風(fēng)量，小于此風(fēng)量后床料不能正常流化，高溫下會在爐內(nèi)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。
通過多個(gè)風(fēng)量點(diǎn)的測量，分析料層阻力隨著風(fēng)量變化的情況，可以準(zhǔn)確得到該鍋爐的臨界流化風(fēng)量。本鍋爐在采用現(xiàn)場床料，靜止料層厚度800mm條件下的臨界流化風(fēng)量如圖4所示：
由圖4可見，本鍋爐臨界流化風(fēng)量為103000(m3／h，20℃)。即鍋爐運(yùn)行最小風(fēng)量不低于103000(m3/h，20℃)。臨界流化風(fēng)量與料層厚度理論上沒有直接的關(guān)系，只要風(fēng)機(jī)壓頭能夠滿足，且料層不出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，不同料層厚度的臨界流化風(fēng)量是一致的。床料顆粒分布是影響臨界流化風(fēng)量的最重要的因素。從經(jīng)驗(yàn)上講，可以通過采用細(xì)床料（相同條件下，床料顆粒越細(xì)，臨界流化風(fēng)量越�。�、小風(fēng)量（保證流化）點(diǎn)火，大幅度節(jié)油，只是在操作上對技術(shù)要求較高。
1.4布風(fēng)均勻性和返料特性
布風(fēng)均勻性試驗(yàn)是在臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)的充分流化狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，主要檢查鍋爐風(fēng)帽的布風(fēng)均勻性和鍋爐布風(fēng)板載料運(yùn)行的能力。具體做法是：在床料充分流化后，突然跳停風(fēng)機(jī)，觀察床層表面。床面乎整，說明布風(fēng)板布風(fēng)均勻；如果出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，一定要對鼓包區(qū)域進(jìn)行清理檢查，并在清理檢查完畢后重新進(jìn)行布風(fēng)均勻性試驗(yàn)，直至平整。
返料特性試驗(yàn)則是在布風(fēng)均勻性試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行，通過觀察兩側(cè)（對于大型鍋爐來說，返料口會有4個(gè)或更多）返料口下部形成的返料堆積形狀，判斷兩側(cè)返料是否平衡及正常。
通過試驗(yàn)，可得出本鍋爐布風(fēng)板在臨界風(fēng)量以上運(yùn)行時(shí)可良好流化，而返料系統(tǒng)工作也是正常的。
2、熱態(tài)試驗(yàn)
熱態(tài)試驗(yàn)主要內(nèi)容包括調(diào)整總風(fēng)量、一二次風(fēng)比例、松動返料風(fēng)量、二次風(fēng)分配、床壓、煤粉粒度和
燃燒溫度等試驗(yàn)。
2.1松動返料風(fēng)
返料器是循環(huán)流化床鍋爐的重要部件之一，其功能有2個(gè)：(1)返料將分離下來的飛灰順利地送入爐內(nèi)，并隨鍋爐參數(shù)及負(fù)荷的變化完成對循環(huán)物料量的自動調(diào)節(jié)。(2)密封防止主床的煙氣反竄進(jìn)入旋風(fēng)分離器。返料器風(fēng)量的控制對分離器循環(huán)倍率的高低有著顯著影響，本次試驗(yàn)通過調(diào)整松動返料風(fēng)有效的提高了爐內(nèi)灰濃度，使得爐膛溫度分布更加均勻。
由圖5可以發(fā)現(xiàn)，隨著松動風(fēng)量的減少，爐膛下部溫度略有所降低，中部和上部溫度均有所上升，表明爐內(nèi)循環(huán)灰濃度有所提高，有利于均勻爐膛溫度，降低飛灰可燃物，提高鍋爐效率。此外，松動風(fēng)量的減少降低了分離器內(nèi)的氧濃度，對預(yù)防分離器內(nèi)局部超溫結(jié)焦也有一定幫助。
圖6為返料風(fēng)量對爐內(nèi)燃燒的影響，由圖看出，隨著返料風(fēng)量的增加，飛灰可燃物降低，鍋爐效率增加。
2.2一、二次風(fēng)比率
在CFB鍋爐中，不同的一、二次風(fēng)配比，對CFB的燃燒乃至熱量分配有著重要的影響。因此，一、二次風(fēng)配比的調(diào)整是CFB鍋爐運(yùn)行調(diào)整的重要手段。
一次風(fēng)量的多少直接影響爐膛密相區(qū)的燃燒份額。對于無煙煤，由于其燃燒的滯后性，在進(jìn)入爐膛后有一段時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放熱較少，較大的一次風(fēng)份額反而會降低下部密相區(qū)床溫，對燃盡不利。
爐膛下部密相區(qū)作為鍋爐穩(wěn)定燃燒的熱源，必須有一定的燃燒份額，但一次風(fēng)比率偏大會使燃燒中心段上移，實(shí)際表現(xiàn)為爐膛出口段溫度過高等。一次風(fēng)率過高，還易形成爐膛內(nèi)流化速度太高，水冷壁磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)爐溫下降，惡化運(yùn)行工況；而一次風(fēng)率過低，不僅影響爐內(nèi)灰粒子充滿度的均勻性，底渣可燃物含量偏高，且嚴(yán)重時(shí)會影響布風(fēng)板上流化不均，形成結(jié)焦。因此，必須選擇較合適的一次風(fēng)率，以實(shí)現(xiàn)高的燃盡程度，并減輕水冷壁磨損。
二次風(fēng)率偏高，爐膛上部燃燒分額增加過多，易引起過熱器超溫；二次風(fēng)率偏低，其剛性不足，不易穿透回流區(qū)，形成貼壁上流，無法發(fā)揮對還原區(qū)補(bǔ)充氧量的作用。因此，二次風(fēng)的配入應(yīng)以提高其剛性為主，風(fēng)口截面不宜太大，避免其出現(xiàn)高流量、低流速運(yùn)行的情況。
CFB鍋爐的煙氣中粉塵濃度大，受熱面溫度高，磨損較大。在保證一次風(fēng)量大于臨界鳳量的條件下，適當(dāng)降低一次風(fēng)量，可以在很大程度上降低循環(huán)物料對水冷壁的磨損，而燃燒完全所需的氧氣可以由二次風(fēng)補(bǔ)充。這種調(diào)整方式在保障降低CFB鍋爐的磨損問題的前提下，既嚴(yán)格控制了飛灰可燃物的含碳量，又降低了排煙溫度，可以盡可能提高鍋爐燃燒效率，達(dá)到預(yù)期的調(diào)整目的。
圖7為鍋爐燃燒效率與一次布風(fēng)板風(fēng)量的關(guān)系曲線，表明本鍋爐效率隨布風(fēng)板風(fēng)量的增加而降低。
2.3總風(fēng)量
CFB鍋爐送風(fēng)既要保證床料的正常流化也要保證爐內(nèi)燃料充分有效的燃燒。給入爐膛總風(fēng)量的變化，表現(xiàn)為過量空氣系數(shù)（或氧含量）的變化。隨著總風(fēng)量的提高，氣相氧氣濃度相應(yīng)提高，加快了氧氣的傳質(zhì)速率和氣固反應(yīng)速度，在煤顆粒爐內(nèi)相對固定的停留、反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，其最終反應(yīng)程度提高，具體體現(xiàn)為燃盡程度的提高，即飛灰含碳量降低。
如果爐內(nèi)氧量過低，燃料因缺氧而燃燒不充分，將會導(dǎo)致飛灰和底渣含碳量上升。而爐內(nèi)氧量過高時(shí)，特別是由過量氧產(chǎn)生的有利于燃料燃盡的正效應(yīng)小于尾部排煙損失增加的負(fù)效應(yīng)時(shí)，反而使得鍋爐效率降低。另外，過高的風(fēng)量也會使尾部煙氣流速大干設(shè)計(jì)值，加劇爐內(nèi)和尾部煙道受熱面的磨損。
當(dāng)過量空氣系數(shù)偏低時(shí)，燃料燃盡程度變差，化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒熱損失增加。當(dāng)過量空氣系數(shù)偏高時(shí)，風(fēng)機(jī)電耗增大，煙氣排放量增多，排煙熱損失加大，且可能導(dǎo)致過熱蒸汽超溫。因此，從CFB鍋爐自身的要求來講，為了保證燃盡、減少排煙損失并控制NOx的生成，需嚴(yán)格控制爐膛出口過量空氣系數(shù)。
對于燃用無煙煤的鍋爐，由于其難燃盡，一般需要相對較高的過量空氣系數(shù)。此時(shí)，排煙氧量增加，爐內(nèi)氧濃度增加，有利于煤的燃盡，使飛灰可燃物明顯降低，但過高的氧量會導(dǎo)致燃燒溫度降低和排煙損失增大。
2.4二次風(fēng)配比
通常情況下二次風(fēng)分為多級分層送入，其在不同部位的風(fēng)量分配，決定了氧量在爐膛內(nèi)的均衡分配。由于CFB鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，爐膛中心的缺氧燃燒非常普遍，合理的燃燒配風(fēng)對CFB鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要意義。
由于受限于二次風(fēng)管超溫，風(fēng)門調(diào)節(jié)幅度有限，測試表明，上層二次風(fēng)份額增加對效率提高有益，實(shí)際運(yùn)行中可將上二次風(fēng)門全開，并適當(dāng)關(guān)小下二次風(fēng)門。
2.5燃燒溫度
燃燒溫度對難燃煤的燃盡影響較為明顯。燃燒溫度越高，越有利于其燃盡。提高燃燒溫度，可以直接提高燃燒反應(yīng)速度，減少細(xì)顆粒煤焦的燃盡時(shí)間。
本鍋爐燃用煤質(zhì)為無煙煤，其燃盡性能較差，床溫提高有利于燃盡，但過高床溫易造成結(jié)焦，且受限于床溫過高對風(fēng)帽的不良影響，故而床溫的調(diào)整變化不大。
2.6床壓
對于特定煤種（灰分、成灰特性確定）和特定的鍋爐設(shè)備，在風(fēng)量不變條件下，床壓直接反應(yīng)了爐內(nèi)物料濃度。一定范圍內(nèi)增大床壓，會降低飛灰含碳量。這是因?yàn)椋捍矇旱脑龃罂梢栽黾用侯w粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，而停留時(shí)間的增加可以顯著降低飛灰中未燃盡的可燃物含量。
床壓偏低也會使床溫容易波動，從而導(dǎo)致負(fù)荷波動，床壓增加有益于床溫控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，滿負(fù)荷時(shí)床壓運(yùn)行在13-14kPa燃盡程度好，鍋爐效率高，負(fù)荷更趨平穩(wěn)。根據(jù)試驗(yàn)，過度增加床壓也會相應(yīng)增加送風(fēng)機(jī)電耗，且會降低爐膛整體燃燒溫度水平，導(dǎo)致鍋爐效率降低。
2.7給煤粒度
從煤的燃燒機(jī)理來講，燃燒無煙煤、貧煤要求粒度越小越有利于燃盡。煤在爐內(nèi)的燃燒是氣、固相的化學(xué)反應(yīng)，固相的比表面積、熱崩裂性對反應(yīng)的完成程度影響較大，一般來說，煤的粒度越細(xì)，熱崩裂性越好，比表面積就越大，反應(yīng)也越易進(jìn)行。上述分析對于燃煤顆粒一次通過爐膛的煤粉爐而言是正確的。但對于CFB鍋爐，根據(jù)以往試驗(yàn)結(jié)果，過多的細(xì)煤粒度也會造成飛灰含碳量較高，對干具體的入爐煤來說，存在最佳的粒度分布。這主要是因?yàn)橐淮涡酝ㄟ^爐膛的均為極細(xì)的煤顆粒，其給入爐膛后，約5-7秒就被帶到分離器，上行過程中由于磨蝕和破裂顆粒尺寸進(jìn)一步減小，分離器難于捕捉這么細(xì)的顆粒返送爐膛，會直接飛出爐膛，不利于燃燒完全。而對于較粗的顆粒，可以被分離器捕集并返送回爐膛循環(huán)燃燒，能夠保證顆粒的燃盡。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
但對于實(shí)際的入爐煤，一般只能控制最大粒度限值，對其粒度級配包括其細(xì)組分的構(gòu)成比例往往是由煤的破碎特性和破碎設(shè)備的性能所決定的，對確定的制備系統(tǒng)和特定的煤種，實(shí)際上很難對細(xì)粒度的構(gòu)成比例進(jìn)行控制。
在鍋爐優(yōu)化運(yùn)行期間，與典型的粒度分布相比較，試驗(yàn)入爐煤<lmm細(xì)組分明顯偏高，一般在55%以上。因此建議調(diào)整燃煤粒度，降低<lmm入爐煤份額，使之不超過30-35%，同時(shí)控制最大粒徑不超過8mm，可有效緩解后燃，降低飛灰可燃物及排煙溫度。
四、結(jié)束語
通過以上冷態(tài)試驗(yàn)及熱態(tài)試驗(yàn)等優(yōu)化試驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到了全面檢查和了解鍋爐燃燒系統(tǒng)及輔助設(shè)備的運(yùn)行性能的目的，并積累了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其中的優(yōu)化措施為135MW CFB鍋爐更加安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。
