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摘要：本文通過對300MW循環(huán)流化床鍋爐的介紹，闡述了流化床鍋爐本體及其燃燒系統(tǒng)的布置與運(yùn)行方式，提出了300MW循環(huán)流化床鍋爐在調(diào)試及運(yùn)行中的控制重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐、外置床、回料閥

1 概述

    300MW循環(huán)流化床鍋爐，是引進(jìn)法國ALSTOM公司技術(shù)，哈爾濱鍋爐廠有限公司生產(chǎn)。鍋爐型號(hào)為HG-1025/17.5-L.HM37，該鍋爐系超高壓參數(shù)、單汽包、自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)、半露天島式布置。爐膛寬度15.051m，深度14.703m，高度35.5m。鍋爐采用全密封結(jié)構(gòu)，燃用煤質(zhì)為小龍?zhí)逗置海�設(shè)計(jì)燃煤量226.5t/h。

2 循環(huán)流化床鍋爐原理

    循環(huán)流化床（CFB）鍋爐是八十年代發(fā)展起來的高效率、低污染和良好綜合利用的燃煤技術(shù)，由于它在煤種適應(yīng)性和變負(fù)荷能力以及污染物排放上具有的獨(dú)特優(yōu)勢，使其得到迅速發(fā)展。

2.1燃燒機(jī)理

    循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，是介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式，即通常所講的半懸浮燃燒方式。在循環(huán)流化床鍋爐中,存有大量床料,首次啟動(dòng)時(shí)人為添加床料,在鍋爐運(yùn)行時(shí)床料主要由煤中的灰、未反應(yīng)的石灰石、石灰石脫硫反應(yīng)產(chǎn)物等構(gòu)成。床料在從布風(fēng)板下送入的一次風(fēng)的作用下處于流化狀態(tài)，煤粒、床料及石灰石被煙氣夾帶在爐膛內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，在爐膛的不同高度部分大顆粒將沿著爐膛邊壁下落，形成物料的內(nèi)循環(huán)；較小固體顆粒被煙氣夾帶進(jìn)入分離器，進(jìn)行分離，絕大多數(shù)顆粒被分離下來，一部分通過回料閥直接返回爐膛，另一部分通過外置式換熱器后返回爐膛，形成物料的外循環(huán)；飛灰隨煙氣進(jìn)入尾部煙道。通過爐膛的內(nèi)循環(huán)和爐外的外循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)燃料不斷的往復(fù)循環(huán)燃燒。
    循環(huán)流化床根據(jù)物料濃度的不同將爐膛分為密相區(qū)、過渡區(qū)和稀相區(qū)三部分，密相區(qū)中固體顆粒濃度較大，具有很大的熱容量，因此在給煤進(jìn)入密相區(qū)后，可以順利實(shí)現(xiàn)著火；與密相區(qū)相比，稀相區(qū)的物料濃度很小，稀相區(qū)是燃料的燃燒、燃盡段，同時(shí)完成爐內(nèi)氣固兩相介質(zhì)與蒸發(fā)受熱面的換熱，以保證鍋爐的出力及爐內(nèi)溫度的控制。
2.2脫硫原理
    循環(huán)流化床鍋爐處在830-900℃的工作溫度下，在此溫度下石灰石可充分發(fā)生焙燒反應(yīng)，使碳酸鈣分解為氧化鈣，氧化鈣與煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫進(jìn)行鹽化反應(yīng)，生成硫酸鈣，以固體形式排出達(dá)到脫硫的目的。
石灰石脫硫反應(yīng)方程 CaCO3=CaO+CO2-熱量QCaO+SO2+1/2O2=CaSO4+熱量Q,因此循環(huán)流化床鍋爐可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高效廉價(jià)脫硫，一般脫硫率均在90%以上。同時(shí)，由于較低的爐內(nèi)燃燒溫度，循環(huán)流化床鍋爐中生成的NOX主要由燃料NOX構(gòu)成即燃料中的N轉(zhuǎn)化成的NOX；而熱力NOX即空氣中的N轉(zhuǎn)化成的NOX生成量很小；同時(shí)循環(huán)流化床鍋爐采用分級送風(fēng)的方式即一次風(fēng)從布風(fēng)板下送入，二次風(fēng)分二層從爐膛下部密相區(qū)送入，可以有效地抑制NOX的生成。因此循環(huán)流化床鍋爐中的污染物排放很低。
3 燃用褐煤的優(yōu)勢
該廠設(shè)計(jì)燃用煤質(zhì)為小龍?zhí)睹旱V褐煤，煤質(zhì)特性見表1。
表1：煤質(zhì)特性

    由于該煤質(zhì)收到基水分為30%以上，內(nèi)水高達(dá)11%，經(jīng)過破碎后的煤粒進(jìn)入爐內(nèi)后同860℃左右的熾熱物料接觸，煤粒被迅速加熱，內(nèi)水及揮發(fā)份迅速膨脹析出，導(dǎo)致煤粒爆裂，故燃用該煤質(zhì)時(shí)原煤粒度控制可以放寬至12～15mm；又由于該煤質(zhì)揮發(fā)份含量較高，使煤的著火溫度降低，在流化狀態(tài)下500℃左右就能著火；又由于該煤質(zhì)灰分含量較底，灰渣含量較小，故鍋爐可靠性大為提高；又由于該煤質(zhì)灰分中sio2含量較小，對鍋爐受熱面磨損較輕。綜合以上各點(diǎn)，燃用褐煤的鍋爐具有極大的優(yōu)勢。

4 鍋爐整體布置
    爐膛采用褲衩腿、雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，爐膛內(nèi)蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁及水冷壁延伸墻結(jié)構(gòu)。采用水冷布風(fēng)板，大直徑鐘罩式風(fēng)帽。
    在爐膛上部左右兩側(cè)各布置有2個(gè)高溫絕熱旋風(fēng)分離器，分離器上部為圓筒形，下部為錐形。每個(gè)高溫絕熱分離器回料腿下布置一個(gè)回料閥和一個(gè)外置式換熱器�；亓祥y為氣力式自平衡型，流化風(fēng)用高壓風(fēng)機(jī)供給。每個(gè)回料閥一側(cè)與爐膛相連，另一側(cè)與外置式換熱器相連。分離器分離下來的高溫物料一部分直接返送回爐膛，另一部分通過錐型閥進(jìn)入外置式換熱器，通過調(diào)整錐型閥的開度來控制外置換熱器和回料閥的循環(huán)物料分配。在爐膛兩側(cè)下部對稱布置4個(gè)外置式換熱器�？拷鼱t前的兩個(gè)外置式換熱器內(nèi)布置高溫再熱器和低溫過熱器，這兩個(gè)外置式換熱器的主要作用是用來調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度；靠近爐后的兩個(gè)外置式換熱器內(nèi)布置過熱器I和過熱器II，這兩個(gè)外置式換熱器的主要作用是用來調(diào)節(jié)床溫。
    爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構(gòu)成了循環(huán)流化床鍋爐的物料循環(huán)回路，煤與石灰石在燃燒室內(nèi)循環(huán)往復(fù)接觸，最終完成煤的燃燒及脫硫反應(yīng)。煙氣及細(xì)顆粒飛灰進(jìn)入尾部對流煙道，飛灰由電除塵器收集。
    為了減少燃料對外的散熱及防止受熱面、爐墻的磨損，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部襯有大量的耐磨耐火材料，耐磨耐火材料主要布置在水冷風(fēng)室、燃燒室密相區(qū)、旋風(fēng)分離器、回料閥、外置床及冷渣器內(nèi)部。

①水冷風(fēng)室 ②爐膛 ③分離器入口煙道 ④旋風(fēng)分離器 ⑤回料閥斜腿 ⑥外置床及冷渣器 ⑦分離器中心筒 ⑧分離器出口煙道

5 鍋爐輔機(jī)設(shè)置

5.1煙風(fēng)系統(tǒng)

    鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)配兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，五臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)及兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)。一次風(fēng)的作用是使床料在爐膛內(nèi)流化，一次風(fēng)量占總風(fēng)量的35%； 二次風(fēng)主要是補(bǔ)充燃燒所需的氧量，分上下兩層進(jìn)入爐膛，其中上層布置20個(gè)噴口，下層布置14個(gè)噴口，二次風(fēng)量占總風(fēng)量的52%。高壓流化風(fēng)的作用是使回料閥的返料鼓泡及外置床、冷渣器內(nèi)的床料流化，壓頭要求較高。

5.2點(diǎn)火系統(tǒng)

    鍋爐啟動(dòng)采用床下床上聯(lián)合點(diǎn)火方式。點(diǎn)火油槍床下4只，床上8只。其中床下油槍的熱負(fù)荷占總的12%，床上油槍的熱負(fù)荷占總的10%，床下油槍為壓縮空氣霧化，床上油槍為蒸汽霧化。

5.3給煤系統(tǒng)

    原煤自煤場經(jīng)布置在輸煤皮帶中的兩級碎煤機(jī)破碎后進(jìn)入原煤倉，從原煤倉下落后經(jīng)稱重皮帶式給煤機(jī)和埋刮板式給煤機(jī)到達(dá)爐膛兩側(cè)。給煤分別由前后墻和側(cè)墻進(jìn)入燃燒室中，其中前后墻各布置兩點(diǎn)，左右墻各布置一點(diǎn)。該爐由三級給煤組成，一級配4臺(tái)稱重皮帶式給煤機(jī)，二級配4臺(tái)埋刮板式給煤機(jī)，三級配8臺(tái)螺旋給煤機(jī)。每臺(tái)埋刮板給煤機(jī)設(shè)三個(gè)落煤口，第一、二個(gè)落煤口各配一臺(tái)螺旋給煤機(jī)，前后墻落煤口用熱二次風(fēng)密封，兩側(cè)墻落煤口用冷一次風(fēng)密封。兩條埋刮板給煤機(jī)相同位置落煤口兩兩混合后由同一點(diǎn)進(jìn)入爐膛。

    左右側(cè)墻給煤點(diǎn)設(shè)有播煤風(fēng)和密封風(fēng)，播煤風(fēng)由一次熱風(fēng)供給，落煤口用一次冷風(fēng)密封；前后墻落煤口用二次熱風(fēng)密封，給煤機(jī)用二次冷風(fēng)密封。煤粒通過給煤系統(tǒng)進(jìn)入爐膛后，在一次風(fēng)作用下處于流化狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。所以，循環(huán)流化床爐膛內(nèi)為正壓燃燒區(qū)。

5.4灰渣排放系統(tǒng)

    燃燒完全后的爐渣從布置在燃燒室密相區(qū)下部的排渣口排出，經(jīng)冷渣器冷卻到150℃后經(jīng)輸渣系統(tǒng)運(yùn)走。排渣量的大小通過錐形閥的開度來控制，以保持床壓、床溫在允許范圍內(nèi)。

5.5石灰石系統(tǒng)

    兩臺(tái)爐共設(shè)置一座石灰石粉庫，幾何容積為1200 m3，配置兩個(gè)出料口，每個(gè)出料口設(shè)置一臺(tái)倉泵。每臺(tái)爐設(shè)置一個(gè)石灰石粉倉，幾何容積為101 m3，布置在主廠房煤倉間內(nèi)，每個(gè)石灰石粉倉配置2個(gè)出料口，每個(gè)出料口設(shè)置一臺(tái)石灰石粉混合器及一臺(tái)石灰石輸送風(fēng)機(jī)。

6 鍋爐調(diào)試及運(yùn)行中的控制重點(diǎn)

6.1結(jié)焦預(yù)防控制

    循環(huán)流化床鍋爐是靠床底部的一次風(fēng)把物料流化并循環(huán)燃燒，其循環(huán)回路分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。內(nèi)循環(huán)是在爐膛內(nèi)完成的，其流化動(dòng)力是一次風(fēng)；外循環(huán)是在分離器、回料閥、外置床內(nèi)完成的，其流化動(dòng)力是高壓流化風(fēng)。床面結(jié)焦，主要是指布風(fēng)板上的物料因?yàn)榱骰�不良、超溫結(jié)焦。

（1）流化不良的預(yù)防方法：

①必需保證布風(fēng)板風(fēng)帽小孔的暢通，這就要求在加床料之前把風(fēng)帽小孔及床面清理干凈；

②運(yùn)行后一次風(fēng)量必需大于臨界流化風(fēng)量；

③升溫升壓過程中，控制升溫速度，防止?fàn)t內(nèi)耐磨耐火材料脫落堵塞風(fēng)帽；④原煤粒度控制在6～10mm之間，避免因?yàn)樵�煤粒度過大流化不良；

⑤控制燃煤中矸石及鐵塊的含量，定期將大顆粒物料排除，確保流化良好。

⑥在升負(fù)荷及調(diào)整過程中，加煤和調(diào)風(fēng)不能猛增猛減。

（2）超溫結(jié)焦的預(yù)防控制方法：

①由于小龍?zhí)逗置夯易冃螠囟葍H1060℃，因此床溫不能控制過高，運(yùn)行時(shí)控制床溫在860℃—900℃之間；爐膛布風(fēng)板床溫控制靠調(diào)整外置床返料量和密相區(qū)物料高度來實(shí)現(xiàn)；回料閥布風(fēng)板、外置床布風(fēng)板、冷渣器布風(fēng)板床溫靠調(diào)整高壓流化風(fēng)量及床料量來實(shí)現(xiàn)。

②控制合理的床壓，防止燃煤直接接觸風(fēng)帽造成燃煤堆積爆燃超溫結(jié)焦。

③點(diǎn)火啟動(dòng)階段，控制合理油槍配風(fēng)，保證燃油完全燃燒，避免未燃盡油霧沾附在煤粒上造成結(jié)焦。

6.2兩床失穩(wěn)預(yù)防控制

    由于此鍋爐爐膛為褲衩形，布置了雙布風(fēng)板、雙燃燒室，床下燃燒器分別布置在兩布風(fēng)板下，床上油槍分別布置在兩燃燒室密相區(qū)下部，給煤點(diǎn)分別布置在兩燃燒室上部，每側(cè)兩套給煤系統(tǒng)。所以，如果兩側(cè)燃燒負(fù)荷如存在較大的偏差，就可能導(dǎo)致兩床失穩(wěn)，引起床壓波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)影響機(jī)組安全運(yùn)行。在運(yùn)行中，應(yīng)從以下方面加以重視：

（1）運(yùn)行中給煤、返料量、排渣控制合理，保證兩側(cè)床壓一致。
（2）給煤量調(diào)整時(shí)應(yīng)將各點(diǎn)給煤均勻，使燃煤在整個(gè)床面分布均勻，如一側(cè)給煤量減少時(shí)，應(yīng)立即減少另一側(cè)給煤量，控制爐膛兩側(cè)床壓偏差小于2.5kPa。
（3）爐膛兩側(cè)外置床返料量調(diào)整基本一致，避免因?yàn)榉盗狭科�差而產(chǎn)生床溫床壓偏差。
（4）調(diào)整爐膛兩側(cè)風(fēng)量及給煤量，使兩側(cè)床溫及一次風(fēng)量均衡。

6.3汽溫超溫預(yù)防控制

    由于小龍?zhí)逗置猴w灰容重較�。�0.85t/m3），導(dǎo)致稀相區(qū)飛灰份額增大，爐內(nèi)熱量分配與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)偏差，因此應(yīng)加強(qiáng)各風(fēng)量、減溫水量和外置床的控制，防止過熱汽溫和再熱汽溫超溫事故發(fā)生。在調(diào)試及運(yùn)行中，應(yīng)從以下方面加以重視：

（1）運(yùn)行中升降負(fù)荷時(shí)要緩慢進(jìn)行，升負(fù)荷加煤時(shí)操作幅度不能過大，且應(yīng)先加風(fēng)后加煤，減負(fù)荷減煤時(shí)操作幅度也不能過大，應(yīng)先減煤后減風(fēng)，并采用少量多次的方式進(jìn)行。給煤機(jī)斷煤時(shí)應(yīng)立即減少一次風(fēng)量，防止煤粒在分離器內(nèi)燃燒，造成分離器出口煙溫升高，導(dǎo)致過熱器、再熱器汽溫超溫�；謴�(fù)后加煤加風(fēng)速度不能過快，保證給煤著火迅速。
（2）由于小龍?zhí)逗置簝?nèi)水含量較高，雖然熱爆特性較好,仍應(yīng)控制入爐煤粒度在8～10mm之間。
（3）合理調(diào)整外置床流化風(fēng)量，防止外置床流化不良結(jié)焦，造成過熱器、再熱器汽溫超溫。合理調(diào)整外置床進(jìn)料量，控制外置床內(nèi)各級過熱器、再熱器進(jìn)出口汽溫在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
（4）調(diào)整一次風(fēng)量大小，以使?fàn)t膛濃相區(qū)和稀相區(qū)熱量分配合理，控制爐膛出口煙溫，保證尾部煙道過熱器、再熱器管換熱系數(shù)合理，避免因換熱系數(shù)過大而超溫。
（5）加強(qiáng)尾部受熱面吹灰，減少積灰及煙溫偏差形成的汽溫超溫。
（6）高加停用及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)注意調(diào)整減溫水量和入爐一、二次風(fēng)量的大小。
（7）運(yùn)行中可適當(dāng)增大床壓，增大爐內(nèi)灰濃度，保證合理的爐膛吸熱量。

6.4堵煤預(yù)防控制

    循環(huán)流化床鍋爐無煤粉制備系統(tǒng)，粗、細(xì)碎煤機(jī)將原煤破碎成6～8mm的煤粒后進(jìn)入原煤斗，再通過給煤機(jī)直接進(jìn)入爐內(nèi)。由于破碎后的煤粒表面積增大，加之小龍?zhí)逗置喝�水分高達(dá)30%，內(nèi)水分高達(dá)11%，極易在碎煤機(jī)、原煤斗、給煤機(jī)落煤口等部位發(fā)生堵煤現(xiàn)象。堵煤時(shí)將直接危及鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，主要故障有：

（1）原煤破碎設(shè)備堵塞：原煤破碎設(shè)備堵塞是指原煤粘在破碎機(jī)出口及入口管道上，導(dǎo)致下煤不暢輸煤中斷，或原煤粘在破碎機(jī)內(nèi)部導(dǎo)致破碎機(jī)堵塞；

（2）原煤斗堵煤：原煤斗堵煤是由于破碎后的煤粒在原煤斗內(nèi)受到擠壓，導(dǎo)致在原煤斗內(nèi)搭橋下煤不暢；且原煤斗設(shè)計(jì)為方形，原煤和煤斗之間的接觸面積增大，下煤阻力增大導(dǎo)致原煤斗堵煤；

（3）落煤口堵煤：進(jìn)入落煤口的煤粒由于受到回灰的加熱，導(dǎo)致煤粒中外水分大量蒸發(fā)，上升水蒸汽在落煤口聚集并冷凝成水滴，最終導(dǎo)致煤粒搭橋堵塞落煤口。

（4）運(yùn)行中不但要加強(qiáng)給煤設(shè)備的監(jiān)視及維護(hù)，還要注意以上區(qū)域是否堵煤，如發(fā)生堵煤應(yīng)及時(shí)疏通，在給煤恢復(fù)后應(yīng)注意燃燒及汽溫的控制。

6.5耐磨耐火材料脫落預(yù)防控制

    由于循環(huán)流化床鍋爐在風(fēng)道燃燒器、水冷風(fēng)室、爐膛、旋風(fēng)分離器、回料閥、外置床、冷渣器內(nèi)襯有大量耐磨耐火材料，如溫升控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致耐磨耐火材料脫落，影響物料流化及鍋爐安全運(yùn)行。為防止耐磨耐火材料脫落，首先安裝時(shí)應(yīng)保證安裝質(zhì)量，烘爐時(shí)嚴(yán)格按照耐磨耐火材料溫升曲線進(jìn)行烘烤，并把水分烘烤到2%以下；點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)保證爐膛整體溫升及各部分局部溫升小于100℃/h，并注意各風(fēng)量配比合理，避免局部超溫。