CFB鍋爐乃循環(huán)流化床鍋爐之簡(jiǎn)稱，以燃料適用性強(qiáng)、燃燒效率高、NOx排放量低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為電廠電力生產(chǎn)過程中的首選鍋爐類型。但在CFB鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐過程中，受人員操作、運(yùn)行環(huán)境、設(shè)備性能、運(yùn)行機(jī)理等諸多因素的影響，易產(chǎn)生受熱面磨損嚴(yán)重、排渣不暢、飛灰含碳量高、煙氣SO2波動(dòng)大等問題，不僅會(huì)影響鍋爐燃燒效率，還會(huì)增加污染物排放，甚至產(chǎn)生安全事故。因此，以鍋爐的安全可靠運(yùn)行以及污染物的排放達(dá)標(biāo)為基礎(chǔ)，根據(jù)CFB鍋爐的工作原理和運(yùn)行規(guī)律，對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行控制，提高鍋爐燃燒效率，使鍋爐各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)化，對(duì)于發(fā)電廠而言具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)影響鍋爐燃燒效率的主要因素，從溫度、風(fēng)量、返料量等方面提出CFB鍋爐的燃燒控制具體方法，可為CFB鍋爐運(yùn)行實(shí)踐提供重要參考。

1 關(guān)鍵參數(shù)控制

溫度是影響CFB鍋爐燃燒效率的關(guān)鍵參數(shù)之一，主要包括料層溫度和返料溫度兩個(gè)方面控制。

1.1 料層溫度

料層溫度直接決定著脫硫效率及石灰石利用率。若燃燒溫度較低，石灰石煅燒速度減慢，可供反應(yīng)的表面積減少，將降低脫硫反應(yīng)速率，難以實(shí)現(xiàn)有效脫硫;若燃燒溫度過低，脫硫反應(yīng)幾乎無(wú)法進(jìn)行，導(dǎo)致低溫結(jié)焦及滅火;若燃燒溫度過高，反應(yīng)速率雖然較高，但脫硫效率反而降低，容易產(chǎn)生流化床體結(jié)焦停爐事故。這就意味著控制好脫硫反應(yīng)溫度是提高脫硫效率的基本前提。因此，通過對(duì)CFB鍋爐運(yùn)行過程中料層溫度的監(jiān)控和調(diào)整，將脫硫反應(yīng)溫度控制在合理范圍內(nèi)，是提高CFB鍋爐燃燒效率的有效途徑。結(jié)合大量CFB鍋爐運(yùn)行實(shí)踐，綜合考慮石灰石品種、粒徑、煅燒條件等因素，最佳的脫硫反應(yīng)溫度為850℃～900℃，需以此為參照動(dòng)態(tài)控制料層溫度。

例如，若料層溫度超過950℃，應(yīng)通過給煤量和返料量的減少，以及一次風(fēng)量的增加來(lái)降低料層溫度;若料層溫度低于800℃，在確保非斷煤?jiǎn)栴}的前提下，通過給煤量和返料量的增加，以及一次風(fēng)量的減少來(lái)升高料層溫度;若料層溫度低于700℃，需做壓火處理，在探明溫度降低原因及排除相關(guān)故障后重新啟動(dòng)即可。

1.2 返料溫度

返料溫度的理想值是比料層溫度高20℃～30℃，不僅可以保證CFB鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，還可以對(duì)燃燒過程起到調(diào)節(jié)作用。CFB鍋爐運(yùn)行時(shí)，需實(shí)時(shí)監(jiān)視返料溫度，防止因?yàn)榉盗蠝囟冗^高而產(chǎn)生結(jié)焦問題，盡量將返料溫度控制在1000℃內(nèi)。返料溫度的控制方法與料層溫度類似，可以通過給煤量及返料風(fēng)量的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，返料溫度過高，可通過給煤量的減少及返料風(fēng)量的增加來(lái)調(diào)節(jié)，并對(duì)返料器通暢情況進(jìn)行檢查。

上述對(duì)料層溫度和返料溫度的有效控制，是以二者溫度值的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的。因此，合理布設(shè)和選擇溫度測(cè)量元件尤為關(guān)鍵。一般而言，應(yīng)在CFB鍋爐爐膛燃燒室內(nèi)的密相區(qū)分層布置多支熱電偶，并選用耐磨、防堵、易維護(hù)、穩(wěn)定性 好、靈敏性高的檢測(cè)元件。

2 風(fēng)量控制

CFB鍋爐床溫密切關(guān)聯(lián)著脫硫效果及NOx排放濃度，通過床溫的合理控制，不僅可以避免結(jié)焦問題，還可以提高燃燒效率。床溫受諸多因素的影響，主要有燃料量、風(fēng)量、石灰石量等。若通過燃料量的增減來(lái)調(diào)節(jié)床溫，易引起鍋爐主蒸汽壓力的波動(dòng);而若通過石灰石量的增減來(lái)調(diào)節(jié)床溫，又會(huì)增加污染物排放，同時(shí)產(chǎn)生床壓波動(dòng)。這時(shí)唯有通過風(fēng)量控制來(lái)實(shí)現(xiàn)床溫的有效調(diào)節(jié)。

風(fēng)量控制主要涉及一次風(fēng)量控制和二次風(fēng)量控制兩方面的內(nèi)容，且基于CFB鍋爐燃燒效率的提高需求，對(duì)風(fēng)量控制的精準(zhǔn)性提出了更高的要求。一般風(fēng)量控制的原則是在一次風(fēng)量滿足流化的前提下，相應(yīng)地對(duì)二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因?yàn)橐淮物L(fēng)量大小密切關(guān)系著流化的質(zhì)量。CFB鍋爐運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)量控制一般以不同料層厚度下的臨界流化風(fēng)量曲線為下限，若風(fēng)量低于此值，流化質(zhì)量不理想，容易產(chǎn)生結(jié)焦問題。二次風(fēng)量控制主要以煙氣中的含氧量為依據(jù)，應(yīng)將含氧量控制在3%～5%。若含氧量過高，則風(fēng)量過大，會(huì)增加鍋爐的排煙熱損失;若含氧量過小，又會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒損失。在CFB鍋爐運(yùn)行過程中，如果總風(fēng)量不夠，應(yīng)適當(dāng)增加鼓引風(fēng)量，并對(duì)一、二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，合理控制一、二次風(fēng)量的比例，盡量維持在5∶5或6∶4，避免一次風(fēng)量低于二次風(fēng)量，進(jìn)而保證爐膛內(nèi)流化的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化燃燒。

目前的風(fēng)量控制系統(tǒng)就是基于上述原理實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，總風(fēng)量指令經(jīng)過一、二次風(fēng)量配比后由鍋爐床溫修正。蒸汽流量函數(shù)生成氧量指令，并經(jīng)氧量調(diào)節(jié)器修正，分兩路輸出上、下二次風(fēng)指令。以遠(yuǎn)程控制的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)CFB鍋爐煤量、風(fēng)量的調(diào)整和控制，進(jìn)而保證鍋爐在各負(fù)荷工況下的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

另外，若入爐煤中揮發(fā)分較大，應(yīng)通過增大噴口直徑、提高風(fēng)速、提高噴入點(diǎn)位置等方法來(lái)提高二次風(fēng)的穿透力，使煙氣得到充分混合，以減少不完全燃燒損失。

3 其他主要因素

在CFB鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐中，入爐煤質(zhì)量、循環(huán)系統(tǒng)需要的返料量以及NOx、SO2排放濃度等都需要合理控制，方可達(dá)到CFB鍋爐運(yùn)行的預(yù)期目標(biāo)。

3.1 入爐煤質(zhì)量控制

入爐煤煤質(zhì)、粒徑及給煤方式等均會(huì)對(duì)燃燒效率產(chǎn)生影響，甚至是帶來(lái)操作上的困難，縮短鍋爐運(yùn)行周期。因此，對(duì)入爐煤的控制也是提高燃燒效率的重要手段。煤的揮發(fā)分是決定其燃盡特性的主要因素，揮發(fā)分越高，就越利于快速燃盡。但要注意的是，當(dāng)揮發(fā)分高、灰分低、熱崩裂性強(qiáng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大粒徑，以避免床壓過低、運(yùn)行不穩(wěn)定、尾部超溫等問題的出現(xiàn)。另外，煤粒粒徑過大，會(huì)影響煤與空氣的充分混合，降低燃燒效率，更嚴(yán)重地影響流化狀態(tài)，產(chǎn)生結(jié)焦而被迫停爐;而煤粒粒徑過于粉細(xì)，又會(huì)增加鍋爐熱損失，嚴(yán)重時(shí)造成返料器結(jié)焦，不利于鍋爐正常運(yùn)行。因此，煤粒粒徑的過大或過細(xì)都會(huì)影響鍋爐燃燒效率。一般情況下，應(yīng)將煤粒粒徑控制在0～8mm，并且要占據(jù)總煤粒的65%以上。同時(shí)，粒徑分布的不合理會(huì)增加密相區(qū)的停留數(shù)量和時(shí)間，導(dǎo)致床溫過高，對(duì)帶負(fù)荷產(chǎn)生不利影響。

3.2 返料量控制

CFB鍋爐物料循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鍋爐燃燒效率起著決定性作用。返料灰實(shí)質(zhì)上是一種熱載體，具有較高傳熱系數(shù)，通過返料量的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)料層溫度和爐膛差壓的優(yōu)化，進(jìn)而調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。另外，返料量密切關(guān)系著分離器的分離效率，而分離效率的提高又會(huì)增大鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)富裕量，使操作更為順暢。因此，對(duì)返料量的控制可有效提高鍋爐運(yùn)行效率。一般可通過返料風(fēng)量、返料風(fēng)壓和回料立管壓力的調(diào)節(jié)來(lái)控制返料量，其中以風(fēng)量控制為主。高負(fù)荷時(shí)，合理控制一、二次風(fēng)配比;低負(fù)荷時(shí)，保證一次風(fēng)滿足最小臨界流化風(fēng)量要求。

3.3 NOx、SO2排放濃度控制

CFB鍋爐燃燒效率的提高是以節(jié)能環(huán)保為前提的，《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)對(duì)CFB鍋爐NOx、SO2的排放標(biāo)準(zhǔn)做出了明確規(guī)定。因此，必須將NOx、SO2的排放濃度控制在一定范圍，甚至是近零排放標(biāo)準(zhǔn)。除了布設(shè)爐外脫硫設(shè)施外，還需采取一定的控制手段。

SO2排放濃度的控制，主要通過床溫降低、石灰石量增加、氧量提高、床壓和爐膛差壓蓄高等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，可參照表1數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。NOx排放濃度的控制主要依靠脫硝裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，分離器入口煙溫應(yīng)控制在850～1100℃，并適當(dāng)提高氨水噴射量及氨水濃度。另外，在滿足脫硫工況的基礎(chǔ)上，氧量降低及還原性氣氛增加也是行之有效的辦法。

4 結(jié)語(yǔ)

CFB鍋爐燃燒控制是一個(gè)系統(tǒng)性、綜合性的過程，受諸多因素的影響，且各要素之間又是相互影響和制約的。因此在CFB鍋爐運(yùn)行實(shí)踐中，對(duì)于燃燒控制方法的選擇，必須以CFB鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行為前提，綜合考慮環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等指標(biāo)，整體提高CFB鍋爐燃燒效率。

文獻(xiàn)信息

王鵬輝,潘彬彬. CFB鍋爐燃燒控制策略的實(shí)踐性探索[J]. 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新,2016,03(06):1236-1238.

原標(biāo)題:CFB鍋爐燃燒控制策略的實(shí)踐性探索