循环流化床机组运行经济性剖析.doc

华能新乡电厂有限公司#3、4机组系北京机组厂制造的HG-465/13.7-L.PM型循环流化床机组，分别于2003月和2003年12月相继开工运行，因为我公司的两台循环流化床机组投产早、容量大、经验少，自锅炉投产以来曾多次出现问题，影响了锅炉的安全经济运行。在这其间我们小结了大量的经验和教训，采取了众多保证机组安全运行的举措，取得了较理想的疗效，但在经济运行方面与褐煤炉相比还存在较大差别。本文企图从循环流化床机组的几个主要经济指标（燃烧效率、飞灰含碳量、煤耗、风机能耗）方面进行剖析，并依据我公司状况，小结一些增加其经济性的运行调整经验，从而在实际运行中加以推行，充分发挥循环流化床机组的优势。关键词循环流化床机组经济性燃烧效率能耗运行调整序言华能新乡电厂有限公司#3、4机组是北京机组厂生产的465循环流化床机组，机组各热力参数基本能达到设计值，并能满负荷稳定运行，在安全运行基础上，我公司积极座谈循环流化床机组的运行调整和优化运行模式，并进行认真剖析，小结经验教训，积极对设备加以整修，现在两台循环流化床机组的运行经济性有了明显的提升。本文企图从机组设备整修、运行调整等方面进行剖析，小结增加循环流化床机组经济性的有效节能扩建举措，为国外大型循环流化床机组的安全、经济运行提供经验参考和借鉴。

465t/h循环流化床机组概况循环流化床机组主要由窑炉、高温绝热旋风分离器、双路回料阀和尾部对流烟道组成：燃烧室（窑炉）蒸发受热面辅以膜式风冷壁和双面风冷壁，布风装置选用风冷布风板，大半径钟罩式风帽，燃烧室外布置屏式二级过热器和屏式低温再热器；两个半径8.08米的低温绝热旋风分离器布置在燃烧室与尾部对流烟道之间，其回料腿下布置一个阀；尾部对流烟道内布置五级过热器、一级过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器。一、二次风由各自的水泵单独供风，辅以分骨料风：一次风经布风板给入；二次风于窑炉密相区以上、下二次风箱分26个喷管给入；给煤、石灰石系统的密封风均取自二次风，播煤风来自热一次风。循环流化床机组启动选用床上和床下启动燃烧器联合打火启动方法：床上油枪共四只，设计单支最大出力1500kg/h；床下油枪共四只，设计单支最大出力975kg/h，启动燃烧器雾化方式均为蒸气雾化，配用高能电子打火器，燃用#0轻汽油。机组主要参数（见表1）：机组主要参数序号参数单位数值备注过热蒸气压力MPa13.7再热蒸气压力MPa4.0690.5设计值24310排烟气温13811设计煤种新泰褐煤循环流化床机组投产后，经过不断的经验交流和小结，已基本能保证机组的安全运行，连续运行天数可达百日以上，但运行经济性方面与传统的褐煤炉相比却不容豁达，其主要经济指标如风电气耗、飞灰、煤耗、非计划停炉次数、点火耗油量等均不如褐煤炉，提高循环流化机组的运行经济性迫在眉睫。

我公司上下齐努力，从多方面入手，积极探求并总结增加循环流化床机组运行经济性的经验，并取得了明显实效，2005年第三季度的经济指标已显著好于试运早期，其对比疗效见表2。指标名称单位20042005年第三季度9091.7591.193.293.0537.06537.12538.5538.6538.9过热蒸气压力MPa13.2812.739.713.611（滑压）537.1537.08538.8538.5149.04145.55160.414514012.93（有时能达15）13.416.779.619.53电业产率kg/kWh389387375381380水泵能耗kKh/t14.1213.974.9412.0711.94增加循环流化床机组运行经济性的举措3.1运行管理举措在成功保证循环流化床机组的安全运行后，其运行经济性不高的劣势比较显著，为提升其运行经济性，公司设立了专门的运行管理小组，首先在运行管理上加强力度，采取的举措主要有以下几点：3.1.12004年初循环流化床，针对#3、4锅炉刚开工，锅炉非计划停炉次数较差。

从操作技术不成熟、对循环流化床锅炉燃烧特征不了解等方面，组织技术管理和运行人员，到其他兄弟单位学习、搜资，座谈优化运行调整方案并在实际运行中加以验证和推行。3.1.2设立运行预研小组并积极组织专业技术人员，运用学习天、公休天和工作现场，对#3、机组人员进行技术再讲座、再轮训，将公司和其他兄弟单位运行中遇见的异常，按照现象进行剖析成因并制订严防举措，及时将举措编纂给运行人员并在运行中严苛执行。3.1.3将循环流化床机组理论和经验交流会的部分成果吸收、消化，转换为与我们锅炉相适应的技术举措，讲解给运行人员，使所有运行人员深入了解和把握循环流化床机组的原理和调整原则。3.1.4每季度在公司仿真机上组织一次反车祸演练，不断锻练运行人员处理车祸和应变的能通过以上举措，使运行人员理论知识格外丰富、运行调整能力大大增强、事故处理应变能力得到强化，相应锅炉运行水平得到提升。3.2运行技术举措在确保循环流化床机组才能安全稳定运行前提下，我公司对锅炉主要经济指标（如厂用电率、供电产率、锅炉效率等）增强了管理，通过收集资料、多次座谈优化运行调整的方案，拟定多项运行调整举措，并在实际运行中加以验证后重新改进，小结一系列针对循环流化床机组燃烧调整的经验，提出了四项有效的燃烧举措，使循环流化床机组的燃烧经济性得到急剧提高，阐述如下：3.2.1低床压燃烧举措床压的大小是反映炉内床料量多少的参数，只是炉床料量多少的惟一判定根据，其数值又受到负荷、风量、床料细度、煤质、煤种等多诱因的影响，所以床压是循环流化床机组燃烧技术中最重要而又复杂的参数之一。

在机组运行中，床压的测定值会随着机组的负荷、炉内灰的粒径、煤的品质、煤的破碎细度以及风量的调整而变化。所以炉内的床压控制值不是一成不变的，合适的床压控制值应按照大量的运行经验来决定，在不同的机组负荷下，根据床压测定值和水寒风室压力判定炉内床料量的多少，并参考密相区三层床压值对床料细度组成做出正确辨别。控制床压在合理范围内运行，即能保证机组安全运行，又能维持合理且稳定的床温，能够维持较高的炉内燃烧效率。床压过高与偏高的不利影响有以下几点：床压过高：密相区燃烧份额提高，稀相区燃烧份额减小，炉内低温受热面（二级过热器、高温再热器）的对流换热提升，易导致受鳍片壁面超温。床压过低：炉内床料量多，为保证流化的良好性，应当减小一次风量，较大的水泵压头与较大的一次风量使一次水泵能耗过大。大量的一次风量携带灰粒能力大大增强，颗粒大、风速高，使炉内受热面磨蚀严重。因而，床压是一多变而复杂的控制参数，运行中要做到对床料“质”、“量”全面控制，应当符合循环流化床机组燃烧特征及小结诸多的运行经验来综合控制理想的运行值。我公司在运行早期，为保证机组满负荷稳定运行而选用较高的床压运行控制值，结果导致使用较高的流化风量，炉内耐火材料和风冷壁管交界处管壁的磨蚀状况非常严重，被迫停炉次数较差，后经过多次渐渐减少床压运行控制值，并小结剖析每天改变床压值后的运行状况，最终探求出一较合理的运行控制值（6－7kPa），比原控制值（9～11kPa）有了较大升幅的增加，高负荷时控制过高值，低负荷时控制偏低值，在该范围内床压过高、过高的不利影响均得到有效控制。

另外，炉内的床料是大量具备一定粒经分布的颗粒组成，其稳定性决定了机组燃烧的稳定性，所以，在运行中机组灰渣应采取连续或半连续灰渣的运行模式，即勤排少排原则，那样可保持床内料层稳定，避免有效循环颗粒的流失，以保证机组的燃烧稳定性，同时机组的燃烧经济性也得到急剧增强（见表4）。3.2.2缺氧量燃烧举措在循环流化床机组运行早期，对其燃烧控制经验不足，对氧量的控制大多沿用传统烟煤炉的燃烧经验及运行设计说明书，辅以了较大的适量空气系数，氧量O2控制值在4－6%，导致一系列不利影响，如：磨蚀大、床温低、飞灰大、风机能耗大等。经过认真剖析及小结经验，破除固定思维，考虑到循环流化床机组窑炉的密封性好，漏气系数极小，氧量随烟气流向逐渐增加，与传统烟煤炉的氧量随烟气流向因漏气的提高而变大刚好相反，所以增加氧量运行是可行且有利的，在经过多次运行剖析对比，格外否认其正确性。在选用缺氧量燃烧技术后，风量的降低使水泵能耗减少；床温的提升使机组燃烧效率下降、飞灰含碳量增加；风速的降低使磨蚀减低。因而缺氧量燃烧技术的选用大大增加了机组的燃烧经济性（见表4）。3.2.3高窑炉压力燃烧举措为充分发挥循环流化床机组的优势，经充分论证考虑后，窑炉压力的控制先由试运早期的050Pa改进为微正压运行，增加了其运行经济性。

在经过长时间运行后，发觉窑炉压力的控制可以更进一层，将要窑炉压力微正压运行改为+100～+200Pa运行，或将其控制零点改为接近五级过热器的入口烟道处烟气压力，可以最大限度的发挥循环流化床机组的优势，又可充分防止其窑炉与尾部烟道的内、外漏气。增加窑炉压力运行的实验对比见下表3：燃烧调整实验参数对照表序号项目单位调整前调整后备注窑炉压力Pa-30+150上升三过入口烟气压力Pa-590-420上升56.256.3未调整460463先增长后上升457.9/455.7456.4/453.6增长一次风量Nm3/h192265192156未调整总风量Nm3/h431536430426未调整4.1/5.04.1/3.93.4/4.53.5/3.4增长95/8291/80增长10引水泵车速rpm312/445294/425增长11Pa6.36.6上升12窑炉出口水温906909上升13分离器出口水温921922上升14一次水泵电压115/18115/118未变15二次水泵电压75/6774/66增长16水寒风室压力Pa10.310.5上升17排烟气温145.5145.418三过入口烟温783784回落19省煤器入口烟温412412未变20做爱温901911上升21909916上升22起身温915919上升说明：调整前，#3炉各参数稳定运行，将引水泵负压手动调整目标值由-30Pa改至+150Pa总计上升180Pa，其他参数未做任何调整，稳定运行30分钟后，从参数对比表中发觉上升的参数有：蒸发量、床压、床温、分离器出口水温、炉膛出口水温、水寒风室压力；增长的参数有：高温再热器壁温、含氧量、引水泵电压、引水泵车速、二次水泵电压、排烟体温、三过入口烟温。

剖析：窑炉压力上升后，烟气在离开窑炉时灰粒子的扬析作用增强，一次风离开炉内密相区时的夹带作用加强，所以炉内内循环倍率下降，炉内的灰粒子含量上升，其对炉内风冷壁面的传质作用增强，有促使增加炉内的热运用率。同时，灰粒子在炉内的逗留时间延长，其燃尽程度得到提升，燃烧效率上升，飞灰易燃物衰退；另外，飞揭晓膛的灰粒子提高，还有利于增加飞灰易燃物。因在炉内煤燃烧后的糖分不能及时带走，导致窑炉密相区的床温上升，煤的燃烧效率上升。同时，炉内密相区灰粒子之间的碰撞、磨损、爆裂作用因压力的上升而作用增强，因此灰粒子的燃烧效率上升，机组的底渣含碳量减少，机组效率上升。窑炉压力的上升，直接减少引水泵的扭矩、引水泵的电压骤降，其能耗增长；二次风的流动阻力上升，二次风量稍有上涨，导致二次水泵电压骤降，其能耗衰退。在尾部烟道内，因烟气流速的增加，其对流换热作用减小，但同时因步入尾部烟道的烟气气温下降，提高了对流换热作用，在两者共同作用下，排烟气温变化不显著，所以由排烟气温导致的排烟热损失变化不大，而由烟气量的提高带给的排烟热损失增加，因此总的排烟热损失是增加的。尾部烟道的压力升高后，可增加其漏气量循环流化床，既减轻锈蚀又增加引水泵的能耗，既增加尾部烟道的热运用率又提高高温磨蚀的或许性（从省煤器入口处与尾部煤道上方处的氧量偏差约0.4%剖析，其漏气量是比较可观的）。

从以上剖析可以看出：增加窑炉压力运行后，多数参数的变化有促使增加机组的燃烧效率，从增加主要指标剖析：蒸发量的上升说明发煤炭耗增长、锅炉效率上升；引水泵电压、二次水泵电压的增长说明厂用电率增长；从增加机组的燃烧热损失剖析：排烟热损失、不完全燃烧热损失、飞灰易燃物的热损失、底渣含碳量的热损失等均是增加的。因而其特点是显著的，可以较大降幅的提升循流化床机组的运行经济性（见表4）。3.2.4优化煤粒粒径骨料举措循环流床机组的床料内循环及外循环模式降低了灰粒（煤粒）在炉内逗留时间，有促使煤粒熄灭，参与内循环的床料半径约为0.3～1mm，而参与外循环的床料半径约在0.09～0.3mm，他们均能在炉内逗留足够时间而熄灭。在上述范围以外的粗粒子，只好在密相区翻腾，时间过长（10～30min），它会石墨化，反应活性增长而“失活”；而d＜0.09mm的细粒子大部份以飞灰方式一次经过分离器而离开机组，因为逗留时间短，飞灰含碳量也会高。因而，应当按照该煤质的成灰特征，调整入炉煤的细度骨料，尽量降低粒径偏大或偏小的床料，其中，控制入炉煤中d＜0.2mm粒子的份额对增加飞灰含碳量尤为重要。

我公司加强对细碎机的设备管理，减少细碎机效率，降低煤粒采样验血次数，对煤的细度提出了更高的要求：煤的细度大于200μm的不小于25%。通过这种举措合理调整且优化了煤的细度骨料，降低煤粒中过大过小的成分，使煤在炉内的熄灭程度有了较大提升，有效减少了飞灰易燃物（见表5）和底渣含碳量，大大提升了循环流化床机组的燃烧经济性。3.3经济指标剖析3.3.1增加水泵能耗对于典型的循环流化床机组，为适应其燃烧方法的特殊性，在熔池上方布置了高阻力的布风板，并辅有较厚的床料，这就须要水泵有足够的压头将燃烧风送入窑炉内燃烧，一次风电气耗较高；另外，炉内循环物料量大、浓度高，旋风分离器的存在也降低了烟气的流动阻力，因此引水泵的全压也较高，引水泵的能耗也较高。因而，循环流化床机组的水泵能耗相对较高，我公司在试运初的一段时间内水泵能耗高达14.12kwh/t（以蒸发量为估算基数）,为增加水泵能耗我公司采取以下举措:选用四项有效的循环流化床机组燃烧举措即：低床压、低氧量、高窑炉压力、优化煤粒粒径骨料举措，增加机组燃烧效率的同时也减少了水泵能耗。低负荷时选用单水泵运行：因循环流化床锅炉的调峰能力强，常常在较低负荷下运行（50%），一、二次水泵、引水泵的水泵容量裕度大，所以低负荷时积极探求单水泵运行方式，合理分配风量，优化水泵出力，也直接增加了水泵能耗。

在最低负荷时一次水泵、二次水泵、引水泵均为单水泵运行模式。设备整修：因循环流化床锅炉的调峰优势，负荷波动大，水泵调整范围大，因此将引水泵由挡板控制改为液粘控制，改建后引水泵平均运行电压由改建前的113.8A增长到86.7A（2006年上半年数据），有效的缩短了引水泵能耗。灰渣系统改建：将原堪舆联合冷渣器改为辊筒式冷渣器，三台冷渣器水泵退出运行，水泵能耗明显增加，同时还降低了灰渣的牢靠性。经采取以上举措，2006年上半年#3、4炉引水泵能耗完成4.23kwh/t，环比减少0.69kwh/t；一次水泵能耗完成5.51kwh/t，环比减少0.46kwh/t；二次水泵能耗完成2.33kwh/t，环比降低0.01kwh/t；冷渣器流化水泵能耗完成0kwh/t，环比减少0.89kwh/t（见表4）。水泵能耗的增加直接增加了机组的厂用电率。机组主要经济指标对比表序号项目单位试运早期采取举措后kPa8-116-74-62-3窑炉压力Pa50+100～+200113.886.7引水泵能耗kWh/t4.924.23一次水泵出口压力kPa1513一次水泵能耗kWh/t5.975.51二次水泵出口压力kPa11二次水泵能耗kWh/t2.342.3310冷渣器流化水泵能耗kWh/t0.890(改辊筒式冷渣器)11机组燃烧效率9093.212电业产率g/kWh389381133.3.2增加飞灰易燃物飞灰易燃物是循环流化床机组主要功耗指标之一，我公司试运早期，飞灰含碳量较高，经常达到15%左右，因而机组热效率高于保证值，增加飞灰易燃物的举措有以下几点：选用四项有效的燃烧举措即：低床压、低氧量、高窑炉压力、优化煤粒粒径骨料举措，减少机组燃烧效率的同时也增加了飞灰易燃物。

的灰粒多为分离器分离不下去而一次通过分离器的灰粒，与褐煤炉中的灰粒半径为一个数目级，其含碳量与窑炉气温有巨大关系，在确保SO2及NOx排放指标合理的前提下，适当减少床温是增加飞灰含碳量的有效举措，将控制床温由试运初的860增加到900。解决循环流化床机组窑炉中心低氧问题：循环流化床机组的燃烧是分级燃烧，密相区氧量的供给主要是靠一次风，一次风不能满足燃烧用风量，所以在密相区处于还原性氛围中；在稀相区，二次风的补充使其处于氧化性氛围，但稀相区的气固两相流在纵向的混和比较差，所以周围的二氧化碳很难扩散到欠氧区以帮助燃烧，导致欠氧区在狭小通道内向下延展，不促使不完全燃烧产物的熄灭，炉内低氧区高（见图1）。为使低氧区上方增长，前述四项有效的燃烧举措的选用均可缓解炉内扰动条件，使炉内传质、传质过程得到加强，大大缓解炉内缺氧区的分布（见图2），增加了机组燃烧热效率，延长了物料在炉内的逗留时间，并缓解物料燃烧环境，使物料在密相区得以较充分的燃烧，减少了密相区燃烧份额，稀相区的不完全燃烧成分增加，飞灰易燃物得到显著的减少。二次风二次风煤质的控制：煤粒：煤粒渡过大，煤粒表面易石墨化，导致煤粒不能破碎与熄灭，大量大颗粒床料攒够，床料细度减小，为保证床料的流化必降低一次风量，导致燃烧上移；煤粒渡过小，大量细颗粒来不及燃烧就被流化风吹拂，在稀相区燃烧导致稀相区燃烧份额提高。

然而煤细度即不能过大也不能过小。挥发份：煤中挥发份的浓度直接影响挥发份在燃烧室中不同区域的燃烧吸热量，因为挥发份的灰分较高，因此对燃烧份额分布的影响较大。对于高挥发份的易燃煤种来说，其在炉门上部释放的糖分较差，窑炉下部的燃烧份额比较大，还要较高比列的二次风来补充燃料烧尽所需的氧量。在实际运行表现：机组上层床温偏高，运行调整中适当增加一次风量来增加床温，提高一次风率以保证燃烧稳定；对于低挥发份的难燃煤种来说，其糖分较差地释放在熔池下部，窑炉上部的燃烧份额比较大，所以还要较高比列的一次风率来提供一定的氢气并将释放下来的糖分带到熔池下部。在实际运行表现：机组上层床温偏低，运行调整中适当增加一次风率来增加床温，减少二次风率以保证燃烧稳定。我公司因煤炭来源紧张，煤质变化较大，不开滦质的燃烧特征差异大，煤的细度及煤中挥发份、灰份浓度对炉内燃烧载荷影响巨大，所以在运行中及时了解煤质变化状况，并依据不同煤质及时调整运行模式，保持炉内最佳燃烧载荷只是增加飞灰含碳量的有效举措（见表5）。飞灰易燃物剖析对比表序号项目单位采取举措前采取举措后860900一次风量Nm3/h22732317818上二次风量Nm3/h28468*240468*2下二次风量Nm3/h45978*218759*2适量空气系数1.41.1粒径土体mm的份额有时占18%d50=0.6，严控不少于7Pa8～11窑炉压力Pa0～-100＋100～＋200103.3.3降低循环流化床机组的非计划停炉次数开工早期，因为运行经验少，风量配比差别，煤粒径不符合要求等不利诱因，由灰渣困难、受热面磨蚀造成的被迫停炉次数较差。

针对灰渣困难采取的技术举措有：将堪舆联合冷渣器改为辊筒式冷渣器，灰渣疗效良好。针对受热面磨蚀严重采取的举措有：所以，通过采取以上积极举措，因浮渣和锈蚀造成的被迫停炉次数大大降低，同时其他影响机组非计划停炉次数的诱因还有效降低，延长了循环流化床机组的连续运行时间。3.3.4增加循环流化床机组打火耗油量从试运早期对每天打火进行认真对比剖析，从中小结增加打火耗油的经验，主要有以下几点：打火前的打算：打火前炉内加入的初始床料细度由试运初的0～7mm降为0～3mm，长度由试运初的600mm降为500mm，打火早期选用较细的床料可提高炉内床料加热的均匀性和汽油糖分的热运用率，较少的床料可降低加热床料所必需的糖分。保证打火其间油枪的靠谱性：打火过程中每只油枪均能靠谱投用且燃烧雾化良好，保证炉内热源的均匀性。合理投用床上油枪：因窑炉前墙布置二级过热器和低温再热器，为早日提高汽温达汽机冲转条件，投用床上油枪时先投用两只紧靠前墙的油枪，可降低油枪投用时间，同时尽可能的投用两只床上油枪完成打火启动过程，提高其他两只床上油枪的打火风量，提高床上油枪的用油量。投煤操作：床温达投煤条件后，及早投用给煤机且严苛按细则要求脉动给煤，保证床温逐步上升，防止出现床温急剧波动。

增加流化风量和投煤气温：最低流化风量由试运初的129520Nm3/h降为90000Nm3/h，投煤气温由试运初的560降为520。增强运行调整，减轻打火其间何必要的风量，二次风保持最低风量运行，以提高风量带走的糖分损失。及早停油：每天打火小结经验，在保证床温逐步上升的前提下，及时停止油枪运行，降低油枪投用时间，停油时的上部床温由试运初的800降为760。