CFB锅炉热效率偏低原因分析及优化

【摘 要】循环流化床锅炉即CFB锅炉，是一种低污染清洁燃烧技术，得到广泛应用，但是运行中暴露出不少问题，其中热效率偏低就是影响其应用效果最大的一个问题。本文结合具体事例，就CFB锅炉热效率偏低原因进行了分析，并结合CFB锅炉运行规律，给出了相应的优化措施，对CFB锅炉的经济运行有一定的指导意义。

【关键词】CFB锅炉；热效率；粒度控制；一次风；二次风；优化

循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术作为一种低污染的清洁燃烧技术，不仅可以大幅度减少NOX的排放、还具有炉内加入脱硫剂后易于实现脱除SO2的技术优势，同时具有优越的调峰经济性、良好的煤种适应性和劣质煤燃烧的可靠性，因此，CFB在国内外发电行业中受到重视，得到了广泛的应用。但在实际运行中，CFB锅炉热效率一般不高，原因也相当复杂。本文结合具体案例，总结了CFB锅炉热效率偏低的几个原因，并且对其进行了初步的分析，找到了一些优化措施。

某高温高压循环流化床锅炉，2007年9月试运行。以煤为原料，采用燃油床下自动点火方式引燃床料，用来生产蒸汽，260t・h-1循环流化床锅炉膜式水冷壁管设计规格为（左右侧水冷壁管设计规格为：2×82-Φ51×5mm，前、后水冷壁管设计规格为：2×109-Φ60×5mm，管子材质为20G，水冷屏管子规格为3×22-Φ60×5mm，管子的材质为20G）。其流程示意图如图1。

图1 CFB锅炉示意图

运行较好的大容量CFB锅炉（Q≥220t・h-1）平均热效率在87%～90%，运行一般的在84%左右，个别锅炉甚至低于80%，因此提高锅炉运行效率，将有助于节能降耗，大大提升经济效益。

1.CFB锅炉运行热效率偏低原因分析及优化

造成CFB锅炉运行热效率偏低的原因很复杂，既与煤质特性和燃料颗粒有关，也与CFB锅炉的总体设计参数（炉膛高度、流化速度、分离器形式和分离效率、物料循环效率等）有关，还与锅炉运行工况和操作人员技能水平等有关。本文就现实操作中调节优化的几个原因分析，并找出规律进行优化。

1.1燃煤粒度控制

燃煤粒度大小直接影响燃烧时间、各部分燃烧份额及物料的流化特性。粗颗粒较多时大量物料沉积于炉膛下部，参与循环的物料减少，密相区燃烧份额过大，使燃烧和传热恶化，密相区由于大量热量聚集而容易引起结焦，若防止结焦就要减少给煤量。同时粗颗粒较多时，床层物料变厚、阻力加大，所需一次风量加大，如果调节不及时或风机负荷限制，必然大大降低燃烧效率。

若细颗粒较多，颗粒随气流上扬，造成二次风上部燃烧份额增加，带出炉膛的物料增加，烟气中的含尘量增高，同时旋风除尘器返料量增加，为控制床温需增加一次燃烧量，也就增加了飞灰、排灰的含碳量，同样降低了燃烧效率。

不同粒径的煤粒，有不同的临界流化速度和终端速度。燃料中0.8mm以下的煤粒进入炉膛后很快被烟气带出床层，飞灰中的碳主要来自这一部分细颗粒，颗粒随烟气直接飞出造成飞灰含碳量偏高。为使粗颗粒不沉积，保证流化良好，同时又避免细颗粒随烟气直接飞出，这就需要合适的粒度。根据国泰公司实际CFB锅炉操作经验总结出燃料煤粒度为：最大粒度12mm，

为此，采取以下措施：首先，在采购燃料时配备一些块煤，做到粗细搭配；其次，在制备燃料过程中优化筛分破碎系统，将破碎机筛网规格由8mm放大到12mm，避免二次破碎，减少细颗粒的产生，并可降低破碎机电耗。同时，调整播煤风量，控制燃煤在炉内的撒播均匀度，有利于燃料的迅速加热和着火。

1.2较高的炉床温度

分析UG-260/9.8-M2型CFB锅炉的运行，并对记录数据进行计算，发现炉床温度在920～950℃时，燃烧效率随炉床温度的增加而缓慢增加；当炉床温度高于950℃时。燃烧效率随炉床温度的增加明显提高；炉床温度超过1050℃则比较容易结焦。这表明CFB锅炉炉床运行温度对混煤的燃尽有重要影响。提高燃烧温度，不仅可以直接提高混煤的反应速度，减少细颗粒煤的燃尽时间；还可以增加颗粒破碎的剧烈程度，从而增加颗粒燃烧的表面积，加快颗粒的燃烧速度和燃尽程度。多年的运行实践表明，CFB锅炉在正常运行时，炉床温度一般维持在950～1000℃（设计值为820～930℃），炉膛出口温度控制在1000℃左右，整个炉膛维持均衡的高温，能加大挥发分的析出速度，加快煤粒的着火及燃烧，从而达到较高的燃烧效率。

1.3适当的过量空气系数

锅炉的燃烧是指燃物同空气中的氧气发生激烈的化学反应，并使燃物迅速良好地燃烧以求将化学能最大限度的转化为热能的过程。而燃烧的好坏与送入炉内的空气量有很大关系，若空气量偏低，由于氧气偏低造成燃烧损失，空气量过多，会使炉膛温度下降，对着火燃烧不利，同时增大尾气排烟量，造成排烟热损失。所以保持合适的空气量是保证完全燃烧的重要条件。

运行实践证明，在一次风量保持不变的条件下，飞灰可燃物含量随着过量空气系数λ的增加而降低，其中当1.22≤λ

所以，运行中要正确监视氧量表和风压表，及时调节，保持1.25≤λ≤1.30，维持炉膛负压在0～+30Pa左右。同时，检查并消除锅炉漏风，封堵泄漏的空气预热器管子。

1.4适当的一、二次风配比

一次风的作用主要是使床料保持良好的流化工况，且提供燃料燃烧所需的氧气。二次风的主要作用是增大烟气的扰动，减少炉膛内的热偏差，从而降低床温，提高炉膛出口烟温，同时也提供燃烧所需的氧气。风量的大小要合适，风量过大，易使过量空气系数增大，导致排烟热损失增加。

综合分析锅炉运行记录发现，维持过量空气系数λ和上下二次风比不变时，随着二次风率的增加，飞灰含碳量开始明显下降，当二次风率超过0.36后，飞灰含碳量降低速度趋缓并存在最低值，二次风率大于0.42后，飞灰含碳量缓慢上升。保持λ和二次风率不变，随着上下二次风比的增加，飞灰含碳量开始明显降低，当上下二次风比超过0.8后，飞灰含碳量下降速度趋缓并出现最低值，当上下二次风比超过1.2时，飞灰含碳量略有上升。

后期燃烧需要有更多的氧，而较高的二次风率和上下二次风比可使二次风的穿透深度基本达到中心的缺氧区域，炉内烟气得到比较充分的混合和搅拌，增加了炉膛上部稀相区氧气的浓度和扩散能力，强化了细颗粒的燃烧，对煤在CFB锅炉中的燃烧和燃尽有促进作用，提高了细炭颗粒的燃尽率，飞灰含碳量明显降低，同时也可有效抑止氮氧化物生产。然而，过高的二次风率和上下二次风比，不仅使密相燃烧区缺氧情况更加严重，还使一些细小颗粒进入炉膛后容易很快被烟气以扬析和夹带形式带出，缩短这些细小粒子在炉膛内的停留时间。尤其旋风分离器无法分离出的细小颗粒没有充分燃尽，增加了飞灰含碳量。所以，运行中保持二次风率在0.36～0.42，上下二次风比为0.8～1.2，可达到较佳的燃烧效果。

1.5合理的料层厚度

通过分析UG-260/9.8-M2型CFB锅炉的运行实践，可知密相区料层厚度对燃烧的稳定性和燃烧效率有很大关系。维持恰当的料层高度，炉床蓄热量较大，床温相对稳定，无烟煤粒和回料灰中的碳粒能迅速加热和燃烧。若料层太厚，不仅增大风机电耗，还增大气泡尺寸和扬析损失，甚至造成局部燃烧区域的氧量不足，影响流化效果和燃烧效率。料层过薄，则会导致燃烧工况不稳定，缩短了燃料在床内的停留时间，飞灰可燃物含量增大。对于燃用混煤UG-260/9.8-M2型CFB锅炉，一次风室压力控制在9.5～10.5kPa时燃烧效果最为理想。

1.6确保回料畅通

固体颗粒循环量决定着床内固体颗粒浓度，而固体颗粒浓度对CFB锅炉的燃烧、传热和脱硫起很大的作用，所以保证循环物料的稳定和畅通是CFB锅炉正常运行的基础。CFB锅炉停运和检修后，把回料立管的存灰排放干净，并检查回料装置内没有脱落的浇注料、细小焦块等。在锅炉启动时就投入回料，将由于炉膛燃烧温度低而没有燃尽且被分离器收集的煤粒送回到炉膛燃烧，避免大量高含碳量的回料灰冲入炉膛造成炉床结焦或熄火。正常运行时，回料装置的配风严格按照要求，回料温度维持在540～560℃（设计值550℃），与分离器进口烟温基本同步，从而保证炉内有较高的物料浓度和燃烧强度。性能良好的回料系统对床温起到一定的调节作用。

2.结论

综上所述，循环流化床（CFB）锅炉燃烧技术已经被证明是一种低污染的清洁燃烧技术，虽然目前还存在了不少影响其经济运行的因素，但只要我们足够重视，优化运行条件，采取措施，是可以将CFB锅炉的热效率提到最佳，保持供热效果、节能降耗。

【参考文献】

[1]谭海忠.循环流化床锅炉燃料颗粒度对流化燃烧的影响[J].山西电力，2004（02）.

[2]宋波.循环流化床锅炉燃烧系统热效率优化控制研究[D].厦门大学，2008.