關于工廠的鍋爐節能改造，循環流化床鍋爐(以下簡稱CFB鍋爐)具有可在爐內進行脫硫的優點,但隨著國家對環保要求的日趨提高,需要嚴格控制鍋爐床溫,并采用較高的鈣硫比,才能保證鍋爐參數基本穩定?內蒙古京泰發電有限責任公司(以下簡稱京泰電廠)300MWCFB鍋爐煤泥摻燒比例達到60%,由于入爐煤水分達17%,使得鍋爐長期以較大風量運行,煙氣量較大?煙氣流速高,導致鍋爐受熱面受沖刷磨損嚴重;而且廠用電率高,排煙溫度也較高,影響CFB鍋爐的長期安全經濟運行?為此,京泰電廠對300MW機組CFB鍋爐進行改造,停運爐內脫硫系統,增加爐外濕法脫硫系統?針對改造后的鍋爐運行方式,對CFB鍋爐進行了低氧量燃燒優化調整。本文即對優化調整過程及效果進行介紹，查看最終節能減排效果。


鍋爐概況

京泰電廠300MW機組CFB鍋爐為東方-鍋爐(集團)股份有限公司生產的1089t/h單布風板?亞臨界?一次中間再熱?自然循環汽包爐,主要由1個膜式水冷壁爐膛?3臺汽冷式旋風分離器和1個由汽冷包墻包覆的尾部豎井(HRA)組成?爐膛內前墻布置12片屏式過熱器管屏?6片屏式再熱器管屏,后墻布置2片水冷蒸發屏?鍋爐共有8個給煤口,沿寬度方向均勻布置于爐前?爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風室,兩側為一次熱風道?6個排渣口布置在爐膛后墻水冷壁下部,分別對應6臺滾筒式冷渣器?爐膛與尾部豎井之間有3臺汽冷式旋風分離器,其下部各布置1臺J形閥回料器,回料器為一分為二結構[1]?


低氧量燃燒優化試驗

京泰電廠300MW機組CFB鍋爐一次風擾動滿足入爐煤初期燃燒用風;在低床壓工況下,二次風噴口區域物料濃度降低,二次風穿透深度加大,爐膛上部氣固混合效果得以提升,有利于提高鍋爐燃燒效率[2],使入爐煤能夠充分燃燒,因而鍋爐具備低氧量運行條件?隨著爐外煙氣濕法脫硫系統的投運(同時停運爐內脫硫系統),床溫有一定的升高空間,有利于采取低氧量運行;在保持低床壓運行的基礎上,通過有效降低運行總風量,控制煙氣流速,可以有效降低鍋爐受熱面磨損程度,為機組的長周期安全穩定經濟運行奠定良好的基礎?

基于以上分析,京泰電廠于2014年3月至5月對300MW機組CFB鍋爐進行低氧量燃燒調整試驗?在300MW?250MW?200MW?165MW負荷下,通過調整總風量分別維持鍋爐氧量在3%?2.5%?2%,記錄不同負荷下鍋爐氧量的變化對鍋爐輔機耗電量?鍋爐床溫?爐內物料循環量?鍋爐燃燒情況及鍋爐效率的影響?保持鍋爐氧量不變,改變一?二次風配比,增大二次風量?降低一次風量,記錄燃燒參數,確定鍋爐合理的一?二次風量運行范圍?


試驗數據分析

在試驗期間,鍋爐排渣情況良好,飛灰?底渣中碳質量分數保持基本穩定并略有下降;鍋爐物料循環正常,帶負荷響應能力不變,各項參數指標正常?鍋爐燃燒優化前,150~300MW負荷對應鍋爐氧量為3.5%~6%;通過低氧量燃燒優化運行后,負荷在150~200MW時控制鍋爐氧量為2%~3.5%;負荷大于200MW時控制鍋爐氧量為2%?具體數據分析如下?

3.1 鍋爐風量

圖1為鍋爐風量變化曲線?由圖1可以看出:滿負荷工況下,一次風風量由326000m3/h減小至307000m3/h;200MW負荷以上時,二次風風量降低100000m3/h?依據鍋爐生產廠家相關數據計算可知,送風量降低100000m3/h可降低爐膛煙氣流速0.4m/s,降低分離器入口區域煙氣流速2m/s[2]?爐膛煙氣流速降低能有效減緩爐膛水冷壁及分離器區域受熱面的磨損沖刷,對實現鍋爐的長周期安全穩定運行具有重要意義[3]?


3.2 鍋爐風機電流

圖2為鍋爐風機電流變化柱狀圖?分析表明,鍋爐低氧量運行時,送?引風系統阻力下降,特別是引風機?二次風機在高負荷工況下電流下降明顯?


爐側風機耗電率較優化前平均下降0.5%左右,按全年發電量3.2TWh?上網電價0.3元/kWh計,每年可節約成本480萬元?

3.3 鍋爐床溫?排煙溫度

如圖3所示,在鍋爐低氧量燃燒優化后,鍋爐床溫呈升高趨勢,平均升高30℃左右;在夏季高負荷工況下,鍋爐排煙溫度得到了有效控制,滿負荷工況下鍋爐排煙溫度由168℃下降至152℃,月平均排煙溫度較同期下降10℃左右;對應煤耗率降低約1.6g/kWh,全年發電量按3.2TWh計,每年可節約標煤約5120t[4];同時減少了省煤器區域的清灰次數,有效減緩了受熱面因吹灰頻繁導致的磨損減薄,保障了省煤器區域受熱面的安全[5]?


3.4 鍋爐灰渣中碳質量分數

CFB鍋爐采取低氧量運行后床溫升高,同時由于煙氣流速減小,燃料在爐內的停留時間相對較長,飛灰?底渣的燃盡率提高?從圖4可以看出,飛灰中碳質量分數由2.7%左右下降至2.5%左右,底渣中碳質量分數也有所下降?


結束語

京泰電廠結合生產系統的運行方式變化,300MW機組實施鍋爐低氧量燃燒優化,有效減緩了CFB鍋爐受熱面的磨損,延長了設備使用壽命;降低了輔機耗電率,減小了排煙熱損失,實現了機組的節能經濟運行?但CFB鍋爐采取低氧量運行存在床溫偏高問題,如燃用煤種灰熔點較低,則鍋爐低氧量運行將受制于床溫?因此鍋爐低氧量燃燒優化需采用1爐1方案,以準確設定鍋爐安全燃燒邊界,實現機組的安全穩定經濟運行?