锅炉若干种燃烧问题的分析与处理

张利珍

(太原锅炉集团有限公司，山西 太原 030021)

引 言

CFB锅炉是目前商业化性能最好的清洁煤燃烧锅炉，随着国家大幅度调低锅炉污染排放环保指标，锅炉污染排放物控制成本显著加大。根据GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》要求，在用和新建燃煤锅炉的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放均要达到超低排放ρ(SO2)<50 mg/m3；ρ(NOx)<35 mg/m3；ρ(烟尘)<5 mg/m3；ρ(汞及化合物)<0.03 mg/m3(以上皆为标态、干基、6%含氧量烟气指标)[1-2]。

国家严格的环保标准，要求用户一方面需不断加大设备投入，配套相应脱硫脱硝装置进行烟气治理，另一方面也需从锅炉结构设计和运行方式上作出必要的改造和调整，去降低污染物的初始排放，从而降低烟气脱除污染物成本。低氧量、低床温是循环流化床锅炉应对低排放的通行运行工况。在实际生产实践中，有的锅炉片面地追求超低排放环保性能，设计床温偏低，在运行方式上，采用一些以期直接达到低排放效果的操作方法，大幅降低一次风量，实际运行效果反而使锅炉燃烧状况出现了严重问题，从而制约了锅炉连续、稳定、节能及环保运行。

1 某用户锅炉运行现状

1) 江苏泰州某热电厂安装的一台300 t/h循环流化床锅炉，投运后在额定负荷条件下显示床温偏低，低负荷运行时床温更低，底渣及飞灰含碳量均偏高。锅炉主要技术规范见表1，锅炉总图见图1。

2) 锅炉运行一段时间后，风室温度逐渐升高，初步判断运行过程中发生了风室倒渣现象，为了减缓这一情况，现场运行操作提高一次风量，降低二次风量，风室倒渣问题有所缓解。

表1 锅炉主要技术规范表

图1 锅炉总图

3) 停炉后检查确认风室有倒渣现象(见图2)。

图2 风室倒渣

2 问题分析

1) 关于风室倒渣问题，查阅历史运行曲线，发现运行时流化床下部压力、炉膛差压均出现过左右波动现象，即床料发生了“左右翻床”现象，风室倒渣与此现象有关。

2) 导致床料发生“左右翻床”的原因是多方面的，事实上就是布风不均匀现象，一方面是因为锅炉布风板阻力设计并不高，为2 850 Pa，实际运行时的一次风量不足以使布风板布风不均匀，特别是检查发现入炉煤粒径偏大，粗细分布不均匀，更进一步加剧了布风不均匀。布风不均匀导致的燃烧状况不正常，使锅炉NOx和SO2初始排放也发生了较大波动，最终在线排放可控性变差。为了缓解风室倒渣而不得不采用高一次风量运行，使一、二次风配比偏离设计，锅炉的燃烧状况变差，飞灰含碳量增高。布风不均匀制约了锅炉连续、稳定、节能及环保运行。

布风不均匀的另一个原因与现场的风机配置有关，本项目是两台一次风机并联运行，电机是变频调节，低频时两台风机电机电流交叉波动，存在“抢风”现象，导致布风板左右配风发生波动(见图3)。

图3 两台一次风机电流交叉波动

3) 引关于床温偏低，底渣及飞灰含碳量偏高的问题，与锅炉追求超低排放性能有关、在国家环保政策的大背景下，各锅炉设计制造厂家均采取低床温的设计理念，即使锅炉是额定负荷运行，床温一般也不会超过900 ℃，床温低势必造成底渣及飞灰含碳量升高，这也是能效和环保之间寻求平衡需考虑的主要问题。当然，现场运行条件的改变及运行方式的不同同样会导致锅炉运行工况偏离设计工况，比如煤种发生变化。

3 优化改造方案

1) 基于两台一次风机并联运行，建议运行调整采用“变频加风门”联合控制方式，即将变频器频率控制在45 Hz以上后，风量调整采用风门调节方式，另一方面，为了使左右一次风量均衡，现场在两侧一次风道之间，以及空预器连通箱之间加装了若干连通管(见图4)。

图4 空预器连通箱之间加装连通管

2) 加强入炉煤的管理和控制，减少煤矸石的含量，切实改善入炉煤粒径，保证给煤热值相对稳定以避免给煤量大幅波动。

3) 增加布风板阻力，改善布风均匀性，风帽加装节流环，布风板阻力增加约700 Pa。

4) 通过覆盖水冷受热面来提高床温，主要覆盖区域在炉膛出口处和水冷屏受热面，覆盖区域如第92页图5～图7所示。

5) 为了进一步降低飞灰含碳量，通过缩小二次风口截面积来提高二次风口流速。

4 改造后运行验证

1) 布风板通过加装节流环增加阻力，以及用户更换了碎煤机改善了入炉煤颗粒之后，锅炉运行稳定性有了很大提高，维持最初的一次风量运行，流化床下部压力及炉膛差压不再发生明显的左右波动，运行超过六个月后停炉检查，风室未见明显倒渣。

2) 随着布风板阻力的增加，流化床层运行稳定性明显提高，表现在各点温度趋于一致，左右排渣口排出渣的颜色和粒度基本一致，内在的因素应该是整个床料较以前更加均匀，布风更加均匀，锅炉的燃烧状况得到了明显改善。锅炉燃烧状况的改善，有利于锅炉超低排放性能的发挥，锅炉的NOx和SO2初始排放较以前降低，排放值更加稳定，最终烟囱在线显示值可控性明显提升。

图5 炉膛出口后墙覆盖区域(mm)

图6 炉膛出口侧墙覆盖区域(mm)

图7 水冷屏覆盖区域(mm)

3) 改造增加了二次风口流速，同时又覆盖了一部分受热面，与改造前相比，相同负荷和相同炉膛差压，床温升高20 ℃，实践证明，床温的升高并没有使NOx和SO2初始排放升高，相反有了一定的降低，这应该与燃烧状况的改善有很大关系。

4) 改造后飞灰含碳量没有明显降低。通过现场分析发现，改造后仍是延用之前的运行模式，因司炉担心风室倒渣现象再次发生，现场控制一次风量偏大，二次风量仍偏小，以致于二次风提速不明显。通过调整降低一次风，一次风量较之前降低约10 000 m3/h，根据氧量提高二次风量，运行一段时间后检验，飞灰含碳量有了明显降低，由原7%左右降低为4%～5%(见表2)，最终证明覆盖受热面和提高二次风口流速去降低飞灰含碳量是可行的。

表2 改造前后运行参数表

5 结语

1) 实现超低排放的基础是锅炉运行正常。

2) 循环流化床锅炉运行正常的前提是保证燃烧正常，而锅炉燃烧正常的标志是布风均匀，流化良好，一二次风配比合理，锅炉能效得以保证。

3) 既达到初始排放低的目标，而又不影响锅炉燃烧，是CFB锅炉应从燃烧角度研究和不断破解的课题。