床层压差对循环流化床锅炉正常运行的影响分析

武慧东

（山西天脊潞安化工有限公司，山西 长治 047500）

0 引言

循环流化床（以下简称CFB）燃烧技术具有效率高、负荷调节便利、污染物排放少和灰渣综合利用效率高等诸多优点，因此循环流化床锅炉的应用占比得到了进一步提升，正在朝向大规模应用的方向而进一步发展[1-2]。但在CFB 的实际运行过程中，其容易受到各种因素的影响，床层压差则是一个较为显著的影响因素，过高或过低均会导致CFB 的正常运行受到影响。对此，应当进一步探究床层压差对循环流化床锅炉正常运行的影响因素，以保障其长期平稳运行。

1 案例概况

某发电厂2 号机组锅炉为典型的循环流化床锅炉，于2019 年投入实际运行。根据该锅炉的整体结构，可从以下三个方面对其进行描述：其一，在锅炉的循环过程中，炉膛内燃料燃烧产生的成分将经过冷却旋风分离器进行初步分离，而后依次通过高温过热器、中温过热器等部分进行加热，同时在该回路中，由回料器对飞灰的流量进行调整。其二，在锅炉的尾部烟道中，其过热器、再热器主要对尾气的温度进行调整，省煤器则主要用于余热的再利用。其三，该锅炉还配备有空气预热器，其主要作用是提高锅炉的热交换性能，降低不必要的能源消耗。该锅炉机组的整体设计图见图1。

图1 该锅炉机组的整体设计示意图

在该锅炉机组系统的运行过程中，首先由机械设备抓取燃料并将其输送至给煤口，使燃料进入炉膛内进行燃烧，随着燃料燃烧放热，锅炉蒸汽的温度也将随之提升，蒸汽将依次通过过热器、再热器进行传导，以调节锅炉蒸汽温度[3]。锅炉燃料燃烧产生的烟气则首先经由前烟道进入旋风分离器中进行处理，而后再经由进入到省煤器中，实现余热的再利用。

在以往的运行中，该锅炉运行长期保持平稳，但近期该锅炉运行状况逐渐转差，特别是锅炉的热效率相对较低。根据技术人员初步分析后确定，造成这种状况的主要原因是锅炉床层压差参数设置不尽合理。对此，该电厂技术部门决定对该流化床锅炉系统的床层压差进行调整，以实现锅炉运行工况的优化。

2 床层压差影响分析与优化

结合该电厂发电工作中常用的煤炭类型，本次床层压差调整实验采用基低位发热量为22 364 J/kg 的煤炭，其主要成分质量分数如表1 所示。

表1 实验用煤炭的主要成分质量分数

在确定以上煤种后，通过调整循环流化床的床层压差，对该流化床锅炉的运行及分析数据变化情况进行研究。本次床层压差的调整主要按照以下步骤加以进行：在添加床料前，对布风板进行仔细地清理，清楚小孔和管座里的异物，并做冷态布风板阻力特性试验，确保冷态下没有产生阻力偏差，为后续的床层压差调整予以准备；通过改变排渣量的方式，对床层压差进行初步调整，将排渣量升高至较高水平；当床层压差相对偏高后，通过调整风室调节挡板开度的方式，增加一次风量，以此进行床层压差的进一步调整[4-5]。

在调整得到不同的床层压差后，分别对不同床层压差下的流化床运行及分析数据进行测试和读取，由此得到分析结果如表2 所示。

表2 不同床层压差下的流化床锅炉运行及分析数据

根据表2 中的数据变化，可得出如下推论：在床层压差升高时，煤灰中的碳含量先升高在降低，同时锅炉燃烧热效率也随着床层压差的升高而逐步升高。在此基础上，控制流化风速为定值做进一步研究，结果显示，当流化风速为恒定值时，床层压差与燃料燃烧效果呈现负相关，即提升燃烧效率必须降低床层压差，其主要机理是降低床层压差有助于降低炉膛内的煤渣厚度，以此降低物料浓度，如此，物料可得到更加充足的氧气而充分燃烧；在降低床层压差后，细小煤粒在上升过程中相对更为顺利，不易与床料发生空间碰撞，也更容易燃尽。根据以上研究结果，综合考虑该电厂的实际情况，并整合床层流化状态、煤质、烟气氧含量、一次风与二次风配比、风机电耗等因素进行考虑，最终确定床层压差控制为6.7 kPa，以降低煤灰中的碳含量，提高锅炉燃烧热效率。

在确定床层压差后，为确保该优化后的床层压差参数能够控制锅炉的稳定运行，测试人员进行重复实验，共计进行16 个测量工况，分析风室风压和炉膛差压的变化情况，结果如图2 所示。

图2 所有测量工况下的风室风压和炉膛差压变化图

根据此图可见，随着测量实验的不断重复进行，风室风压逐渐呈下降趋势，而炉膛差压则基本不变。初步判断，初始阶段风室风压偏高的原因是床层差压调整完成时间较短，风室风压变化存在滞后性。但整体来看，风室风压和炉膛差压在调整后呈现出明显的改善状态。

3 实际应用分析

在确定本次设置的床层压差6.7 MPa 为合理参数后，基于该参数对流化床锅炉进行重新设置，并对比优化前和优化后的运行状况，结果如图3 所示。

图3 运行状况对比

如图3 所示，在优化床层压差后，锅炉的温升率得到显著提升，对锅炉整体性能也起到了一定的改善作用。同时经过实际观察后发现，当床层压差参数得到调整后，颗粒终端运行速度显著降低，不易与床料等部位碰撞，因此锅炉的受热面磨损几率也随之降低，这对于锅炉长期稳定运行而言，具有重要的现实意义。

4 结语

整体来看，在本次研究中，根据某发电厂的生产实际情况，并结合流化床锅炉的特点，探讨了床层压差对流化床锅炉设备运行状态的影响，通过多次实验探寻相对较优的床层压差参数，并将其投入到实际应用当中。结果显示，通过对床层压差参数的优化，锅炉的运行效率得到进一步提升，同时也有助于减缓锅炉磨损，确保锅炉主体设备长期安全运行。这表明本次研究取得了初步成功，可为今后的相关工作提供参考借鉴。