基于冷灰机控制循环流化床锅炉循环灰的超低负荷技术应用

[摘要] 循环流化床锅炉技术在化工产业中得到了广泛应用。然而，鉴于化工生产过程的特殊性，该技术在实际应用中常常需要应对频繁的工况变化，尤其是在超低负荷运行条件下，循环流化床锅炉面临诸多技术难题。本研究选取广西皖维公司75t/h循环流化床锅炉的超低负荷改造项目作为案例，深入探讨了在超低负荷运行状态下，循环流化床锅炉所遭遇的燃烧不稳定性和高能源消耗等问题。本研究进一步提出了通过调节循环灰量来控制锅炉在超低负荷状态下的运行的策略，并对其进行了详尽的设计规划、风险评估以及操作流程说明。最终，本研究归纳了所取得的研究成果及其意义，并对循环流化床锅炉在超低负荷运行技术领域的未来发展进行了前瞻性分析。

[关键词] 循环流化床锅炉；超低负荷运行；循环灰量；技术改造

引言

循环流化床锅炉作为一种高效清洁的燃烧设备，在化工、电力等行业的应用日益广泛，随着能源需求的不断增长和环保要求的日益严格。但在实际运行中，由于燃烧不稳定、能耗大、环保压力增大等一系列超低负荷运行中，循环流化床锅炉都面临着一系列问题。这些问题既影响了锅炉的正常运行，又使企业经济效益、社会效益受到一定程度的降低。因此，深入研究超低负荷运行循环流化床锅炉技术，寻求行之有效的解决之道，就显得十分现实。

1、概况

1.1广西皖维公司循环流化床锅炉概况

广西皖维公司采用川锅公司设计生产的中温中压 75 吨循环流化床锅炉，于 2019 年建设，2020 年投产。该锅炉在高中负荷运行时表现出良好的性能，但在超低负荷运行时存在诸多问题。

1.2超低负荷运行面临的问题

1.2.1燃料品质不佳

在超低负荷运行时，由于入炉煤量减少，煤质的变化对锅炉燃烧的影响更加显著。如果燃料品质不佳，如挥发分低、灰分高、热值低等，容易导致燃烧不稳定，甚至熄火。

1.2.2燃烧不稳定

运行床温过低，入炉煤燃烧不完全份额增多，锅炉排渣较黑且炉渣、飞灰含碳量明显升高。如遇煤质变化、锅炉断煤、堵煤时，根本无法保证锅炉的安全稳定运行。

1.2.3能源消耗大

产汽煤单耗明显上升，能源消耗增加，不仅增加了企业的生产成本，也不符合节能减排的要求。

1.2.4环保压力大

锅炉在降负荷过程中，床温、炉膛中上部温度过低，投用脱硝氨水效果不佳，造成烟气 NOX 排放超标，增加了环保压力。

2、目的与意义

2.1目的

2.1.1了解锅炉在超低负荷下的运行状况

通过对循环流化床锅炉超低负荷下的运行状况进行分析，了解其在不同负荷下的效率和安全性，为锅炉的维护和更新提供依据。

2.1.2提高锅炉的效率和安全性

改进循环流化床锅炉设计、优化燃烧过程、降低能源消耗和减少排放，提高锅炉的效率和安全性。

2.1.3优化锅炉的维护和更新

制定更加科学合理的维护和更新计划，确保锅炉始终能够在最佳状态下运行。

2.1.4推广超低负荷技术

推动超低负荷技术的发展，促进其在各行业中的应用，提高能源利用效率。

2.2.5提供安全保障

制定更加严格的安全标准，提高锅炉的安全性和可靠性，保障企业的生产安全。

2.2意义

2.2.1提高锅炉效率

循环流化床锅炉超低负荷运行是一种特殊的运行方式，通过对其进行研究，可以提高锅炉的燃烧效率，使得锅炉能够在更低的负荷下运行，从而提高锅炉的经济性。

2.2.2降低能源消耗

循环流化床锅炉超低负荷运行技术的应用，可以降低能源消耗，减少污染排放，提高环境效益。

2.2.3保障化工生产安全

循环流化床锅炉在超低负荷下运行，容易出现燃烧不稳定、炉膛压力波动等问题，对化工生产安全造成威胁。通过对其进行研究，可以提高化工生产的安全性和可靠性，保障生产系统的安全稳定运行。

2.2.4促进技术发展

循环流化床锅炉是一种新型的热能设备，其燃烧过程具有特殊性。通过对循环流化床锅炉超低负荷运行的研究，可以促进循环流化床锅炉技术的发展和应用，为行业提供更好的技术支持。

3、问题分析及解决办法

3.1循环流化床锅炉超低负荷运行的问题分析

3.1.1运行床温过低

广西皖维公司根据生产需求单独开 VAC 装置时，需要供给的蒸汽量仅为 22t/h，循环流化床锅炉通过多种方式运行调整最低负荷可降到约 25t/h。在该负荷下，由于运行床温过低，入炉煤燃烧不完全份额增多，锅炉排渣较黑且炉渣、飞灰含碳量明显升高。

3.1.2燃烧不稳定

如遇煤质变化、锅炉断煤、堵煤时，根本无法保证锅炉的安全稳定运行。锅炉一旦出现灭火断汽，将对公司生产造成重大经济损失。

3.1.3能源消耗大

产汽煤单耗明显上升，能源消耗增加。

3.1.4环保压力大

锅炉在降负荷过程中，床温、炉膛中上部温度过低，投用脱硝氨水效果不佳，造成烟气 NOX 排放超标。

3.2解决问题探讨

3.2.1调节循环灰量控制锅炉超低负荷运行的原理

循环灰是循环流化床锅炉外循环的物料，是旋风分离器收集下来的返料。循环灰量的大小是控制锅炉床温高低的有效手段。如果循环灰量过多，就会导致燃烧不充分，床温偏低，反之则床温升高。循环灰量也决定了炉膛内的物料浓度，由炉内传热分析可知，炉内传热随着物料浓度的增加而增大，炉内物料浓度大，锅炉的出力也大。相反，炉内物料浓度小，锅炉的出力也小。因此，通过控制循环灰量大小的方式来调整锅炉超低负荷运行是一种很好的技术手段。

3.2.2 应用冷灰机技术设计改进

针对循环流化床锅炉返料器下部的改造，提出在该区域增设一台冷灰机，以实现对锅炉循环灰量的有效控制。基于循环流化床锅炉现场的实际情况，将两根DN100的放灰管在下部点火平台处合并为一根DN150的放灰管，并将其统一引入至零米层新安装的冷灰机中。冷灰机排出的冷灰将通过螺旋输送机输送到原锅炉的冷渣器皮带上，随后通过皮带运输至原冷渣斗中。新增冷灰机的冷却水进出管路将从原锅炉冷渣器的冷却水总进出管路中引出。

3.2.3应用冷灰机技术存在的风险分析

（1）放灰量大小控制不准，破坏锅炉旋风分离器正常工作，造成锅炉床温波动、影响锅炉的正常燃烧。

（2）两侧分离器放灰量控制不均，易造成两侧返料风出现偏差，影响锅炉正常燃烧。

（3）放灰闸阀把关不严或密封面不严漏灰，放灰管堵塞无法正常排灰等故障，严重时可能会造成锅炉结焦或停炉事故。

（4）锅炉在降负荷过程中，床温、炉膛中上部温度过低，投用脱硝氨水效果不佳，造成烟气 NOX 排放超标。

3.4应用冷灰机技术实施后的运行操作

（1）启动前准备工作

① 检查冷灰器变速箱油质良好，油位正常，油面镜清洁。

② 检查驱动电机及变速箱底座螺杆齐全牢固，电机接地线良好。

③ 检查冷灰器滚筒、螺旋输送机无变形，支撑架牢固，各仪表齐全完好。

（2）运行控制

④ 打开冷灰器进料口密封冷却吹气阀，打开冷灰器冷却水进出口水阀。

⑤ 全开左右侧返料器手动放灰阀。

⑥ 缓慢打开左右侧返料器电动放灰阀，前期用电动阀阀门开度来控制排循环灰的大小，确保全部充满两侧放灰管后再全开电动放灰阀。

⑦ 启动冷灰螺旋输送机正常后，启动冷灰器，使滚筒转速保持最低速运行。

⑧ 冷灰器保持低速转动运行 30 分钟以上，确保冷灰器六棱管内存积有一定灰量。

⑨ 根据所需的排灰量逐步提高冷灰器和螺旋输送机转速。

⑩ 提速过程中密切注意冷渣器的出水温升，并控制在 80℃以内，超过 80℃时，应加大进水量或者降低滚筒转速，无法降低时立即停止。

⑪ 当锅炉燃烧不稳定时立即停止冷灰器和螺旋输送机运行。

⑫ 在锅炉降负荷过程中如出现床温过低无法维持正常燃烧时，应进行紧急偷投油点火助燃操作。

（3）设备的启停顺序

顺序停止系统：冷灰器→手动放灰阀→电动放灰阀→螺旋输灰机（走空物料），→1 小时后关冷灰器进水阀、密封吹气阀。

（4）设备的运行维护

⑬ 冷灰器系统启动后，检查电动机的转动部位、各仪表、动密封、出灰量等运行情况，发现异常问题及时解决。

⑭ 定期检查托轮、后轴加注黄油或减速机油位并及时补充。

⑮ 冷灰器、电机或冷灰螺旋输送机振动发热或异响时，危急设备安全运行时，按下事故按钮立即停运冷灰系统运行，关闭放灰阀。

4、冷灰机技术应用后的成效

在未进行技术改造之前，锅炉无法实现超低负荷运行。在约55t/h的负荷下，床温仅为780℃，燃烧环境较差，导致入炉煤的预热和燃尽时间延长，不完全燃烧份额增加。锅炉排渣颜色较深，炉渣和飞灰的含碳量分别高达1.5%和10.8%，锅炉热效率较低。通过技术改造，锅炉的负荷从原来的68t/h降低至48t/h，实现了稳定燃烧。实际测试表明，最低稳定燃烧负荷可降至20t/h。在超低负荷运行状态下，床温从原来的780℃提高至860℃，风室压力稳定在7.69KPa，一次风量稳定在2.6万m³/h。炉渣和飞灰的含碳量分别降低至1%和6%，锅炉热效率得到显著提升。

5、应用冷灰机技术结果与分析

5.1结果

循环流化床锅炉在超低负荷运行时存在燃烧不稳定、能源消耗大、环保压力大等问题。

采用调节循环灰量来控制锅炉超低负荷运行是一种可行的解决方案，通过在循环流化床锅炉返料器的下部增加一台冷灰器，可以有效地控制循环灰量，从而调整锅炉的负荷和床温。

广西皖维公司的75吨循环流化床锅炉应用案例表明，该技术能够实现锅炉超低负荷运行，提高锅炉的热效率，降低能源消耗和环保压力。

5.2原因分析

循环流化床锅炉超低负荷运行问题的原因分析

（1）燃料品质不佳是导致燃烧不稳定的重要原因之一。在超低负荷运行时，入炉煤量减少，煤质的变化对锅炉燃烧的影响更加显著。如果燃料品质不佳，如挥发分低、灰分高、热值低等，容易导致燃烧不完全，甚至熄火。

（2）运行床温过低也是燃烧不稳定的原因之一。在超低负荷运行时，由于入炉煤量减少，燃烧产生的热量也相应减少，导致运行床温过低。运行床温过低会影响煤的燃烧速度和燃烧效率，从而导致燃烧不稳定。

（3）能源消耗大主要是由于产汽煤单耗明显上升所致。在超低负荷运行时，锅炉的热效率降低，产汽煤单耗明显上升，能源消耗增加。

（4）环保压力大主要是由于锅炉在降负荷过程中，床温、炉膛中上部温度过低，投用脱硝氨水效果不佳，造成烟气 NOX 排放超标所致。

5.3有效性分析

（1）锅炉的床温可以通过调节循环灰量来进行有效控制。改善燃烧条件，提高燃烧效率，通过增加或减少循环灰量，达到改善或降低床温的目的。

（2）在循环流化床锅炉返料器下部增设冷灰器，循环灰量控制起来比较方便。对排灰量的控制可以通过调节冷灰器的转速来达到精确控制循环灰量的目的。

（3）广西皖维公司的应用案例显示，该技改可以实现锅炉超低负荷运行，提高锅炉热效率，减少能耗，减少环保压力。这对解决办法的有效性、可行性都有充分的证明。

6、结论

在超低负荷运行状态下，循环流化床锅炉面临燃烧不稳定、能源消耗增加以及环保压力加剧等挑战。通过调节循环灰量以控制锅炉在超低负荷下的运行，已被证明是一种有效的策略。具体而言，通过在循环流化床锅炉的返料器下部增设一台冷灰器，可以精确控制循环灰量，进而实现对锅炉负荷和床温的精细调节。以广西皖维公司为案例的实践应用表明，该技术改造不仅能够保障锅炉在超低负荷状态下的稳定运行，而且能够显著提升锅炉的热效率，同时降低能源消耗和减轻环保压力。

参考文献

[1]车得福，庄正宁，李军，王栋；锅炉；西安交通大学出版社，2004

[2]岑可法，倪明江，骆仲泱，严建华等；循环流化床锅炉理论设计与运行；中国电力出版社；1997