大型循环流化床锅炉节能提效技术探析

近十年来，我国循环流化床（CFB）锅炉技术发展迅猛。随着我国首台300MWCFB进口锅炉于四川白马电站投运，我国多台自主研发的300MW级以上CFB锅炉相继投产。迄今为止，我国建有的CFB锅炉数量世界最多、规模最大、参数最高，我国的CFB锅炉设计、制造和运行水平已处于世界顶尖水平。
在此期间，我国CFB技术领域的专家、学者做了大量细致的工作，通过对大批CFB锅炉的研发、设计、施工，调试和生产期间的各类运行方式进行分析总结，归纳出节能提效的主要观点：第一，采用流态重构节能型CFB锅炉技术，优化床料质量，减少无效床料，降低风机压头和厂用电率，并有效解决了燃烧效率偏低的运行问题；第二，采用床下燃油点火方式，尽可能降低锅炉风速，实现机械脉动填煤，创新应用节能型雾化油枪有效降低点火油耗；第三，在辅机设备选型方面，考虑全国火电机组利用小时数下降的实际，大型转动机械使用变频调速器进行调控，避免基于锅炉BMCR工况作为设计选型风机偏离运行值较大导致风机效率低、耗电大，此外采用性能可靠的底渣热量回收装置，提高锅炉热效率等系列节能提效技术。通过大量试验研究、工程实践，这些措施均取得了不错的节能作用。
1、大型CFB锅炉的特点
大型CFB锅炉的结构特点具有燃料适应性广、燃烧效率高、脱硫效率高、NOX原始浓度低、燃烧强度大、燃料预处理操作简单、低负荷稳燃特性优等。表现在CFB锅炉采用低温（床温可控制在900℃以下）燃烧技术，降低NOX源头生成量，并为炉内脱硫创造了最佳反应温度条件，环保投入低、效益好；可以大量燃用煤粉锅炉不能燃用的矸石、煤泥等低热值燃料，实现就地清洁高效转化利用；燃烧效率高，最高可达到98%以上。
2、大型CFB锅炉选型
2．1依据燃料成分明确锅炉型号
大型CFB锅炉可燃用各种劣质燃料，包含煤炭洗选副产物、生活污染废物以及各类燃料混合物等。在锅炉选型设计时，需提前对燃料进行成分鉴定，出具数据报告，经过专业人员仔细分析给出燃料分析报告，锅炉厂依据此报告，作为大型CFB锅炉设计选型、制造的基础，各企业在选择CFB锅炉时要依据企业自身需求进行选择，在招投标过程中进行技术沟通和理念互通，以专业术语客观地表达锅炉的实际制作型号。
2．2推进CFB锅炉向更高参数、更大容量方向发展
以煤为主符合我国资源禀赋事实，根据国家煤炭洗选政策，到2020年，原煤入洗率、矸石利用率均需达到80%以上，矿区产生可用于发电的煤泥、矸石等低热值煤将达到5亿吨，实践证明，CFB发电技术是大规模清洁高效利用低热值煤的最佳途径。
目前，我国小容量CFB机组占比大、总体能耗较高，据统计，截至2016年3月，超临界CFB机组仅占6%；150MW超高压CFB空冷机组平均供电煤耗值367g/kWh、平均厂用电率7.85%，300MW亚临界CFB空冷机组平均供电煤耗值346g/kWh、平均厂用电率8.07%，某350MW超临界CFB空冷机组供电煤耗值342g/kWh、厂用电率6.5%，可见随着CFB锅炉参数的提升，机组的能耗呈现下降趋势；
此外经测算：一台660MW超超临界CFB机组较超临界CFB机组降低供电煤耗10g/kWh以上，可减少碳排放约7万吨/a（按机组年利用小时数4000h计），消耗矸石、煤泥等低热值煤近150万吨/a。因此，推进CFB锅炉向更大型化方向发展，可进一步降低能耗，对于我国建设能源节约型社会具有深远意义。
3、低床压运行技术
目前国内部分国产自主型的CFB机组，在保持CFB煤种适应性广和污染排放控制成本低的优势条件下，通过流态重构提高床料质量和降低床料量，降低运行床压，减少了锅炉风机能耗。经调研国内某350MW超临界空冷CFB锅炉已实现低床压运行，机组满负荷测试床压为4.85——5.3kPa，供电煤耗336g/kWh、厂用电率6.25%，节能效果明显。实现低床压运行的关键条件是，依据绘制的CFB锅炉流态图谱，配置性能可靠的燃料破碎筛分系统，保证燃料粒径满足要求；优化提高旋风分离器效率，维持炉内有足够的细颗粒床料和炉膛的上床压，保证炉内有足够参与循环换热的细循环物料量，这样可以将炉内不参与循环换热的大颗粒渣排除炉外，有效降低水冷风室背压。
4、风机变频调速节能技术
通过工程实践，大型CFB锅炉一、二次风机因风压高，只能采用离心风机，因其使用效率高、能耗高。通过对比分析，带变频器的离心风机经济性更优，尤其是锅炉在低床压运行工况，一次风机轴功率更低，厂用电率进一步降低。国内某大型设计院针对660MW超超CFB锅炉一次风机调速方式进行对比分析，结果为：在BMCR工况，低床压运行时，采用变频装置的较采用定速的离心风机轴功率低1171kW，按机组年利用小时数4000h计，一台CFB锅炉可节省电耗937万kWh，节能收益明显；二次风机的节能效果同样显著。
5、辅助系统的类型选择
5．1锅炉底渣设备
大型CFB锅炉排渣量较大，热损耗较高，必须通过冷渣器降低热损耗。冷渣器的选择要综合考虑实际入炉燃料特性，燃料破碎筛分设备配置，减轻工作人员劳动强度，保持物料的最佳使用等。在总结现役大型滚筒冷渣器和流化床式风水联合冷渣器使用效果的基础上，尽量发挥各自优点，比如：滚筒冷渣器操作方便、可靠性高，对底渣粒度要求不严、运行电耗较低，流化床式风水冷渣器单台出力大、可提高锅炉效率、可选择性排渣，因此冷渣器的选择应综合锅炉提效、节能降耗各因素。第一，研发优化采用新型风（水）冷渣器回收锅炉底渣热量节能技术，提升锅炉效率；第二，将两种形式的冷渣器进行有机结合、灵活运行，协调提高锅炉效率、降低能耗。结合某600MW级CFB项目，测算采用冷渣器设备后，可提高锅炉效率0.5%以上。
5．2炉内脱硫系统
大型CFB锅炉炉内脱硫剂多使用经济实惠的石灰石，影响脱硫效率的因素有石灰石品质、粒径、流化速度、床温、Ca/S摩尔比等。通过在300MWCFB锅炉上进行实验研究，石灰石粒径≤1.5mm时，即使Ca/S在2.5以上，脱硫效率仅70%，通过严格控制石灰石粒径≤0.5mm，脱硫效率最高可达95%，脱硫效果优异，但运行中发现，由于石灰石颗粒较细，上部床压没有出现增长的趋势，分离器的分离效率似乎不太理想；实验表明，在进行大型CFB炉内脱硫效率选择时，应立足项目实际条件，通过深入技术论证和运行调整，不断摸索CFB炉内、炉外脱硫最佳占比，综合低能耗、低成本因素，选择最佳的炉内脱硫效率，辅助炉外脱硫，实现CFB锅炉超低排放。
5．3填料系统
基于设计理念和操作习惯，提升燃料管理力度是最佳选择。在保证采取燃料成分均匀的前提下，应强化筛选燃料的品质，确保粒度合格，保证炉前的燃料被充分使用和稳固运行，提升锅炉使用效率。
5．4灰尘处理系统
对于CFB锅炉而言，大多燃用劣质燃料，灰尘量较同容量煤粉锅炉大。一般需要采用专业的静电除尘器进行烟尘初步处理，但灰尘排放量过大，除尘器的利用率较低。再则，仅采用布袋除尘，前级灰尘颗粒较大，对滤袋的磨损较为严重，滤袋的清洗频率过高，不利于长久使用。综合考虑，可以采取布袋与静电除尘器相结合的方式；采用高效静电除尘器与湿法高效脱硫除雾器协调的方式；采用干法脱硫除尘一体化等多种组合方式，具体需统筹考虑采用的脱硫工艺、维护的工作量及系统阻力等因素，在节能高效的前提下实现粉尘达标排放。
6、关键设备选型
大型CFB锅炉选型中机械设备是节能的关键。在设备选型时应充分考虑当前电力负荷较低的实际，打破常规，避免裕量选择过大。实际工程中好的做法：综合考虑《大火规》有关规定，锅炉三大风机TB点风压不再重复考虑锅炉本体、空预器及除尘器等系统设备阻力的裕量，直接选取设备厂家提供的最大设备阻力，并在招标技术文件中科学设置技术条件，力求厂家提资精准，规避重复叠加，导致裕量选择过大。
7、加强监测控制力度
大型CFB锅炉的使用是基于其特殊的燃烧结构。从政府角度分析，在政策要求、系统改造、设施选购、运行发展、管理促进等方面都要实现大的提升，保证电力系统、电力检测控制系统的正常使用，提升系统自动调节稳定能力、准确能力，尤其是锅炉的燃烧系统，必须全面进行智能调节，实现资源的高利用率，提升锅炉热效率，显现节能效果。
8、建立健全厂级节能体系网
各发电企业应牢固树立节能管理理念，适时建立节能制度体系、监察体系、考评体系，逐步形成公司-车间-班组三级节能体系网。不断强化技术创新，加强节能培训，持续增强全员节能意识，从节省一滴水、一度电、一方蒸汽做起，不断提升员工技能意识和创效能力，向经营管理要效益。
9、结语 大型CFB锅炉作为一种高效率、低污染的节能产品，在实现资源综合利用、环境治理方面起着十分重要的作用。CFB锅炉技术的进步使得能源综合利用率明显提高，能耗水平逐步提升，电力相关企业的可持续发展政策不断得以落实。通过对大型CFB锅炉节能技术的探讨分析，给出了一定成果观点，这对于不断提高大型CFB锅炉节能技术水平、提升CFB机组整体发电效率、提升我国工业整体发展效率、提高低热值煤绿色高效利用、实现经济和社会可持续发展具有重要的现实意义。更多环保技术，请关注
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