摘要：为综合利用煤泥资源，文中利用1台135MW等级循环流化床锅炉的煤泥添加系统完成了大比例煤泥掺烧技术试验。试验研究了煤泥给料位置、给料量对循环流化床锅炉运行特性的影响。试验结果表明，大比例煤泥掺烧后锅炉整体运行稳定，最大煤泥掺烧比例可达70%，中部给料的经济性略优于顶部给料，由于燃用煤泥后烟气体积增加并引起炉内灰浓度变化，风机电流和排烟温度显著增加，应及时进行燃烧优化调整，将配风调整至合理范围并增加尾部烟道吹灰频次。
关键词：循环流化床锅炉；大比例煤泥；掺烧；试验
一、循环流化床锅炉煤泥掺烧的影响因素及解决方法
长期以来国家对煤泥综合利用持鼓励态度，目前燃烧发电已经成为煤泥利用的重要环节，而循环流化床锅炉则是煤泥燃烧发电的主力机型。早期一般将煤泥干燥脱水后与原煤掺混后送入炉内燃烧，掺烧比例仅为10%。目前一般采用煤泥泵送至炉内燃烧，掺烧比例在30%左右。
1.1影响循环流化床锅炉煤泥掺烧的因素
（1）煤泥中有大量的水分，水分蒸发过程需要吸收热量。随着煤泥掺烧量的增加，锅炉密相区床温有所下降，有可能偏离运行需要的适宜温度区间。
（2）煤泥带入炉内的水分最后都以蒸汽形态排出锅炉，引起总烟气量增加，导致引风机电流增大。同时，煤泥添加比例的增加还会影响尾部烟道传热，加速积灰过程，导致排烟温度的升高。
（3）凝聚结团是煤泥燃烧过程中一个重要的现象，大多数煤泥送入炉内后都会迅速形成具有一定强度和耐磨性的较大块团，这对于床层的流化将会产生影响。
（4）根据《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)，锅炉运行期间的粉尘、SO2和NOx排放指标需要严格控制，掺烧煤泥后会引起锅炉运行参数的变化，例如石灰石消耗量增大、粉尘排放浓度升高，这对机组运行不利。
1.2解决方法
国内煤泥的品质较差、杂质较多，容易影响煤泥输送系统的运行，需要根据实际情况进行一定的技术改造。添加位置也是影响煤泥掺烧的重要因素，曾经使用过的密相区喷枪给料、回料阀给料由于故障率高、机组适用性差已经很少采用，目前应用最多的是顶部给料和中部给料。
（1）顶部给料时，煤泥由炉膛顶部呈团状下落。送入炉膛后，煤泥团表面水分先蒸发，外表形成硬壳，在进一步下落过程中，煤泥团内部水分气化产生热爆，形成更小的煤泥团后在炉内燃烧。顶部给料系统、便于安装，可靠稳定、事故率低。
（2）中部给料时，将给料点由炉膛的顶部移到炉膛中部。采用该方案后煤泥的一次停留时间有所延长，但受到现场条件影响较多，布置有一定困难。
二、研究对象及煤泥输送系统布置
为开展大比例煤泥掺烧试验，选取1台135MW等级循环流化床锅炉作为研究对象。该锅炉采用自然循环、单汽包、超高压，单炉膛一次中间再热。锅炉由锅筒、悬吊式全膜式水冷壁炉膛、汽冷式旋风分离器、U型返料回路以及后烟井对流受热面组成。锅炉炉前共设6台给煤机和4个石灰石给料口，在前部水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。
锅炉共设置有2套独立的煤泥输送系统，总体布置为3仓6泵(4用2备)，分4条管路向锅炉输送煤泥，可以分别实现顶部给料、中部给料、顶部和中部同时给料3种方式，煤泥输送流程为：洗煤厂皮带输送机将煤泥输送至分配刮板机→膏浆制备机→渣浆分离机→储料仓正压给料机→膏体泵→分配器→膏体输送管→立式给料机→锅炉接口器→锅炉。煤泥输送系统管道采用室外露天布置，设有伴热管并采取保温防护以保证管路冬季的安全运行。煤泥输送管道的长度750m(最远点)，输送高度50m。
三、试验工况编排
大比例煤泥掺烧试验的目的是研究煤泥掺烧对锅炉运行的影响，试验参照DL/T964—2005《循环流化床锅炉性能试验规程》的相关内容，对试验过程进行了简化，锅炉效率计算采用标准中所述方法，热损失包括排烟热损失、可燃气体未完全燃烧热损失、固体未完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失、石灰石脱硫热损失。
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四、试验结果
4.1锅炉温度场
煤泥添加后使得锅炉温度场发生了一定变化。从图2中可以看出，随着煤泥添加比例的增加，炉膛温度整体趋于下降，其中炉膛中部温度降幅明显；而省煤器入口、空预器入口和排烟温度均呈上升趋势，顶部给料的增幅高于中部给料，这与添加煤泥后烟气量增加有关。
4.2锅炉蒸汽温度
蒸汽温度方面，煤泥添加比例和添加位置对蒸汽侧温度变化的影响很小，通过调节减温水量完全可以将温度变化控制在合理范围内，大比例掺烧煤泥后的汽水侧温度参数可控。
4.3风机电耗
随着煤泥添加比例的增加风机电耗有所增加，增幅方面引风机最大，其次是二次风机，一次风机电流增幅较小。其中70%煤泥添加比例时的总风机电耗高出未添加煤泥时189A，这与燃用煤泥后烟气体积增加和炉内灰浓度变化有直接关系。
4.4锅炉效率
对试验工况采用反平衡法进行了锅炉效率计算，从图5中可以看出，随着煤泥添加比例的增加锅炉效率呈下降趋势。但是各工况的锅炉效率均优于锅炉设计效率(91.54%)，采用顶部给料时锅炉效率的下降程度更大，因此采用中部给料的经济性略好。各工况锅炉热效率计算结果显示，排烟热损失是造成锅炉热效率下降的最主要因素。
五、运行调整方式
对于一台循环流化床锅炉而言，其在燃用设计煤种的前提下炉膛截面风速是固定的。由于煤泥的特殊性，掺烧后会引起烟气量的增加，进而带来受热面磨损增大等新问题，因此大比例掺烧煤泥时应特别注意锅炉受热面防磨。可以通过改变一、二次风率、床压和循环物料量来改变床内物料的浓度分布，从而调节炉膛换热特性；也可以通过改变上下二次风比例、改变过量空气系数，来调节床温；如果磨损严重还可以考虑加装主动多阶防磨梁控制磨损。
（1）炉膛温度方面，随着煤泥添加比例的增加，床温会有所下降，床温变化较大时除调节煤泥量、给煤量外，还要改变一、二次风量保持床温稳定。考虑到煤泥加入后排烟温度明显升高，为降低排烟损失应适当加强吹灰频次。
（2）床压方面，添加煤泥后会影响床内物料的积聚，大比例添加时还会引起床压的下降，低床压时(5kPa以下)不宜采用较大的煤泥添加比例，否则会使床压更低燃烧不稳定、影响锅炉运行。
（3）煤泥输送系统出力发生变化时会引起锅炉炉膛负压、床温和SO2排放的剧烈波动，应该提前做好调整准备(例如提前调整石灰石给料量)，根据煤泥添加比例变化及时调整给煤，保持锅炉汽压和汽温稳定。当出现床温大幅度下降时，应立即停止煤泥输送系统运行，待床温升高稳定后再尝试投运，以防止煤泥积聚导致流化不良、爆燃、床层结焦等故障。
结论
循环流化床锅炉通过顶部和中部同时给料可以实现70%的大比例掺烧煤泥，大比例掺烧煤泥后锅炉整体运行稳定，煤泥中部给料的经济性略优于顶部给料。大比例掺烧煤泥后风机电流和排烟温度显著增加，应及时进行燃烧优化调整，将配风调整至合理范围并增加尾部烟道吹灰频次。循环流化床锅炉大比例煤泥掺烧有效利用了低热值燃料，节约了原煤、保护了环境，符合国家产业政策，有利于实现节能减排，应予以大力倡导。
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论文作者:李康
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
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