引言

    循環流化床鍋爐( CFB)燃燒技術是一種新型的高效、低污染清潔燃煤技術，由于它在煤種適應性、變負荷調整能力以及污染物排放上具有的獨特優勢，近年來得到了廣泛的應用。我國現有不同容量的循環流化床鍋爐近3000臺，其中100一150MW等級的循環流化床鍋爐超過150臺。截至2008年底，已投運的300MW循環流化床鍋爐機組已達13臺，在建和擬建的300MW循環流化床鍋爐機組已達50臺以上。我國自主研制的330MW循環流化床鍋爐機組已于2009年1月投入運行。2008年，世界上首臺600MW超臨界CFB發電機組已經在我國四川白馬電廠開工建設，CFB鍋爐機組的容量和參數快速提高。然而，故障率高是CFB鍋爐機組運行中最為突出的問題之一，CFB機組年利用小時數不到常規煤粉機組的2,/3，致使其運行的經濟性尚未達到設計要求。

    本文對2臺150MW CFB鍋爐機組進行分析，旨在找出提高CFB機組運行可靠性和經濟性的方法。

1、東方電廠鍋爐簡介

    東方電廠始建于2006年，現裝有2臺上海鍋爐有限公司引進ALSTOM公司先進技術設計和制造的SG-490/13.8 - M572型、超高壓參數、一次中間再熱、單鍋筒、自然循環CFB鍋爐，與2臺由南京汽輪機廠制造的150MW超高壓中間再熱抽汽式汽輪發電機組相匹配。設計燃料為唐山市范各莊洗煤3#加15%原煤，低位發熱量為13.71NU/kg。該CFB鍋爐主要性能參數如表1所示。

    鍋爐安裝4臺床上啟動油燃燒器、4臺皮帶給煤機和2臺高溫旋風分離器。原煤采用兩級破碎，合格粒度的燃煤進入爐前大煤斗，再經4臺帶式給煤機將煤粒送至落煤管上方，由播煤風將落下的煤粒均勻地吹入爐膛。鍋爐采用平衡通風，從一次風機送出的冷空氣經暖風器、空氣預熱器加熱后，第一路進入爐膛底部一次風室；第二路從一次風室引出1根總風道至爐前，再從該總風道上引出4根支管至落煤管作為播煤風；第三路從一次風機出口后的冷風道上引出一股高壓冷風作為爐前落煤管和給煤機的密封風。二次風經暖風器、空氣預熱器加熱后引至爐前的二次風箱，再引出若干根支管分2層從爐膛前后墻、密相區的上部進入爐膛燃燒室助燃。攜帶固體粒子的煙氣離開爐膛后，分別切向進入2臺旋風分離器進行氣固分離。經過分離器凈化過的煙氣進入尾部煙道，分離器分離下來的高溫物料經U型返料器返回爐膛，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。

2、CFB鍋爐機組運行分析

2.1鍋爐磨損

    對于CFB鍋爐機組而言，減少或避免非計劃停爐是節能的關鍵。鍋爐材料磨損是造成CFB鍋爐機組非計劃停爐的主要原因之一。

2.1.1磨損機理

    在工程上，磨損主要分為金屬部件磨損和非金屬耐火材料磨損。其中金屬部件磨損主要是爐膛下部澆注料與水冷壁過渡段區域水冷壁之間的磨損。非金屬耐火耐磨材料磨損主要發生在布風裝置、旋風分離器、返料裝置內表面和尾部煙道等位置。

    1)金屬部件磨損原因。

    通常情況下，金屬部件磨損原因為：一是由于過渡區域內由于沿壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料運動方向相反，局部產生渦旋流引起的磨損；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域改變流動方向，對水冷壁產生沖刷引起的磨損。

    2)非金屬耐火耐磨材料磨損原因。

    通過現場調研分析，非金屬耐火耐磨材料磨損原因主要有：一是熱應力和熱沖擊造成的磨損，主要表現在溫度波動熱沖擊和機械應力使得耐火材料裂縫甚至剝落；二是因耐火耐磨材料的理化特性發生變化和耐火耐磨材料受煙氣強烈沖刷造成的損壞。

2.1.2金屬部件防磨措施

    1)采用在金屬表面噴涂的方法防止金屬壁面磨損和腐蝕。

    2)在爐膛水冷壁下部與燃燒室防磨層的交接處上部特定區域內焊制防磨鰭片，達到防磨的要求。

2.1.3非金屬耐火耐磨材料防磨措施

    1)由熱應力和熱沖擊產生的磨損，應注重耐火耐磨澆鑄料骨架布置及型式的合理性，降低骨架在受熱時產生的熱脹應力。同時，還要注重CFB鍋爐澆鑄料烘爐工藝及烘爐質量驗收，尤其是低溫烘爐工藝。

    2)對于因耐火耐磨材料的理化特性發生變化而造成的磨損加劇，應特別注意對CFB鍋爐耐火耐磨材料驗收和施工質量等方面的監督。

  3)對于因固體物料對耐火耐磨材料強烈沖刷而造成的破壞，在施工過程中應盡量減少形狀變形，采用平緩過渡的方法，降低沖擊角，盡量減少此類沖擊力。

2.2冷渣器系統

    冷渣器是CFB鍋爐的重要輔機之一，其正常運行直接影響到CFB鍋爐的安全和經濟連續運行，已投產的CFB鍋爐大多采用水冷滾筒冷渣器，即鍋爐排渣經落渣管進入冷渣機渣斗，再進入水冷滾筒內，由膜式水冷螺旋管排向前推進。灰渣在翻滾流動中與冷卻水管進行熱交換，當灰渣冷卻到150℃左右時，從水冷渣滾筒的另一端向下排出，通過斗提機送人渣倉。冷渣器簡體采用了“中心與外環百葉式傳熱滾筒”新技術，傳熱效率高。傳動機構采用變頻調速星擺減速機系統，不但可自動調節冷渣機出力，而且也可手動調速。同時，其對多塵環境的適應性大大高于電磁調速系統，其基本結構如圖3所示。

3、東方電廠CFB鍋爐機組節能分析

    東方電廠l#、2#CFB鍋爐分別于2009年2月14日和3月24日投產，鍋爐運行效率不足90%，主要是由冷渣器系統運行可靠性低及鍋爐燃燒系統適應變工況運行能力差等原因造成的。目前CFB鍋爐運行節能重點工作主要包括啟停節油、余熱回收、鍋爐防磨和輔機節電等4個方面。針對東方電廠的運行狀況，重點分析受熱面防磨和余熱回收2個方面。

3.1受熱面防磨

    1) 2010年11月22日，1#鍋爐左側爐膛出口東側水冷壁泄露。泄露位置處于水冷壁焊口，由于上下水冷壁不對正，安裝時強行焊接鰭片，水冷壁本身存在內應力加之磨損而造成泄露。2010年12月7日，l#鍋爐爐膛兩出口煙道之間水冷壁爆管。因安裝時此處水冷壁鰭片為一不規則扁鐵，造成此處水冷壁鰭片凸起，貼壁流下降過程中遇到凸起障礙點變向，沖刷附近水冷壁致使磨損加劇。2010年12月8日，2#鍋爐水冷壁西南角(25m)處泄露，此處位于爐膛西南角，物料濃度較大，加劇了這一區域水冷壁的磨損。

    主要采取的防磨措施是：在爐膛水冷壁密相區耐火耐磨澆注料與光管過渡區域沿爐膛向上進行超音速火焰噴涂，爐膛上部的水冷屏和屏式過熱器下表面焊有銷釘，并敷設高溫耐火防磨層。

    2)東方電廠于2010年9月2日至10月22日分別對2臺490t/h CFB鍋爐進行了檢修，檢修發現旋風分離器內部和返料器磨損嚴重并出現澆注料脫落現象。因此，在旋風分離器及旋風分離器進出口煙道內壁采用防磨可塑料，同時設置高密度銷釘加以固定，保證耐磨材料牢固可靠，并敷設高溫耐磨層。在U型返料器及其連接管路內，凡是與高溫高濃度灰粒接觸的煙道內表面，均敷設一層高溫耐磨澆注料和一層耐火保溫澆注料，并用Y型銷釘固定。

3.2余熱回收方案

3. 2.1冷渣器系統節能改造

    CFB鍋爐設置4臺GTL - 12滾筒冷渣器，分布于爐膛下部，其冷卻介質為閉式工業水，冷卻水吸收的熱量被釋放到外部環境中，沒有得到有效利用。因此，需對冷渣器系統進行改造，回收底渣物理顯熱，提高鍋爐的運行效率。改造方法如下：

    1)采用凝結水作為冷卻水源，凝結水吸收完熱量后再通過水泵進入低壓加熱器進行循環，實現對底渣顯熱的回收利用，提升鍋爐效率。在供熱期間，可采用閉式水作為冷卻水源，換熱后的熱水可作為一部分的供熱水源。

    2)在滾筒內螺旋葉片之間的滾筒內壁上沿軸向焊接多個防磨板，這些防磨板不但起到防磨作用以延長冷渣器的使用壽命，還增加了換熱面積，降低冷渣器的排渣溫度。

3.2.2排煙余熱回收工藝方案

    電站鍋爐排煙溫度一般在130~160℃，煙氣中的水蒸氣處于過熱狀態，水蒸氣的汽化潛熱沒有被充分利用。煤粉鍋爐一般采用濕法脫硫技術，脫硫裝置安裝在電除塵器的后面，如在尾部煙道底部布置余熱回收裝置，則易發生低溫腐蝕，如布置在脫硫裝置后，則因濕法脫硫后的煙溫降低到70·90℃，回收利用經濟性較差。與其相比，CFB鍋爐具有燃料適應性廣、燃燒中脫硫效率高達90%以上、排煙中含硫量低等優點，可基本避免空氣預熱器低溫腐蝕的問題。實踐表明，CFB鍋爐排煙溫度在130～160℃，與煤粉爐基本相當，具備深度回收排煙余熱的潛力。

    以東方電廠CFB鍋爐為例，在CFB鍋爐尾部煙道低溫空氣預熱器下部安裝1套分離式熱管換熱器，可將排煙溫度降低到50～70℃，從而充分回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結潛熱，提升鍋爐效率，最大限度地利用了低品位煙氣的顯熱和潛熱資源。冷凝式CFB鍋爐煙氣余熱回收工藝系統如圖4所示。

    電站鍋爐效率一般在90%～94%，熱效率是以燃料低位發熱值計算所得，未考慮燃料高位發熱值中汽化潛熱的熱損失。按常規計算方法，冷凝式余熱回收CFB鍋爐工藝效率可提高至105%～108%。

4、結論

    1) CFB鍋爐受熱面防磨是一個長期困擾電力生產的技術難題，延長磨損周期，減少和避免鍋爐機組的非計劃停運是東方電廠CFB鍋爐機組運行、維護的重點。因此，通過對東方電廠CFB鍋爐不同部位磨損原因進行分析，提出了相應的改造和表面處理措施，在一定程度上縮短了停運時間，提高了鍋爐效率。

    2)余熱回收是火力發電廠節能的一個重要方面。針對東方電廠的運行狀況，提出了冷渣器系統節能改造及排煙余熱深度回收工藝方案。分析表明，排煙余熱深度回收工藝可最大限度地利用了低品位煙氣的顯熱和潛熱資源，富通新能源不但生產銷售木屑顆粒機而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的楊木木屑生物質顆粒燃料。


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