與傳統燃煤方式相比，循環流化床(CFB)燃燒技術具有燃燒效率高、燃料适應性強、負荷調節方便快捷、負荷調節範圍大、污染物排放少、灰渣綜合利用方便等重要優點。流化床燃燒技術的上述優點對我國化石燃料的改進，對其能源結構的優化具有重要意義。經過幾十年的發展，流化床燃燒技術的研究和應用正朝着大規模發展的方向發展。

随着技術的快速發展，CFB相關系統的運行調整技術也日趨成熟，運行水平得到了很大提升，目前存在的一個主要問題是運行周期較短。為驗證機組長周期連續運行結果，山西河坡發電有限責任公司2#機組鍋爐于2019年4月21日至2020年3月17日期間實施連續安全環保運行，共計332天。本次運行可為350MW級超臨界循環流化床機組的生産運行管理提供經驗、樹立行業标杆，推動我國循環流化床發電行業健康有序發展。

1 影響長周期運行的影響因素

根據其構造設計和運行原理的特點，循環流化床鍋爐在低負荷運行時容易産生流化不均勻、料層吹穿、燃燒不穩定、熄火等情況。因此，隻有找到其關鍵的可控因素，才能确保循環流化床鍋爐在動态負荷下長期穩定地運行。通過技術研究、分析和試驗驗證，循環流化床鍋爐運行的可控因素主要集中在煤顆粒粒徑及濃度、流化風速、料層差壓等三個方面。

1.1顆粒粒徑及濃度

防止出現異常工況的核心是保持低床溫穩定燃燒。煤粒徑增大後，為了保證床料的流化狀态，需要增加一次風量，這進一步導緻密相區燃燒份額增大。循環灰濃度和循環比的增加會加劇水冷壁管磨損，會使料層差壓增大，增加底渣含碳量；嚴重時，可導緻床溫下降，因此，煤的粒度直接關系到鍋爐的安全經濟運行。

循環灰是循環流化床鍋爐燃燒系統的傳熱載體，是保證煤正常燃燒的必要途徑，但它也是造成鍋爐磨損的根本原因之一。當灰分濃度不足時，床溫會升高，負荷較低；當灰濃度過高時，床溫降低，但鍋爐磨損加快。通過調整煤種、粒徑、風量、料層高度、返料量、爐膛負壓，或者适當排放多餘的循環灰，可以很好地調節其濃度，繼而改變循環比例，通過這種方式可以減少鍋爐磨損，延長運行周期。

1.2流化速度

通常，循環流化床鍋爐爐膛下部物料粒徑和濃度都比較大，在物料自身重力、氣流向上驅動力和物料間摩擦力的共同作用下，大顆粒物料沿水冷壁管向下流動，在水冷壁管受熱面上産生摩擦力，從而磨損水冷壁管受熱面。由于管壁磨損量與煙氣流速和物料濃度成正比，因此在高負荷下，随着循環流化床鍋爐燃料、物料濃度和煙氣流量的增加，管壁的磨損越發嚴重。當管壁局部磨損過薄，無法承受管内汽水混合物的壓力時就會爆裂，導緻鍋爐驟停，因此提高管壁的耐磨性是防止水冷壁爆管的關鍵[18]。

1.3料層差壓

料層差壓是表征流化床料層高度的物理量，如果料層壓差較小，床層溫度會升高，負荷降低，底渣含碳量增加，容易影響流态化狀态，導緻局部結渣。同時，不完全燃燒會使爐渣含碳量高，增加爐渣的熱損失；當料層壓差較大時，鍋爐負荷較高，蓄熱能力增強，底渣含碳量降低。但是，為了确保良好的流化狀态，一次風量将被迫增加，沉積底部的大顆粒可能會危害鍋爐安全運行，降低鍋爐熱效率。在運行過程中，可以通過布風闆的阻力特性參數、爐膛壓力和料層上部壓力等數據綜合判斷料層的差壓。

2 機組長周期運行數據

2.1機組相關參數

2#機組鍋爐型号為DG1184/25.31-Ⅱ1，表1為該鍋爐的主要參數，鍋爐主蒸汽出口壓力25.31 MPa(g)，配套的是350 MW超臨界汽輪發電機組。鍋爐為超臨界變壓直流鍋爐，全鋼架結構，整體支撐和懸挂在鍋爐鋼架上，單爐膛，平衡通風，半露天M型布置，一次中間再熱。

2.2鍋爐整體結構

鍋爐汽水系統示意圖如圖1所示，鍋爐本體由三部分組成：第一部分為主循環回路，包括爐膛、回料器、冷卻旋風分離器、高溫過熱器、中溫過熱器、屏式再熱器等；第二部分布置尾部煙道，包括中溫過熱器、低溫再熱器、低溫過熱器和省煤器；第三部分是空氣預熱器。

該系統的水冷壁采用低質量流量全焊接垂直升膜管闆，爐膛采用光滑管(中間隔牆采用内螺紋管)。爐體下部設有單個配風闆，配風闆上方為水冷風室，水冷風室周圍有水冷壁管。該爐還配有6個屏式再熱器管屏、12個屏式過熱器和5個水冷隔闆。燃料從熔爐前面的給煤口輸送到熔爐。爐後壁設六個鼓式冷渣器。爐後壁鋼架内設三台冷卻旋風分離器，每台旋風分離器下設一台回料機。回程給料機分為兩種結構。每個旋風分離器分離的物料通過兩個回流管直接返回爐膛。在汽冷包牆包覆的尾部煙道内設置了中隔牆包覆過熱器，将後煙井分隔成前後兩個煙道，前煙道布置低溫再熱器，後煙道布置中溫過熱器和低溫過熱器。省煤器布置在前後煙道合并後的豎井區域，空氣預熱器是管式空氣預熱器，一二次風道分開布置，沿爐膛寬度方向雙進雙出。

一次風機、二次風機、引風機均設置兩台50%容量(變頻調節)雙吸入離心式送風機，三台多級離心式高壓流化風機并聯布置，每台容量為50%。正常情況下，兩台使用，一台備用。鍋爐啟動系統由啟動分離器、儲水箱、水位控制閥、常壓閃蒸罐、疏水泵等組成，當負荷大于最小直流負荷後，該系統的直流運行一次上升，啟動分離器入口有一定程度的過熱。

2.3主要指标完成情況

山西河坡發電有限責任公司2#發電機組2019年4月21日至2020年3月17日安全穩定運行，運行時間為7 925.7 h。運行期間，該機組的污染物排放實施全程超低排放控制，符合《火電廠大氣污染物排放标準》(GB 13223—2011)要求，表2為發電機組主要指标完成情況。

3 關鍵技術應用

3.1低床壓優化運行控制

山西河坡發電有限責任公司超臨界循環流化床機組燃用煤種為當地無煙煤，由于無煙煤揮發分較低等原因，低床壓運行較燃用煙煤、褐煤較難實現，其對燃煤粒徑、有效床料控制等方面的要求更高。目前提高床料質量，降低床存量的手段主要為改進分離器分離效率、改進物料回送裝置流動特性、控制燃料粒度等。對于已經建成的循環流化床鍋爐，如果在改進分離器分離效率等方面開展低床壓運行工作，投資大且存在改進失敗的風險。

山西河坡發電有限責任公司在不增加設備改造費用的前提下，基于流态重構理論基礎[19]，摸索出了鍋爐爐膛内物料運動的一些規律，通過對排渣方式進行優化選擇，減少密相區無效床料數量的同時保證有效床料不減少、鍋爐性能不降低。如圖2所示，風室風壓由10.22 kPa，逐步降至8.44 kPa，爐膛差壓數值保持基本不變。由圖3可得某測量工況，以前的運行方式下，風室即時壓力為12.30 kPa、12.63 kPa，低床壓運行方式時，風室即時壓力為9.72 kPa、9.89 kPa。在保證有效床存量的基礎上，适當降低床層壓力仍可保持大部分顆粒處于能參與循環的範圍内；同時，該方式可以降低顆粒終端速度，從而降低磨損率，鍋爐受熱面磨損得到極大的改善，為鍋爐實現長周期運行奠定了紮實的基礎。

如表3所示，現場研究發現鍋爐每個排渣口排出的渣塊粒徑分布是不一樣的，鍋爐兩邊的排渣口排渣顆粒偏大，中間排渣口排渣顆粒偏細。根據這一規律制定了鍋爐排渣方式，即加大鍋爐爐膛左、右兩端的排渣能力，減少鍋爐爐膛中部的排渣能力，通過選擇性排渣，實現了循環流化床鍋爐床料質量和數量的優化。在保證鍋爐參數正常、性能不受影響的情況下，低床壓運行的實施，降低了風室壓力，在該試驗工況下一次風機功率降低223 kW，一次風機節電比例17%。

3.2主動防磨措施

機組啟動前，對鍋爐水冷壁進行全面防磨檢查并有針對性地采取措施。例如，在後牆标高25.4 m突出較嚴重的安裝焊口上150 mm處，用澆注料加裝防磨梁；對易磨損的四角水冷壁管處加澆注料防磨塊；對标高25.4 m安裝焊口磨損嚴重的部位，消除凸起，輔助噴塗；針對其它部位安裝焊口的凸起部分，根據磨損速度、磨損程度采取輔助噴塗等相應的措施；對尾部受熱面翻轉的防磨瓦全部進行調整，咬邊的缺陷重新打磨後補焊等等，通過采用這些簡單易行、投資極少的措施的實施，為鍋爐安全運行提供了保障。

3.3燃料粒度在線檢測技術

入爐煤粒徑是否合格對于循環流化床鍋爐至關重要，粒徑不合格會造成鍋爐磨損加劇、流化不良、結焦等異常，嚴重的甚至會造成停爐事故。

山西河坡發電有限責任公司和山西大學共同開發基于機器視覺的燃料粒度在線檢測技術，該技術對入爐燃料進行粒度分析，在細碎煤機出口輸煤皮帶上裝設光學分析裝置，測量有關煤粒度分布、給煤量、平均粒徑、粒級質量占比等實時和曆史數據并進行超限預警。入爐煤粒徑監控為機組配煤摻燒和精細化控制爐膛粒徑提供了可靠保障。

4 結論

本文根據山西河坡發電有限責任公司的生産實踐，結合循環流化床機組的特點，探讨了影響循環流化床機組長周期運行的因素，并提出了相應的措施，保障了機組的安全長期運行，主要結論如下：

(1)基于流态重構理論基礎，低床壓優化運行控制，降低顆粒終端速度可以減少有效鍋爐磨損。

(2)實施主動防磨措施，加裝防磨梁、防磨塊可以确保鍋爐受熱面安全。

(3)應用燃料粒度在線檢測技術消除不合格粒徑燃料對鍋爐的磨損，可以從源頭做好鍋爐長周期運行的燃料粒徑保障。

(4)通過優化控制，減緩鍋爐磨損，可确保鍋爐主體設備長周期安全運行。

文獻信息

李麗鋒,苗苗,孔皓,張缦,楊海瑞.350 MW超臨界CFB鍋爐長周期運行的優化與分析[J].電力學報,2022,37(02):130-136.DOI:10.13357/j.dlxb.2022.017.