1、480t/h CFB鍋爐概述
某電廠6#CFB鍋爐是無錫華光鍋爐股份有限公司開發設計生產的UG-480/13.7-M型超高壓中間再熱循環流化床鍋爐。鍋爐采用單鍋筒自然循環、集中下降管、平衡通風、絕熱式旋風分離器、水冷式冷渣器等結構，后煙井內布置對流受熱面，過熱器采用兩級噴水調節蒸汽溫度，再熱器采用噴水為主、事故噴水為輔的方式調節蒸汽溫度。
鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱式旋風分離器、自平衡“U”型返料閥以及后煙井對流受熱面組成。燃燒室蒸發受熱面采用膜式水冷壁，水循環采用單汽包、自然循環、單段循環系統。采用水冷布風板、內嵌逆流柱形風帽。燃燒室內布置有3片屏式水冷壁來增加蒸發受熱面，燃燒室上部還布置有8片屏式過熱器、6片屏式再熱器以提高整個過熱器系統和再熱器系統的輻射系統的輻射傳熱特性。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
鍋爐采用二次配風，一次風由流化風和播煤風兩部分組成，流化風從爐膛底部經布風板、風帽進入爐膛，播煤風位置在布風板上部給煤口處；二次風分兩層從燃燒室進入爐膛，下二次風在布風板上部2 250 mm處，前后墻各有6個風口，上二次風布置在布風板上部4 850 mm處，前后墻各有6個風口，二次風均從密相區送入。鍋爐共設有四個給煤口，采用前墻給煤，布置在布風板上部1650 mm處。4個石灰石給料口在下二次風風口進入，均勻地布置在爐前。爐膛底部設有后水冷壁管彎制成一次風室。本鍋爐采用4只床上啟動燃燒器和4只床下啟動燃燒器，床上4支啟動燃燒器布置在布風板上3m處（左右側墻各2支）。
該鍋爐燃煤主要是來自陜北神木的煤和煤矸石，按一定比例混和。鍋爐主要設計規范如表1所示。
2、循環流化床鍋爐燃燒優化調整結果及分析
2.1燃燒總風量調整試驗
鍋爐燃燒總風量定義為一次風量與二次風量之和。一次風主要是由通過布風板的流化風和播煤風兩部分組成。流化風的主要作用是保證床料的正常流化并提供燃料揮發分和一部分焦炭燃燒所需要的氧氣。播煤風主要是保證燃料可以正常的進入爐膛。二次風則是提供了大部分焦炭燃燒所需要的氧氣。所有燃燒優化調整工況的平均過量空氣系數為1.24。燃燒總風量最大的為384 385 Nm3/h，此時過量空氣系數為1.28；燃燒總風量最小的為348 45 Nm3/h，此時過量空氣系數為1.19。稀相區空截面煙氣速度由調整前的5.4 m/s降低至調整后的5.0 m/s。
圖l是飛灰含碳量隨燃燒總風量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著燃燒總風量的減少而逐漸降低的。分析認為，產生這種現象可能的原因是：6#爐采用的燃料屬于易燃燼類型，使用較小的過量空氣系數就可以滿足其燃盡需要。較大的燃燒總風量對燃料的燃燼特性影響不大反而會導致較高的煙氣速度，使得顆粒在爐膛中停留時間減少，同時較高的煙氣速度使得進入到分離器的較細顆粒直接被攜帶至尾部煙道內，分離器的分離效率降低，飛灰中含碳量增大，機械不完全燃燒熱損失q4增大，鍋爐熱效率降低。圖2是排煙損失q2隨燃燒總風量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著燃燒總風量的減少而逐漸降低的。較大的燃燒總風量會導致實際干煙氣體積增加，干煙氣帶走的熱量也會隨之增加，從而導致排煙損失q2增大。圖3是鍋爐熱效率隨燃燒總風量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著燃燒總風量的減少而升高的。一、二次風機及引風機總電流由燃燒優化調整試驗前的685 A降至調整后的650 A，廠用電有所降低。
2.2 一次風量調整試驗
通過對鍋爐一次風量調整試驗，一次風量由調整前的。200000 Nm3/h降低至調整后的180 000。190 000 Nm3/h。降低一次風量可以延長焦炭顆粒在密相區的停留時間，提高了焦炭顆粒的燃燼程度，飛灰含碳量降低，機械不完全燃燒損失降低，鍋爐熱效率升高。降低一次風量對床層的冷卻作用相對降低，床溫升高也會提高焦炭顆粒的燃盡程度，使飛灰含碳量有所降低。降低一次風量可以減少干煙氣體積，減少干煙氣帶走的熱量，排煙損失有所降低。同時，較低的一次風量也可以減輕密相區的磨損，對鍋爐安全穩定運行有益。
圖4是飛灰含碳量隨流化風量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著一次風量的減少而逐漸降低的。圖5是排煙損失q2隨一次風量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著一次風量的減少而逐漸降低的。圖6是鍋爐熱效率隨一次風量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著一次風量的減少而升高的。
2.3二次風量調整試驗
通過對鍋爐運行情況的觀察和分析，鍋爐習慣運行狀態下，二次風量偏大，導致爐膛中上部煙氣流速過高，頂棚水冷壁磨損嚴重。鍋爐二次風量由調整前的約189 000 Nm3/h降低至調整后的165 000—175 000 Nm3/h。
圖7是飛灰含碳量隨二次風量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著二次風量的減少而逐漸降低的。底渣含碳量隨著二次風量的減少并沒有明顯的變化。圖8是排煙損失q2隨二次風量變化圖，從圖中可以看出，排煙損失q2是隨著二次風量的減少而逐漸降低的。圖9是鍋爐熱效率隨二次風量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著二次風量的減少而升高的。
2.4給煤量、氧量調整試驗
在進行爐燃燒優化調整前，給煤機給煤量并不均勻，1#和2#給煤機給煤量比3#和4#給煤機給煤量平均要偏大8—10t/h，這造成燃料在爐內左、右側燃燒不均勻，床溫、分離器出口溫度、循環灰溫度等參數左、右側的偏差較大。而此時設置在高溫過熱器和低溫過熱器之間的氧化鋯氧量分析儀測量到的左、右側排煙氧量卻基本持平。分析認為產生這種情況的原因可能為：一是給煤機給煤量稱重系統存在偏差；二是左、右側氧化鋯氧量分析儀測量氧量存在偏差。
試驗過程中，氧量是采用德國M&C公司生產的PMA-10型順磁氧表來測量的，測量位置是在空氣預熱器的入口處。為了更加準確地得到排煙氧量的情況，試驗人員將原有左、右側氧化鋯氧量分析儀從尾部煙道取出，將PMA-10型氧表放入到測孔中測量氧量。試驗結果表明，左側氧化鋯氧量分析儀零點漂移了-1.3%，右側氧化鋯氧量分析儀零點漂移了-2.0%。試驗人員協助廠里熱工技術人員對左、右側氧化鋯氧量分析儀零點重新進行了設置。
圖10是飛灰含碳量隨排煙氧量變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著排煙氧量的減少而逐漸降低的。圖1 1是鍋爐熱效率隨排煙氧量變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著排煙氧量的減少而升高的。
2.5爐膛密相區溫度調整試驗
通過適當提高鍋爐密相區的燃燒溫度可以增加焦炭顆粒的反應溫度，從而提高焦炭顆粒的燃燼程度，達到提高鍋爐的熱效率的目的。鍋爐平均床溫由調整前的約935℃升高到調整后的約943℃。
圖12是飛灰含碳量隨平均床溫變化圖，從圖中可以看出，飛灰含碳量是隨著平均床溫的增加而逐漸降低的。圖13是鍋爐熱效率隨平均床溫變化圖，從圖中可以看出，鍋爐熱效率是隨著平均床溫的增加而升高的。
2.6二次風配比調整試驗
鍋爐二次風配比調整試驗主要是通過改變上、下二次風風門擋板的開度來調節上、下二次風風量，從而可以調節焦炭顆粒在不同區域的濃度和燃燒份額，并優化爐內的燃燒情況，提高鍋爐的熱效率。由表十一可以看出，當下二次風門調節至—70%，上二次風們調節至100c/o時，鍋爐熱效率達到93.95%，是所有工況中最高的。
2.7料層差壓的調整
循環流化床鍋爐料層差壓的大小直接影響流化的狀態和燃燒的溫度場的變化。料層太厚，流化風量大，耗電率高，但容易出現流化不均，局部地方溫度高易結焦。床層太薄，容易穿床，同時密相區燃燒不好，容易出現在返料器繼續燃燒結焦，同時飛灰含碳量也增加。燃燒不同的煤種應保持不同的料層差壓，差一點的煤料層適當厚一點，好一點的煤料層適當薄一點。不同負荷料層差壓亦可以不同。最佳情況下，在運行中返料器內不再燃燒，分離器出口煙溫比爐膛出口煙溫低，這時床層厚度就比較合適，飛灰可燃物最小、效率最高。
2.8入爐煤質的調整
入爐煤的灰份直接影響循環流化床的運行，特別是對床溫的影響。煤質灰份大，循環灰量大，床溫容易控制，一次流化風量減少；煤質灰份小，循環灰量小，床溫較高，很難控制，一次風量大。通過對6#鍋爐調試，在燃燒21 840 J/kg的煤時風量要比燃燒17220 J/kg的煤的一次流化風量要大20 000—30 000 Nm3/h，致使煙氣混合物流速增加，停爐檢查后，磨損明顯增加，運行時間很短，不能長周期安全運行。同時，上部燃燒份額增加，進入分離器的煙氣溫度增加，溫度增加使進入分離器的煙氣剛性下降，致使分離器效率下降，通過電除塵后，灰量明顯增加，使循環灰減少，更進一步影響運行。
2.9入爐煤的細度調整
循環流化床入爐煤的細度等級對流化狀態和運行的穩定性影響很大。在6#鍋爐試驗中，剛開始燃燒的是21 840 J/kg以上的煤，煤質較好，揮發份高，煤的硬度小，煤粉力度保持在0—10 mm的范圍，但會明顯出現循環灰量不足、床溫高，上部燃燒份額增加，灰渣比倒掛，分離器不能捕捉細灰，使飛灰中含碳量增加。這樣的煤種通過適當放大了顆粒度到0~13 mm，明顯就改善了工況。隨著市場煤價大幅度的提升，開始燃燒15 960—1 7220J/kg的工程煤。由于工程煤的矸石含量大，入爐煤不變的情況下隨著運行時間的推移，床層下面沉積大顆粒逐漸增加，就會出現流化不均勻的現象，床溫不均，致使流化風量增加，風機耗電率增加。
2.10布風板阻力的調整
該電廠6#鍋爐布風板均勻開孔逆流柱式風2130個，在運行中明顯出現流化不均勻的現象，床溫測點測出的溫度相差50—100℃，致使某些局部區域溫度很高。為了控制床溫，一次流化風量要增加很多，導致磨損嚴重不能保證長周期穩定運行。停爐檢修時，通過對布風板上風帽重新布置，外三至五圈布置開孔大的∮15風帽，其余布置比外層開孔小的∮13風帽，結果運行起來流化明顯均勻，床溫測點之間相差10—20℃，流化風量降低34 600Nm3/h，風機電耗明顯降低，磨損明顯降低，達到長周期運行182 d。
3、鍋爐磨損情況及分析
CFB鍋爐燃燒總風量除了對鍋爐熱效率有影響外，對爐內磨損也有很大的影響。
在工程上，由于機械作用、間或伴有化學或電的作用，物體工作表面材料在相對運動中不斷發生損耗、轉移或產生殘余變形的現象稱為磨損。按照磨損機理不同，可把磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。在循環流化床鍋爐中，受熱面、金屬部件和耐火材料的磨損主要表現為沖蝕磨損。沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊所造成的磨損。沖蝕磨損存在兩種基本類型：一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，這兩種磨損造成沖蝕表面流失過程的微觀形貌是不完全相同的。對于沖刷磨損，顆粒與固體表面的沖擊角較小，甚至接近平行；顆粒垂直于固體表面的分速度使它嵌入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度合成的效果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時間延長變化不大。對于撞擊磨損，顆粒相對于固體表面的沖擊角較大，或接近于垂直，以一定的運動速度撞擊固體表面使其產生塑性變形或顯微裂紋，長期、大量顆粒的反復撞擊使得固體表面破壞，隨時間遷移，磨損速率有增長的趨勢，甚至變形層脫落，最終導致磨損量突升。
一般地，循環流化床鍋爐受熱面的磨損以如下關系式表達：
由式(1)可見，循環流化床鍋爐受熱面磨損受煙氣速度的影響很大，由于入爐煤的煤質相差不大，較高的燃燒總風量必然導致較高的煙氣速度，從而會加劇鍋爐受熱面的磨損。在鍋爐燃燒優化調整試驗過程中，在保證鍋爐安全運行的前提下，應盡量降低鍋爐的燃燒總風量，從而達到減輕鍋爐受熱面磨損的目的。如果只以煙氣速度作為磨損量的影響因素，以稀相區空截面煙氣速度調整前的5.4 m/s，調整后的5.0 m/s為例，調整后磨損量可以減少約25%。經過本次試驗，鍋爐啟動運行后，至D級檢修計劃停爐，連續穩定運行時間創造了182 d的最高紀錄，停爐檢查受熱面磨損輕微，各部運行正常，沒有出現磨損超標管段，達到了很好的效果。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4、結論
通過對某電廠6#CFB鍋爐燃燒優化調整試驗，降低燃燒總風量減輕了爐膛內受熱面的磨損，保證了鍋爐長周期安全穩定運行。一、二次風機及引風機總電流由燃燒優化調整試驗前的685 A降至調整后的650 A，廠用電有所降低。飛灰可燃物由燃燒優化調整試驗前的4.4%降至調整后的3.0%左右，調整后飛灰可燃物最低值為2.4%，鍋爐熱效率提高約1.0%。鍋爐受熱面磨損明顯減輕，連續穩定運行時間創造了該電廠6#爐最長運行記錄。
