循環流化床(CFB)鍋爐是采用潔凈煤燃燒技術的具有商業運行價值的鍋爐，近年來在大型化方向上得到了迅速發展。CFB鍋爐燃燒技術具有氮氧化物排放濃度低，燃燒過程中加石灰石直接脫硫，燃料適應性廣、燃燒效率高、灰渣可以綜合利用、負荷調節范圍大等優點，在世界范圍內得到廣泛的應用和發展。但在實際運行中因床溫超出設計值，經常出現鍋爐無法帶滿負荷的問題，甚至出現高溫結焦而被迫停爐，不同程度地影響鍋爐安全穩定經濟運行。江蘇賈汪電廠440 t/h CFB鍋爐在調試期間和投產后曾出現過這類問題，因此對該爐床溫偏高的原因進行了分析，并提出相應對策，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、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
1、設備概況
賈汪電廠135 MW機組技改工程2號機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠（以下簡稱哈鍋）生產的440 t/h超高壓參數、單汽包、一次中間再熱、水冷布風板、588個大直徑不銹鋼鐘罩式風帽、床上4支與床下2支油槍聯合點火啟動、2只內徑為7. 72m的高溫絕熱旋風分離器、自平衡U回料閥爐膛后墻四點給煤、平衡通風、半露天布置鍋爐，是目前江蘇省最大的CFB燃煤鍋爐，鍋爐型號為HG-440/13.7-L.YM12，爐膛寬度為13.70 m，深度為7.22 m，鍋爐最高點標高為53. 80 m．爐膛內布置雙面水冷壁、屏式II級過熱器和屏式熱段再熱器，鍋爐最大連續出力(BMCR)、鍋爐額定出力(ECR)工況下設計床溫分別為889℃和885℃。ECR工況下鍋爐實際運行密相區床溫平均值為950℃，最高溫度達到1050℃。
2、床溫控制理論
CFB鍋爐穩定燃燒及床溫控制的關鍵是合理的循環物料平衡、熱量平衡。其中，物料平衡是CFB鍋爐正常運行的基礎．只有合理的物料平衡才能建立合理的熱量平衡，使爐膛運行中換熱系數與設計中所取的值相當，控制床溫在設計范圍內。
物料的循環包括內循環和外循環，循環物料實質上是一種熱載體，它將燃燒室密相區里的熱量帶到爐膛上部，使爐膛內的溫度場分布均勻，并通過多種傳熱方式與水冷壁進行換熱。因此，只有提高內、外循環物料量及爐膛中上部的物料濃度和傳熱系數（其傳熱系數為煤粉爐的4～6倍），才能有效地控制床溫，鍋爐才能升到高負荷。內、外循環物料來源于煤、石灰石、啟動床料中的細顆粒及補充床料。參與外循環的物料粒徑在100—250um，飛灰粒徑在100 um以下，過大的顆粒沉積在密相區，無法參與循環，不能有效地將熱量傳遞出去。因此，增加參與循環的物料份額是CFB鍋爐正常運行的關鍵，同時也是控制床層密相區溫度在設計范圍的關鍵。
3、床溫偏高原因
3.1啟動床料偏粗
哈鍋認為啟動床料可以用沙，也可用原有床料，要求控制啟動用沙中的Na20、K20含量，以免引起床料結焦，其中Na/0控制在1.0%～2.0%，K20控制在2.0%～3.0%，啟動用沙最大粒徑不大于0.6mm．具體粒徑分布為0～0.13 mm、0.13～0.18 mm、0.18～0.25 mm及0.25—0.60 mm，分別占10%、20%、30%和40%，要求啟動用原有床料最大粒徑不超過3mm。
鑒于電廠附近無符合要求的啟動用沙，2號爐啟動床料來源于l號爐排渣，將其平鋪于水泥地上，用壓土機進行碾壓，再用篩孔內邊長為3mm的平板篩進行篩分后得到符合哈鍋要求的啟動床料。
啟動床料經篩分發現粒徑分布不理想，大顆粒份額較多，能參與物料循環顆粒較少，導致鍋爐在啟動過程中物料循環倍率偏低，鍋爐熱量平衡無法達到設計要求，最終鍋爐因床溫高而無法帶滿負荷。
3.2原煤灰分及粒徑偏小
賈汪電廠鍋爐用煤主要為徐州地產優質煙煤，設計、校核和實用煤質特性如表l所示。折算灰分分別為7.06、10. 27和14. 07 g/MJ。大型CFB鍋爐運行表明，當折算灰分大于21 g/MJ時CFB灰平衡較容易實現；當折算灰分小于8.25 g/MJ時CFB灰平衡比較困難，需要定期或連續補充固體物料。實用煤質折算灰分偏小，需要長時間和合適的工況才能積累足夠的循環物料，但難于控制，不能滿足生產需要。
哈鍋對入爐煤粒度的要求為：最大粒徑d一≤6mm、d50=1.8 mm及d<0.6 mm的顆粒數量不大于20%。對2號爐入爐煤進行篩分，其篩分特性曲線。
分析圖1得到入爐煤dmax為13. 13 mm．d>6 mm的顆粒為12. 8%，dso為1.04 mm，d<0.6 mm的顆粒為38.3%．均勻性系數為0.773 3。因此，輸煤系統中的碎煤機在現有調整手段下，其出口煤粒度分布無法滿足哈鍋要求，一方面粒度分布均勻性系數頗低，入爐煤中大顆粒較多，這部分煤沉積在爐內密相區中反復燃燒，引起密相區床溫偏高；另一方面d<0.6 mm的顆粒比例是設計值的1.92倍，入爐煤中過多的細顆粒使得燃燒后形成的灰粒很細，分離器的分離效率降低，導致參加循環的物料量下降，無法將密相區的熱量帶出，加劇了密相區床溫偏高的程度。
3.3冷渣器對排渣無選擇性
2號爐排渣系統配置從意大利進口的風冷鋼帶式冷渣器，爐渣由布置在前墻下部的2個排渣口直接依次排放到運動中的第1、第2級冷渣器鋼制履帶上，經風冷后排入渣庫。該冷渣器對排出的爐渣沒有選擇性，在排出大渣的同時不可避免地將一部分細渣一起排出，現場觀察發現爐渣中大渣直徑為20mm左右，細渣占了很大一部分，因此引起了參加內、外循環的物料量下降，導致了爐內密相區床溫偏高。
3.4鍋爐啟動時間長
鍋爐冷態試驗前，鍋爐爐膛內首次加入啟動床料，在冷態試驗和鍋爐點床下、床上油槍啟動升溫升壓期間循環物料會因磨損而消耗一部分：在鍋爐蓄能降壓沖管期間，當床溫達到500℃投煤后鍋爐負荷低，會出現由投煤生成的循環物料無法補償因磨損而消耗的循環物料的問題。因此，根據1號爐調試經驗，在2號爐沖管結束后將爐內床料全部放盡，向爐膛中重新加入70 t合格的啟動床料，床料靜止高度達到1.1m，床料流化后平均床壓為10 kPa。
機組整套啟動調試階段，鍋爐升溫升壓速度受到物料循環系統內耐火材料升溫速度的限制，哈鍋推薦的冷態啟動時間為8h，正常冷態啟動時間比常規煤粉爐長。另外，這期間鍋爐安全門整定、蒸汽嚴密性試驗、汽機與電氣試驗以及消缺的時間和鍋爐純燃油時間很長，床料和循環物料流失較多，而該爐又沒有設計補料系統，導致投煤前床壓下降到5 kPa。爐內料層太薄引起床料蓄熱能力和受熱面傳熱系數下降，而且會引起流化風局部穿層，床溫分布均勻性變差，再加上循環物料量少，導致熱量聚集在密相區，床溫過高。
3.5回料閥出力過大
該爐循環物料量本身就偏少，且在鍋爐升負荷過程中逐步增加，而回料閥通流能力裕量頗大，回料閥充氣總量因高壓流化風機為定速的羅茨鼓風機且無旁路而無法調整，僅能調整回料閥松動風與返料風間的配比，但松動風門和返料風門皆為手動翻板門，其調節特性差且因懸在半空中而不方便及時調整。因此，經常發生回料閥出力大于循環物料量的情況，引起立管料位低，部分回料閥松動風反竄到分離器，分離器效率因此降低，使得循環物料量更少，最終導致爐內密相區床溫升高。
4、控制床溫的對策及注意事項
4.1對策
(1)在停爐全面消缺期間，將爐內床料全部排空，重新加入合格的原有床料70 t，并在甲側煤倉內加入40 t合格的原有床料作為補充床料，將入爐煤灰分控制在35%以上。
(2)在鍋爐啟動過程中純燃油期間，通過關小回料閥松動風門和開大返料風門的方式控制回料閥出力，降低循環物料量，增加立管料位，可提高床溫升速率，防止因松動風反竄而導致循環物料流失，縮短鍋爐純燃油時間。
(3)在投煤前1h，通過甲側輸煤線將甲側煤倉內的床料補充到爐膛內。當床壓為10kPa和床溫為500℃時開始給煤，并通過適量連續排渣的方法繼續維持床壓，然后在滿足鍋爐啟動曲線要求的基礎上，盡量縮短啟動時間，加快升負荷速率，直到鍋爐滿負荷運行。
(4)投煤后，通過逐步開大回料閥松動風門和關小返料風門的方式提高回料閥出力。試驗發現回料閥出力與爐膛出口壓力呈同一方向變化，通過改變引風自動的定值可以在集控室方便地細調回料閥出力，從而保證比較穩定的立管料位。當鍋爐長時間低負荷運行及爐內床料流失量比較大時，一定要在適量連續排渣的前提下通過臨時補料系統向爐內添加床料，以保證爐內床料粒度分布合理和足夠的循環物料量。
4.2注意事項
傳統理論認為床溫主要是通過調節一次風量控制，但鍋爐實際運行表明一次風量對控制床溫的作用有限。一方面一次風量不能低于最低流化風量，以保證爐內床料流化質量和床溫分布的均勻性；另一方面過大的一次風量會引起大量爐內床料流失，床壓明顯下降，床溫不降反升，所以一次風量應控制在設計值附近的小范圍內變動。
5、效果
針對2號爐整套啟動調試過程中出現的床溫高問題，在機組投產后鍋爐啟動過程中采用上述的過程控制方式，實現了循環物料平衡的動態控制，有效地消除了因循環物料反竄而引起的分離器效率降低的問題，增加了鍋爐各種負荷下的循環物料量，相應地升高了鍋爐稀相區床壓，從而保證床溫在鍋爐啟動全過程中處于受控狀態。鍋爐在額定工況運行時，密相區平均床溫保持在890℃附近，排煙溫度從182℃降低到169℃，飛灰可燃物含量從3.64%下降到2.08%，鍋爐效率提高了1.17%。
機組投產后，由于煤種變化和鍋爐負荷變動時運行人員沒有及時調整工況等原因，鍋爐曾多次發生床溫超限問題，在電廠技術人員掌握了床溫控制操作要領后，目前鍋爐床溫超限問題得到了解決。
6、改善床溫可控性的建議
(1)鍋爐廠應加強旋風分離器的優化設計，進一步提高分離器效率，以改善鍋爐運行特性和提高床溫可控性。
(2)鍋爐廠應進一步分析探討返料裝置的通流能力，優化設計U閥直徑及風帽小孔直徑，避免通流能力太大，導致立管料位太低，返料風容易穿透料層，降低分離器效率。
(3)在返料系統施工過程應嚴格管理，保證其嚴密性：在烘爐后應將排濕孔嚴密封堵，確保不漏風，以保證正常的物料循環。
(4)經研究發現分離器對沙子的分離效率高于對爐灰的分離效率，建議啟動床料采用合格的沙子，以加快建立循環物料平衡。
(5)建議對石灰石系統進行完善化工作，盡快正常投用該系統，一方面可實現其脫硫功能，另一方面石灰石可作為補充床料用來提高循環物料量。
1、設備概況
賈汪電廠135 MW機組技改工程2號機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠（以下簡稱哈鍋）生產的440 t/h超高壓參數、單汽包、一次中間再熱、水冷布風板、588個大直徑不銹鋼鐘罩式風帽、床上4支與床下2支油槍聯合點火啟動、2只內徑為7. 72m的高溫絕熱旋風分離器、自平衡U回料閥爐膛后墻四點給煤、平衡通風、半露天布置鍋爐，是目前江蘇省最大的CFB燃煤鍋爐，鍋爐型號為HG-440/13.7-L.YM12，爐膛寬度為13.70 m，深度為7.22 m，鍋爐最高點標高為53. 80 m．爐膛內布置雙面水冷壁、屏式II級過熱器和屏式熱段再熱器，鍋爐最大連續出力(BMCR)、鍋爐額定出力(ECR)工況下設計床溫分別為889℃和885℃。ECR工況下鍋爐實際運行密相區床溫平均值為950℃，最高溫度達到1050℃。
2、床溫控制理論
CFB鍋爐穩定燃燒及床溫控制的關鍵是合理的循環物料平衡、熱量平衡。其中，物料平衡是CFB鍋爐正常運行的基礎．只有合理的物料平衡才能建立合理的熱量平衡，使爐膛運行中換熱系數與設計中所取的值相當，控制床溫在設計范圍內。
物料的循環包括內循環和外循環，循環物料實質上是一種熱載體，它將燃燒室密相區里的熱量帶到爐膛上部，使爐膛內的溫度場分布均勻，并通過多種傳熱方式與水冷壁進行換熱。因此，只有提高內、外循環物料量及爐膛中上部的物料濃度和傳熱系數（其傳熱系數為煤粉爐的4～6倍），才能有效地控制床溫，鍋爐才能升到高負荷。內、外循環物料來源于煤、石灰石、啟動床料中的細顆粒及補充床料。參與外循環的物料粒徑在100—250um，飛灰粒徑在100 um以下，過大的顆粒沉積在密相區，無法參與循環，不能有效地將熱量傳遞出去。因此，增加參與循環的物料份額是CFB鍋爐正常運行的關鍵，同時也是控制床層密相區溫度在設計范圍的關鍵。
3、床溫偏高原因
3.1啟動床料偏粗
哈鍋認為啟動床料可以用沙，也可用原有床料，要求控制啟動用沙中的Na20、K20含量，以免引起床料結焦，其中Na/0控制在1.0%～2.0%，K20控制在2.0%～3.0%，啟動用沙最大粒徑不大于0.6mm．具體粒徑分布為0～0.13 mm、0.13～0.18 mm、0.18～0.25 mm及0.25—0.60 mm，分別占10%、20%、30%和40%，要求啟動用原有床料最大粒徑不超過3mm。
鑒于電廠附近無符合要求的啟動用沙，2號爐啟動床料來源于l號爐排渣，將其平鋪于水泥地上，用壓土機進行碾壓，再用篩孔內邊長為3mm的平板篩進行篩分后得到符合哈鍋要求的啟動床料。
啟動床料經篩分發現粒徑分布不理想，大顆粒份額較多，能參與物料循環顆粒較少，導致鍋爐在啟動過程中物料循環倍率偏低，鍋爐熱量平衡無法達到設計要求，最終鍋爐因床溫高而無法帶滿負荷。
3.2原煤灰分及粒徑偏小
賈汪電廠鍋爐用煤主要為徐州地產優質煙煤，設計、校核和實用煤質特性如表l所示。折算灰分分別為7.06、10. 27和14. 07 g/MJ。大型CFB鍋爐運行表明，當折算灰分大于21 g/MJ時CFB灰平衡較容易實現；當折算灰分小于8.25 g/MJ時CFB灰平衡比較困難，需要定期或連續補充固體物料。實用煤質折算灰分偏小，需要長時間和合適的工況才能積累足夠的循環物料，但難于控制，不能滿足生產需要。
哈鍋對入爐煤粒度的要求為：最大粒徑d一≤6mm、d50=1.8 mm及d<0.6 mm的顆粒數量不大于20%。對2號爐入爐煤進行篩分，其篩分特性曲線。
分析圖1得到入爐煤dmax為13. 13 mm．d>6 mm的顆粒為12. 8%，dso為1.04 mm，d<0.6 mm的顆粒為38.3%．均勻性系數為0.773 3。因此，輸煤系統中的碎煤機在現有調整手段下，其出口煤粒度分布無法滿足哈鍋要求，一方面粒度分布均勻性系數頗低，入爐煤中大顆粒較多，這部分煤沉積在爐內密相區中反復燃燒，引起密相區床溫偏高；另一方面d<0.6 mm的顆粒比例是設計值的1.92倍，入爐煤中過多的細顆粒使得燃燒后形成的灰粒很細，分離器的分離效率降低，導致參加循環的物料量下降，無法將密相區的熱量帶出，加劇了密相區床溫偏高的程度。
3.3冷渣器對排渣無選擇性
2號爐排渣系統配置從意大利進口的風冷鋼帶式冷渣器，爐渣由布置在前墻下部的2個排渣口直接依次排放到運動中的第1、第2級冷渣器鋼制履帶上，經風冷后排入渣庫。該冷渣器對排出的爐渣沒有選擇性，在排出大渣的同時不可避免地將一部分細渣一起排出，現場觀察發現爐渣中大渣直徑為20mm左右，細渣占了很大一部分，因此引起了參加內、外循環的物料量下降，導致了爐內密相區床溫偏高。
3.4鍋爐啟動時間長
鍋爐冷態試驗前，鍋爐爐膛內首次加入啟動床料，在冷態試驗和鍋爐點床下、床上油槍啟動升溫升壓期間循環物料會因磨損而消耗一部分：在鍋爐蓄能降壓沖管期間，當床溫達到500℃投煤后鍋爐負荷低，會出現由投煤生成的循環物料無法補償因磨損而消耗的循環物料的問題。因此，根據1號爐調試經驗，在2號爐沖管結束后將爐內床料全部放盡，向爐膛中重新加入70 t合格的啟動床料，床料靜止高度達到1.1m，床料流化后平均床壓為10 kPa。
機組整套啟動調試階段，鍋爐升溫升壓速度受到物料循環系統內耐火材料升溫速度的限制，哈鍋推薦的冷態啟動時間為8h，正常冷態啟動時間比常規煤粉爐長。另外，這期間鍋爐安全門整定、蒸汽嚴密性試驗、汽機與電氣試驗以及消缺的時間和鍋爐純燃油時間很長，床料和循環物料流失較多，而該爐又沒有設計補料系統，導致投煤前床壓下降到5 kPa。爐內料層太薄引起床料蓄熱能力和受熱面傳熱系數下降，而且會引起流化風局部穿層，床溫分布均勻性變差，再加上循環物料量少，導致熱量聚集在密相區，床溫過高。
3.5回料閥出力過大
該爐循環物料量本身就偏少，且在鍋爐升負荷過程中逐步增加，而回料閥通流能力裕量頗大，回料閥充氣總量因高壓流化風機為定速的羅茨鼓風機且無旁路而無法調整，僅能調整回料閥松動風與返料風間的配比，但松動風門和返料風門皆為手動翻板門，其調節特性差且因懸在半空中而不方便及時調整。因此，經常發生回料閥出力大于循環物料量的情況，引起立管料位低，部分回料閥松動風反竄到分離器，分離器效率因此降低，使得循環物料量更少，最終導致爐內密相區床溫升高。
4、控制床溫的對策及注意事項
4.1對策
(1)在停爐全面消缺期間，將爐內床料全部排空，重新加入合格的原有床料70 t，并在甲側煤倉內加入40 t合格的原有床料作為補充床料，將入爐煤灰分控制在35%以上。
(2)在鍋爐啟動過程中純燃油期間，通過關小回料閥松動風門和開大返料風門的方式控制回料閥出力，降低循環物料量，增加立管料位，可提高床溫升速率，防止因松動風反竄而導致循環物料流失，縮短鍋爐純燃油時間。
(3)在投煤前1h，通過甲側輸煤線將甲側煤倉內的床料補充到爐膛內。當床壓為10kPa和床溫為500℃時開始給煤，并通過適量連續排渣的方法繼續維持床壓，然后在滿足鍋爐啟動曲線要求的基礎上，盡量縮短啟動時間，加快升負荷速率，直到鍋爐滿負荷運行。
(4)投煤后，通過逐步開大回料閥松動風門和關小返料風門的方式提高回料閥出力。試驗發現回料閥出力與爐膛出口壓力呈同一方向變化，通過改變引風自動的定值可以在集控室方便地細調回料閥出力，從而保證比較穩定的立管料位。當鍋爐長時間低負荷運行及爐內床料流失量比較大時，一定要在適量連續排渣的前提下通過臨時補料系統向爐內添加床料，以保證爐內床料粒度分布合理和足夠的循環物料量。
4.2注意事項
傳統理論認為床溫主要是通過調節一次風量控制，但鍋爐實際運行表明一次風量對控制床溫的作用有限。一方面一次風量不能低于最低流化風量，以保證爐內床料流化質量和床溫分布的均勻性；另一方面過大的一次風量會引起大量爐內床料流失，床壓明顯下降，床溫不降反升，所以一次風量應控制在設計值附近的小范圍內變動。
5、效果
針對2號爐整套啟動調試過程中出現的床溫高問題，在機組投產后鍋爐啟動過程中采用上述的過程控制方式，實現了循環物料平衡的動態控制，有效地消除了因循環物料反竄而引起的分離器效率降低的問題，增加了鍋爐各種負荷下的循環物料量，相應地升高了鍋爐稀相區床壓，從而保證床溫在鍋爐啟動全過程中處于受控狀態。鍋爐在額定工況運行時，密相區平均床溫保持在890℃附近，排煙溫度從182℃降低到169℃，飛灰可燃物含量從3.64%下降到2.08%，鍋爐效率提高了1.17%。
機組投產后，由于煤種變化和鍋爐負荷變動時運行人員沒有及時調整工況等原因，鍋爐曾多次發生床溫超限問題，在電廠技術人員掌握了床溫控制操作要領后，目前鍋爐床溫超限問題得到了解決。
6、改善床溫可控性的建議
(1)鍋爐廠應加強旋風分離器的優化設計，進一步提高分離器效率，以改善鍋爐運行特性和提高床溫可控性。
(2)鍋爐廠應進一步分析探討返料裝置的通流能力，優化設計U閥直徑及風帽小孔直徑，避免通流能力太大，導致立管料位太低，返料風容易穿透料層，降低分離器效率。
(3)在返料系統施工過程應嚴格管理，保證其嚴密性：在烘爐后應將排濕孔嚴密封堵，確保不漏風，以保證正常的物料循環。
(4)經研究發現分離器對沙子的分離效率高于對爐灰的分離效率，建議啟動床料采用合格的沙子，以加快建立循環物料平衡。
(5)建議對石灰石系統進行完善化工作，盡快正常投用該系統，一方面可實現其脫硫功能，另一方面石灰石可作為補充床料用來提高循環物料量。
