循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行分析及解决策略.pdf

24doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.12.005应用能源技术2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行分析及解决策略白科亭（充煤菏泽能化有限公司赵楼综合利用电厂，山东菏泽2 7 4 7 0 5）摘要：在循环流化床锅炉中掺烧低热值煤，能够减少对高热值煤的依赖，从而降低生产成本。文章针对循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行问题进行分析，以某电厂循环流化床锅炉为例，从循环流化床锅炉运行中掺烧低热值煤可能造成的影响入手，并对案例项目中，掺烧低热值煤后的循环流化床锅炉运行参数变化情况、污染排放情况以及锅炉流化情况等展开详细分析，明确低热值煤的具体影响，最后，有针对性地提出了相应解决策略。根据研究结果可知，通过优化运行调控、更新系统设备、降低污染排放等措施，能够有效保障低热值煤燃烧运行效果，可为相关技术研究提供实践经验。关键词：循环流化床；锅炉；掺烧低热值煤中图分类号：TK16Analysis and Solution Strategies for Co-firing Low CalorificValue Coal in Circulating Fluidized Bed Boilers(Zhaolou Comprehensive Utilization Power Plant of Yanmei Heze Energy andChemical Co.,Ltd.,Heze 274705,China)Abstract:Co-firing low calorific value coal in circulating fluidized bed boilers can reducedependence on high calorific value coal,thereby lowering production costs.This article analyzes theoperational issues related to co-firing low calorific value coal in circulating fluidized bed boilers,taking a specific circulating fluidized bed boiler in a power plant as an example.It begins byexamining the potential impacts of co-firing low calorific value coal in the operation of circulatingfluidized bed boilers,and then provides a detailed analysis of changes in operational parameters,pollution emissions,and boiler fluidization conditions after co-firing low calorific value coal in thecase study project.The specific effects of low calorific value coal are clarified,and targeted solutionstrategies are proposed.According to the research results,it is evident that by optimizing operationalregulation,updating system equipment,and reducing pollution emissions,effective assurance of thecombustion performance of low calorific value coal can be achieved,providing practical experience forrelated technical research.Key words:circulating fluidized bed;boiler;co-firing low calorific value coal00引言随着全球能源需求的日益增长，寻找高效、环收稿日期：2 0 2 3-0 9-2 0 修订日期：2 0 2 3-1 0-1 4作者简介：白科亭（1 9 7 8），男，本科，助理工程师，从事火力发电厂燃料化水运行研究工作。文献标志码：ABAI Keting保的能源利用方式已成为当前技术发展的主要方向。循环流化床锅炉作为一种高效、清洁的燃烧技术,在国内外得到了广泛应用。但随着煤炭资源的日益紧张，煤炭品质不断下降，高热值煤越来文章编号:1 0 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)1 2-0 0 2 4-0 52023年第1 2 期（总第3 1 2 期）越少，低热值煤的比例逐渐增加，虽然有助于降低燃烧成本，但同时也会导致燃烧效率下降，甚至增加环境污染影响，因此，加强对于循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行分析及解决策略的探讨和研究是十分有必要的。1项目概况某电厂循环流化床锅炉采用内嵌逆流柱风帽，配有4 个排渣口、1 个事故放渣口，当前该电厂燃烧煤种的燃烧效率较低，导致实际生产成本较高，而且低位发热量等不符合相关要求，为更好地响应地方政策,同时降低生产成本,该电厂采用低热值煤种，开展生产试验，煤种热值控制在3500kcal/kg以下。但在掺入低热值煤后，发现循环流化床锅炉运行情况不进入认识，而且存在污染物排放超标、锅炉内部流化不均勾的情况，导致排渣不畅，系统运行负荷较高的情况，不仅没有达到降低生产成本的效果，而且系统运行稳定性有所下降,污染排放反而有所增加，需要对案例项目循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行，提出有效解决策略。2循环流化床锅炉掺烧低热值煤的影响分析在循环流化床锅炉当中，掺烧低热值煤可能会带来以下影响：第一，导致燃烧效率下降，主要表1工况1序号项目1负荷/MW2煤量/h-13总一次风量/万m/h4风室压力/kPa5运行氧量/%6密相区平均床温/7炉膛出口床温/8上部差压/Pa应用能源技术是由于低热值煤的发热量较低，使得锅炉的燃烧效率降低，导致锅炉出力不足；第二,床温波动增大，低热值煤的掺烧还可能会引起床温波动，影响锅炉的稳定运行；第三,污染排放增加，由于低热值煤的含研石成分，因此,将其掺人循环流化床锅炉当中，会导致污染物排放增加，对环境造成不良影响；第四,加剧磨损腐蚀，低热值煤中包含高硬度杂质，这会对锅炉的受热面和耐火材料造成磨损和腐蚀，影响锅炉运行寿命。3掺烧低热值煤后的循环流化床锅炉运行情况结合上述案例情况分析，现针对案例项目中掺烧低热值煤后的循环流化床锅炉运行情况进行分析和探讨，主要包括锅炉运行参数变化情况、污染排放超标情况、锅炉内部流化均匀性以及脱硝效率。3.1参数变化分析为实现对于掺烧低热值煤前后系统参数变化情况的可靠分析,需要将掺烧后的系统参数与掺烧前参数进行对比分析，对此，试验过程中设计了两种工况形式，其中工况1 为掺烧低热值煤前正常情况下循环流化床锅炉稳定运行负荷，工况2为掺烧低热值煤后稳定运行负荷状态，详细数据情况见表1。两种工况下运行参数工况2（掺烧低热值煤前）（掺烧低热值煤后）9598517512.1313.9613.27 13.5513.17 13.932.18 3.162.13 2.93902868820 8318148151185159125参数变化情况3241.83一-34一40626根据表1 可知，掺烧低热值煤后，锅炉的负荷、煤量、总一次风量等参数均发生了不同程度的变化,其中密相区平均床温、炉膛出口床温均有所降低，而锅炉负荷、煤量、总一次风量、上部压差等,均有所增加，电厂运行过程中的氧量仍处于合理范围内。3.2污染排放分析在掺人低热值煤之后，案例项目所在电厂循环流化床锅炉灰分有了明显的提升，而且此次试验过程中，使用的低热值煤当中含有约1/3 的研石,因此燃煤整体的可破碎性相对较差，导致燃料人炉颗粒度较大，实际锅炉运行过程中，床压较高，排渣困难，容易出现排渣管等装置堵塞的情况,影响锅炉运行效率,因此,需要进一步增大一次风量，确保排渣顺畅，但与此同时，就会使得NOx的产生量大幅度提升,增加污染排放。除此之外，在实际展开循环流化床锅炉结构分析的过程中，发现案例项目所在企业使用的锅炉前期进行过低碳改造,将风板当中原有的2 1 3 0 个风帽，调整为9 9 0 个,此外,还对风帽间的距离进行了调整，由原来的1 6 0 mm,调整为3 4 7 mm,使得炉膛布风的均匀性有所下降。这就导致在掺人低热值煤后，容易出现燃烧不充分的情况，为确保运行正常，需要增加一次风量，使得NOx排放超标。3.3流化情况分析此次试验过程中，案例电厂采用的低热值煤热值不超过3 50 0 kcal/kg，锅炉运行时，经常会出现床压过高警报，经过检测发现硫化不良情况主要集中在给煤口附近，以及前墙周围,此外,后墙和排渣口附近，还存在过流化情况对此,展开详细分析,发现案例项目中,造成锅炉硫化均匀性较差的主要原因表现在以下两个方面：（1）试验采用的低热值煤种与设计煤种的应用能源技术性能相差较大，导致锅炉运行参数出现大幅度改变，该电厂锅炉设计过程中，原设计煤种的低位发热量为51 7 8 kcal/kg，但是掺人的低热值煤种低位发热量仅为3 2 4 0 kcal/kg，燃烧后收到的基灰分相差约2 0%左右，干燥无灰基挥发分相差5%左右，由于煤种差异，导致电厂锅炉能效无法得到充分发挥，而且锅炉内部更容易出现硫化不均匀的情况 2 。（2）电厂破碎系统结构较为简单，导致入炉煤处理不到位，尤其是在掺入低热值煤的情况下，人炉煤的颗粒度相对较大,经检测，案例项目中采用的两碎一筛破碎系统,在使用低热值煤前,人料粒度50 mm,出料粒度6 mm,由于仅为一层筛分系统，因此，燃煤入炉粒度难以得到有效控制，尤其是在使用低热值煤后，燃煤的人炉平均粒度显著提升，人炉煤粒径在1 0 mm以上的比例明显提高，若在低风量运行状态之下，炉内流化不均匀问题更为严重,而且大颗粒难以实现有效排出，造成堵塞问题，也难以保障燃烧的充分性。3.4脱硝效率分析当锅炉处于低负荷状态时，炉膛上部温度相对较低,经过测量,温度不足8 0 0,而 SNCR脱硝最佳温度范围为8 2 0 9 2 0，这在一定程度上影响了脱硝效率。除此之外,由于掺烧低热值煤，在锅炉负荷为8 5MW的情况下，使用低热值煤时,分离器人口温度有所下降，仅有7 7 4，与使用低热值煤之前相比，温度降低了1 1 左右，极大地影响了SNCR脱硝效率。4循环流化床锅炉掺烧低热值煤下的有效解决对策4.1优化运行调控结合上述掺烧低热值煤情况下，循环流化床锅炉运行参数变化情况，以及可能产生的环境污染影响等问题，需要对锅炉运行情况进行调控，主2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）要采取的调控措施如下：（1）结合实际情况，合理调控机组运行参数，保障机组负荷始终维持在90MW以上，炉膛出口始终控制在8 0 0 以上，以此确保锅炉脱硝效率，要求负荷调整速率不得超过每分钟0.3 MW。（2）为降低NOx产生量，避免污染排放过高，需要加强脱硫塔人口处NOx的排放量，确保其始终维持在1 0 3 0 mg/Nm，同时，加强对于人炉尿素浓度的控制，保障尿素浓度与锅炉燃烧效率之间相互协调。（3）控制好锅炉床压,将其维持在1 2 1 2.5kPa,以此确保冷渣器得以正常运行,在锅炉运行过程中，一旦发现故障问题，需要及时进行抢修 3 。除此之外,还需要根据锅炉的实时负荷和燃烧需求，对给煤量进行适时调整，合理配置风量，使氧气供应与煤粉燃烧需求相匹配，促进燃烧过程的稳定进行，并通过检测氧含量，调整风量，使燃烧过程始终处于最佳状态，提高锅炉的燃烧效率。4.2更新系统设备根据上述分析中，系统结构对于锅炉燃烧反应的影响，为提高低热值煤燃烧效率，保障流化均匀性，需要对系统设备进行更新和优化调整。首先,需要对循环流化床锅炉的破碎和筛分系统进行优化,可增加一层筛分系统,以此调整低热值煤的入炉粒度，促使其更加充分地燃烧，解决流化不均匀的问题，同时提高脱硝效率。其次,对案例项目中的布风板进行改造更新,在布风板外侧风帽区域使用耐火材料形成凸台，以此提升布风的均匀性,经过改造后，布风板的面积有所减少，如图1 所示，为确保炉内流化效果，锅炉运行过程中，需要合理控制一次风量。最后，由于锅炉进行过低碳改造,风板风帽仅为9 9 0 个，风帽间的距离为3 4 7 mm,不适用于当前低热值煤掺人状态,因此，需要对风板风貌进行改造，优化风貌布局。应用能源技术4.3阳降低污染排放除了通过上述运行调控，以及更新设备降低污染排放之外，还可以通过更为直接的方式减少锅炉燃烧运行过程中产生的污染物。对此，可采用湿式或干式脱硫技术,对燃烧过程中产生的二氧化硫进行处理,降低硫氧化物的排放；采用选择性催化还原法或其他脱硝技术，对燃烧过程中产生的氮氧化物进行处理,降低氮氧化物的排放;此外,还需要展开除尘处理,采用高效除尘器,对燃烧产生的粉尘进行收集和处理，以此减轻锅炉运行以及低热值煤燃烧对环境的影响。针对案例项目中存在的低热值煤燃烧过程中,可能出现的低负荷状态下NOx产生量过高的问题，需要在锅炉炉内下二次风口位置，增设SNCR喷枪，以此延长尿素脱硝反应过程中,在最佳反应温度的停留时间,以此降低NOx产生量，保障脱硝效率。4.4加强设备维护为保障锅炉运行的效率，实现对于低热值煤的充分燃烧，达到降低能源成本，减少环境污染的目的，在循环流化床锅炉运行的过程中,应加强对于设备的维护和管理。（1）需要定期检查设备，按照锅炉运维规程，定期对锅炉本体、管道、燃烧器等设备进行检查，确保设备运行正常。主要检查内容包括设备外观、连接部件、运行参数等，对于发现的问题要及时处理,避免故障扩大；（2)加强磨损处理，低热值煤燃烧过程中，锅炉部件易受到磨损,因此需要对易磨损部位采取防腐、磨损防27耐火材料凸台图1 布风板凸台设置示意图28护措施，主要包括对锅炉内部的叶片、衬里等部件进行定期检查，对磨损严重的部位进行及时修复或更换，以延长设备使用寿命；（3)科学展开腐蚀处理，循环流化床锅炉在燃烧过程中，由于高温、高压等环境，设备易发生腐蚀，为防止腐蚀加剧，保障设备使用寿命，以及运行安全，应定期对锅炉进行防腐涂层，对已经发生腐蚀的部位进行修复和更换，此外,还要注意监测腐蚀程度,以确保锅炉运行安全；（4)定期进行设备更新，随着科技的发展，循环流化床锅炉的设备也在不断更新换代，因此，锅炉企业应关注新技术、新产品的发展动态，及时更新设备，提高锅炉燃烧效率和安全性 4 1 5结束语循环流化床锅炉掺烧低热值煤运行过程中，会导致燃烧效率下降、污染排放增加、锅炉运行参数变化、流化不均匀，以及脱硝效率较低等问题，应用能源技术结合电厂实际情况，提出了优化运行调控、更新系统设备等解决策略，以提高低热值煤燃烧运行效果。此外,还需要降低循环流化床锅炉设备维护，定期检查、加强磨损处理，以此保障锅炉运行的效率，降低能源成本，减少环境污染。参考文献1刘强,刘小敏.循环流化床锅炉掺烧煤泥和煤研石运行优化建议 J.工业锅炉,2 0 2 3（6)：3 3-3 5,2 7.2张强，杨虎，邓启刚，等.大比例掺烧低热值废气循环流化床锅炉设计 J.节能,2 0 2 1,4 0（1):6 6-69.3吕溥，李文祥，郝迎志，等.循环流化床锅炉掺烧危废渣蜡对灰渣污染特征的影响 J.环境工程学报,2 0 2 3,1 7(1):2 4 2 -2 4 9,2.4 何东发生物质燃料在循环流化床锅炉中掺烧的实践一一以永丰余造纸（扬州）有限公司为例 J.能源研究与利用,2 0 2 2(6)：4 1-4 4.2023年第1 2 期（总第3 1 2 期）