循环流化床锅炉床温控制特性的研究

张永，刘辉，刘新泉，任纪兵，陈烨

（华聚能源东滩矿电厂，山东 邹城 273500）

循环流化床锅炉相比一般的煤粉锅炉要先进很多，这也就决定了其控制调节相对复杂，控制的难度非常大。科学合理的控制系统设计可以说完全依赖对床温控制原理的深入分析和理解，从而避免设计上的缺陷。这也是确保新投入运行的循环流化床锅炉安全可靠运行的前提和基础。

1 床温控制的意义

我国开发生产的循环流化床锅炉沸腾温度选择在800～900℃范围内，主要有两个原因：第一，我国大部分煤床温低。低温可有效避免炉膛结焦。第二，合理的床温是常用石灰石脱硫剂的最佳反应温度，可以最大限度地提高脱硫剂的脱硫能力。因此，必须将锅炉床温度控制在一定范围内。

（1）在循环床锅炉的实际运行中，如果床温存在温度过高的情况，可能会出现不良后果：脱硫剂偏离最佳反应温度，脱硫效果降低，床温超过或部分超过燃料的焦化温度，炉内高温焦化，特别是空气分配板上的焦化处理和返回阀门非常困难，只能停炉。锅炉出口蒸汽温度过高，影响辅助设备的运行。现在生产的大多数循环锅炉都使用简单的表面减温器来降低温度。温度调节范围有限。一旦床温严重过热，蒸汽就会过热，减温器将不堪重负。

（2）如果循环床在实际操作中冷却，床温也可能产生不良后果。脱硫剂脱硫效果降低，炉温低于燃料的点火温度，锅炉表现出低温熄火。锅炉的输出减少。从以上分析可以看出，炉膛的过热现象更为严重。鉴于此，循环床锅炉的床温控制应集中在床温的过温控制上。

2 循环流化床锅炉床温的控制

2.1 增减给煤量与床温

在正常的情况下，如果保持给煤量不变，那么加

到床当中的新的煤炭颗粒加热吸收热量与燃烧所释放的热量是处于平衡状态的，因此，其对床温的影响也就比较小。但当工况发生变化时，一般而言，工况时刻都在发生变化，则给煤量影响床温的最大因素是给煤的频率。

给煤量调节床温的滞后程度与煤种的反应力有着密切的关系。如果燃烧的是烟煤，增减给煤量的时候床温的升降速度都非常快，但如果燃烧无烟煤，由于其本身的反应力较慢，会导致床温先出现下降然后再上升的现象。这也就是说，燃烧无烟煤时床温的反应具有滞后性。因此，在调节床温时，因为床温时刻都是变化着的，适宜燃烧烟煤。

总而言之，在煤的燃烧过程中，不能在床温上升到一定高度时才开始减煤。同样的，也不能在床温下降到一定温度时才开始加煤。

2.2 送风量与床温

（1）一次风送风量调整分析。一次空气通过空气分配板送至燃烧室的密相区，占总空气供应量的40%～70%。一次风有两个功能。一种是满足密相设计中完全燃烧的要求，另一种是在密相区燃烧产生的热量，以保持设计的床温。

调节一次风量的前提是它可以满足常规流化，否则会有流化恶化和结渣的危险。在这个前提下，如果风量太小。首先，不能满足密相区设计的燃烧份额；其次，密相区产生的热量减少。因此，风所产生的热量也减少了。

在床温较高的情况下，通常采用增加风量的方法来降低床温，并且该方法的效果非常显着。在床温急剧增加的情况下，不应使用该方法。

（2）二次风量的调节分析。与煤粉锅炉不同，二次风量占总风量的30%～50%。当风量不足时，需要及时增加二次风;在低压负荷范围内，一般情况下，二次风输入量较小。当对大量二次空气施加低负荷时，炉内温度会大幅波动。因此，应根据炉内的负荷和温度来确定是否施加二次风量。

2.3 氧量与床温

氧量变化可反映炉内燃烧工况，所以可以做为床温调节的重要依据，并且其滞后性比给煤调节床温的滞后要小，可提前反映给煤调节的趋势，一般当给风不变，氧量降低时，说明此时给煤过大，会出现缺氧燃烧而使床温降低，应减少给煤以稳定床温，反之亦成立。

2.4 点火过程中床温调节

循环流化床锅炉的点火操作是一个动态的过程，在这一过程中，静止的常温状态下的燃料会转变为流化状态下的燃烧的床料。这一过程控制的难点主要在于床温的限制，其多采用人工进行控制。在循环流化床锅炉运行的初期，点火进行了数次，但次次都失败，这无疑说明了循环流化床锅炉的点火启动是一个比较薄弱的环节。

但近年来，随着床下烟道燃烧器的使用，加上辅助床上点火油枪，可以把整个的点火启动过程划分为三个阶段：第一，热烟气加热惰性床料阶段；第二，从给煤直到关闭点火装置阶段；第三，锅炉正常运行阶段。

其中，在惰性床料加热阶段，需要将床料加热到650℃左右。在点火之前，需要床内的燃料达到流化状态，然后关掉送风装置，使锅炉得到平整均匀的床层。在初期，由于床温较低，因此，应尽可能地采用较小的一次风量，加快升温的速度。此外，还应该节约燃料。

2.5 低负荷下的床温调节

一般而言，在正常电荷的25%～40%也就是低负荷范围。和一般的锅炉相比，循环流化床锅炉的优越性表现在其负荷的调节范围比较大，可在25%～100%额定负荷范围内稳定运行。

低负荷运行时，上部颗粒的浓度比较低，辐射所传热的份额一般情况下会快速增加，最低负荷时期辐射传热量可占总传热量的90%以上。因此，当锅炉内的负荷变化时，不能再简单依靠调节返料量的方式来维持锅炉内的正常温度。

（1）当锅炉需减负荷时，首先需要做的就是降低床层的厚度和高度，减少床料的贮存量，然后一定程度上减少给煤量，相应的，要降低一次风风量。但是，一次风风量也不能低于临界流化风量。在减少床料存量和给煤量的情况下，床温仍然可以维持在较高的温度，不过减少床料的存量也增加了风压的消耗量。

（2）当锅炉内需要升荷时，和减荷的操作步骤相似，首先要做的是增加床层的厚度，增加床料的贮存量，在维持正常床位的前提下，增加给煤量和一次风风量。

2.6 高负荷下的床温调节

高负荷阶段床温较高，床温滞后性相对较小，且一次风量一般可投入自动控制，自动控制下一次风量跟随燃料量增长而增长，此阶段可以通过调整一次风量偏置的大小控制风煤量。

2.7 锅炉料层厚度对床温的影响

按正常来讲，料层越厚储热值越高，对于锅炉带负荷性能和降低灰渣含碳量方面都有积极的影响。但也不是一成不变的，料层厚度是和煤种因素密切相关的，当燃烧发热量较高、挥发份相对低、灰分较少的煤种时，料层厚度就不宜过厚，因为烧这种煤时的床温一般都较高，为了带负荷和安全起见保持料层厚度的下限值通常是一个好的办法。

2.8 锅炉分离器效率对床温的影响

分离器是分离循环流化床锅炉循环物料的重要设备。其功能是通过离心力原理从烟气中分离和收集颗粒，通过回流装置和回流管完成材料科学的循环过程。如果分离器效率低，则颗粒将不能有效地与烟道气分离，这将导致大量颗粒通过炉而不循环。

分离器是分离循环流化床锅炉循环物料的重要设备。其功能是通过离心力原理从烟气中分离和收集颗粒，并通过回流装置和回流管完成物料循环过程。如果分离器效率低，则颗粒将不能有效地与烟道气分离，这将导致大量颗粒通过炉而不再循环。

2.9 煤种煤质对床温的影响

给煤是影响床温的最直接因素之一。煤炭供应对床温的影响存在滞后。此功能增加了床温调节的难度。在启动注煤或增加负荷的过程中，燃料颗粒投入运行后不能立即点燃，炉腔内的物料量过大，不会造成床温上升，但有一个很大的延迟。这种滞后时间在操作期间非常长。即使在喷煤开始时滞后时间超过20min，高负荷运转也会滞后1分钟以上，即煤燃料启动后的床温为20min。它开始上升，即使在这个过程中，床温也有下降的趋势。在这个过程中，如果煤粉的连续输入导致床料中可燃物的过度积聚，则在到达点火点后会引起爆燃，床温将迅速上升而不能控制。同时，床温的升高导致可燃物的快速燃烧和消耗，并且可燃物的浓度迅速降低，这又导致床温急剧下降和床温的大幅波动。

3 结语

本文较为系统地分析了影响床温的各种因素，并在此基础上，结合循环流化床锅炉与煤粉锅炉的区别，讨论了其在不同工况下的调节床温的各种方式。希望能够给相关研究者提供参考和借鉴。