循环流化床锅炉工艺及运行方案优化房卫东

循环流化床锅炉工艺及运行方案优化房卫东

新港公司循环流化床燃煤锅炉UG-6.3/350-M是中石油第一台燃煤注气锅炉，于2011年9月12日投入注汽试运行，同年10月25日正式用于油田生产注汽。由于循环流化床锅炉设计参数与实际运行的参数有一定差异且实际运行时锅炉的热效率受到多方面参数的影响如煤质的变化，燃料颗粒度的分布，一次风二次风的比例等等，因此利用循环流化床锅炉环保的优势对锅炉的运行参数进行研究并优化各运行参数使其达到节能降耗经济运行的目的。

标签：环保；热效率；参考标准；经济 1 循环流化床锅炉工艺结构

UG-130/6.3-M锅炉为中温次高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架π型布置。锅炉运转层以上室内布置，运转层以下封闭，在运转层7.0m标高设置混凝土平台。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器，尾部竖井烟道布置一组对流过热器和对流管束，对流管束下方布置两组光管省煤器及一、二次风各三组空气预热器。在燃烧系统中，三台给煤机将煤送入落煤管进入炉膛，锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。一次风机送出的空气经一次风空气预热器预热后由左右两侧风道引入炉下水冷风室，通过水冷布风板上的风帽进入燃烧室；二次风机送出的风经二次风空气预热器预热后，通过分布在炉膛前、后墙上的喷口喷入炉膛，补充空气，加强扰动与混合。燃料和空气在炉膛内流化状态下掺混燃烧，并与受热面进行热交换。炉膛内的烟气（携带大量未燃尽碳粒子）在炉膛上部进一步燃烧放热。离开炉膛并夹带大量物料的烟气经蜗壳式汽冷旋风分离器之后，绝大部分物料被分离出来，经返料器返回炉膛，实现循环燃烧。分离后的烟气经转向室、过热器、对流管束、省煤器、一、二次风空气预热器由尾部烟道排出。

2 循环流化床锅炉燃烧研究

循环流化床锅炉燃烧主要是煤从锅炉房煤仓通过给煤机进入炉膛密相区，进入密相区后被炉膛内流化的床料加热（床温800～900℃）后迅速破碎分解并在一二次风的流化和助燃的作用下燃烧放热的过程。

2.1 燃料粒径分布的影响

由于循环流化床的煤粒是原煤经过碎煤机破碎筛分后进入锅炉房煤仓，碎煤机破碎筛分后的粒径分布在0～13mm左右，而不同粒径的颗粒在一二次风的作用下在炉膛内密相区和稀相区停留经过的时间不同，锅炉密相区属于欠氧燃烧区，稀相区属于富氧燃烧区，因此煤颗粒大小对燃烧有一定影响。

2.2 风量（氧量）的影响

循环流化床锅炉燃烧主要是煤的燃烧，在燃烧过程中风量（氧量）对燃烧的影响主要有：燃烧时煤粒与氧气的接触面；在不同氧量下发生完全燃烧和不完全

燃烧；煤粒燃烧的阶段在稀相区和密相区燃烧的量不同（不同的床料厚度对于同样的氧量会有不同的送风量），但由于床料在热态运行时与冷态运行时风量所能带动流化的能力不同，因此冷态运行时测量的料层在热态运行时没有具有可比性，所以实际运行时无法以定量去计算风量（氧量）的影响，只能在完全流化的状态下，氧量足够燃烧的情况下去研究过氧系数的程度对于燃烧传热的影响和环保等别的影响。

2.3 一、二次风比例的影响

一二次风比例的影响主要在于对于床料分布在密相区和稀相区的份额会不同，对于同样的床料而言，当一二次风较大时，密相区床料份额较少，当煤进入密相区时接触空气较多，燃烧较完全，会引起床温较高，当一二次风比例较小时，密相区床料份额较大，当煤进入密相区时接触空气较少，燃烧较不完全，会引起床温相对较低。在不同的床温下煤燃烧生成的产物不同，因此热量会有细微差别。

2.4 运行料层及灰浓度的影响

在循环流化床的燃烧中，炉内料层及飞灰是作为一个惰性不发热的蓄热体存在，对于进锅炉内的煤粒起的是加热作用，根据国内外研究已有的先例，每秒进入炉内的煤量大约为整个床料量的百分之一，因此煤燃烧与床料和灰浓度间的关系主要在于料层的密集度影响煤粒燃烧时与氧气的接触面，和煤燃烧后又构成床料及飞灰。

2.5 旋风分离器分离效率及返料量控制的影响

如图1为锅炉的蜗壳式汽冷旋风分离器，其分离效率根据设计在正常运行情况下为99.5%，因此煤粒基本燃烧是在尾部烟道前的部分循环燃烧完全，如图经过分离器分离下来的固体会存在一部分不完全燃烧的煤粒会继续燃烧再经过下图的返料器，返回炉膛，进入炉膛内床料进行循环。

图2为循环流化床锅炉的U型返料器，其返料内型属于自然返料，原理是如图输送风对应的料层与松动风对应的料层之间的压差造成松动风侧的床料向输送风侧流动进入炉膛，因此在一定的风量和风压下，在锅炉稳定运行一段时间后其返料量是固定的。

通过以上两个方面分析，旋风分离器分离效率及返料量控制的影响对于煤燃烧主要在于固定的返料量进入返回炉膛后对于床温的影响从而影响煤燃烧的效率。

2.6 煤质的影响

煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，从工业分析来说煤的组成成分有水分，灰分，挥发分，固定碳。

水分：水分在煤中含量适量时会促进燃烧，但是当水分含量过高时会造成水的汽化吸熱过多降低床温和烟气温度。

灰分：煤中的灰分含量过多，相对的煤中的固定碳含量较低，主要影响是引起煤着火较困难，燃尽时间长从而导致灰渣含碳量增高，机械不完全燃烧损失增大，灰渣热损失也增大。

挥发分：煤中挥发分高对于煤燃烧时的影响在于挥发分燃点低，表现在煤的着火容易，挥发分析出后在煤粒上留下的空隙就多，煤粒中碳与氧气的接触面就大，表现在煤的燃尽时间短和灰渣含碳量降低。

固定碳：固定碳的含量越高，则煤需要燃烧的氧就越多，但是同样需要煤粒与氧气的接触才能燃烧，假设一个煤粒全是碳，则其除表面外的碳无法接触到氧气则无法进行燃烧反应，只能等煤破碎后才能反应，反而延长了煤的燃烧时间，引起灰渣含碳量的增加，导致机械不完全燃烧损失增大，灰渣热损失也增大。2.7 脱硫剂加入对燃烧的影响

鉴于循环流化床锅炉的环保要求，需要在锅炉运行时加入石灰石进行炉内脱硫，加入石灰石后，会影响床温，从而影响循环流化床锅炉的燃烧效率，因此按循环流化床的最佳脱硫温度范围和实际反应时的钙硫比，对流化床的燃烧参数调整有重要的指导作用。

3 制定优化运行方案

3.1 对石灰石来料进行质量监控

由于目前石灰石进料未进行第三方检验，化验数据由供料方提供，因此建議实行定期对石灰石来料进行化验校核，并尽量使用石灰石CaCO3含量高的石灰石进行脱硫，可以在一定程度上节约成本。

3.2 对锅炉进行定期酸洗

虽然锅炉目前运行时间较短，但是考虑长远应实行定期进行酸洗，防止锅炉内部结垢降低锅炉的热效率。

3.3 对采油开井数及地层压力进行调控

由于过热蒸汽在温度一定，蒸汽压力越高时，其焓值相对是在下降的，因此当负荷一定时，尽量调控采油开井数及地层压力，可以在锅炉热效率不变的情况下降低吨气耗煤量，从而节约成本。

3.4 在灰分变化不大的情况下提高煤质低温发热量

循环流化床锅炉尽量使用低含硫（低于0.5%），高热值，正常灰分（30%）