內容摘要：循環流化床(CFB)鍋爐的流態化、循環燃燒特點，導致其發電機組廠用電率高，已成為其向大型化快速發展的突出問題。本文分析CFB鍋爐廠用電率較高的原因，結合石獅熱電公司2臺DG75/3.82-11型CFB鍋爐的運行情況和技改效果，闡述在加強運行管理和技術改造方面降低CFB鍋爐廠用電耗的措施及效果，并提出一些在CFB鍋爐設計建議，使CFB鍋爐發電機組的廠用電率降到接近同容量煤粉爐機組的水平。

1.    概述

    循環流化床(CFB)鍋爐以燃料適應性強、燃燒效率高、負荷調節性能好等優點，成為燃燒福建無煙煤的首選爐型，在福建省得到較廣泛的應用[1，2] 。目前福建省已有60多臺CFB鍋爐在運行中，其中最大容量為440t/h，容量300MW的CFB鍋爐已在籌建中[3] 。

    循環流化床燃燒[4]是一種在爐內使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，并具有大量顆粒返混的流態化燃料反應過程；同時，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內再次參與燃燒過程，反復循環地組織燃燒。固體物料經歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環和爐內循環兩種循環運動，是高速度、高濃度、高通量的固體物料流態化循環過程和高強度的熱量、質量和動量傳遞過程。由于CFB鍋爐獨特的流態化、循環燃燒特點，其風機數量多、壓頭高，導致輔機電流大、功率大，廠用電率居高不下。440t/h CFB鍋爐所用風機多達16臺，配套電動機額定功率共計9300kW，是同容量煤粉爐機組的1.5～2倍，正常運行廠用電率高達11％～12％左右，甚至更高[5] 。隨著我國CFB鍋爐大型化的快速發展，廠用電率高的問題越來越突出；如不盡快解決，則成為制約CFB鍋爐大型化發展的瓶頸。

    由于汽輪機部分及外圍輔助設備上并無顯著差別，因此只對鍋爐部分進行比較。與同容量的常規煤粉爐相比，CFB鍋爐使煤炭潔凈燃燒，環保效益顯著，所以用CFB鍋爐與常規煤粉爐加煙氣脫硫裝置來比較廠用電水平才合理。135MW容量CFB鍋爐的實際廠用電率為4.43％，較煤粉鍋爐高出0.794個百分點(見表1)，主要有以下幾個因素[6] 。

表1  135MW循環流化床鍋爐與常規煤粉爐廠用電耗比較表

⑴由于CFB鍋爐脫硫加入了大量石灰石，以及CFB鍋爐灰渣比例與煤粉爐差別較大，使總灰渣量大幅度增加，造成了除渣系統電耗的增加。另外，由于除渣系統采用風冷，兩臺冷卻風機的電耗也較大。

    ⑵與煤粉鍋爐相比較，CFB鍋爐煙氣系統阻力主要增加在分離器和管式空氣預熱器上(經計算約增加了1500Pa)，增大了引風機的電耗。由于加石灰石后灰的比電阻增大，電除塵器的電耗較煤粉爐大。

    ⑶CFB鍋爐一次風系統阻力主要由床壓、布風板阻力、空預器阻力和風道阻力構成，二次風系統阻力主要由爐膛壓力、環形風箱阻力、空預器阻力和風道阻力構成，風機壓頭高、電耗大。

    ⑷由于燃燒方式和燃燒機理的不同，CFB鍋爐燃料制備系統只有篩分機、破碎機等設備，省去了常規煤粉爐那套復雜的制粉系統(包括磨煤機、粗細粉分離器、粉倉、輸粉機等)。

    本文結合石獅熱電公司2臺DG75/3.82-11型CFB鍋爐的運行情況和技改效果，通過強化運行管理和技術改造等措施降低廠用電率，并提出一些在設計初期可采取的節能建議，使CFB鍋爐機組的廠用電率降到接近同容量煤粉爐機組的程度，對循環流化床潔凈煤發電技術的推廣應用具有一定的借鑒意義。

2.    降低CFB鍋爐廠用電耗措施

2.1加強運行管理，降低CFB鍋爐廠用電耗

2.1.1控制合適的料層厚度

    控制合適的料層厚度，爐床蓄熱量大，床溫穩定，煤粒和回料灰中的碳能迅速加熱和燃燒，對CFB鍋爐穩定運行、燃燒效率以及燃燒控制有非常重要的意義，應避免料層厚度過低使燃燒不穩，也要控制料層厚度不要過高。料層厚度過高不僅影響流化效果和降低燃燒效率，還會導致風室壓力、床層壓力、料層差壓等參數過高，增大一次風機、二次風機出口風壓，風機電流增大，廠用電率增加。

    監控料層厚度的主要參數有風室壓力、床層壓力、料層差壓等。一般控制床層折算靜止厚度控制在500～750mm，風室壓力8～12kPa，床面壓力在6～8kPa，床層差壓為4～6kPa，這樣保持合適的一次風壓頭，起到降低一次風機電流的目的，同時二次風機電流在一定程度上也會降低。在低負荷時控制參數在以上范圍的下限，在高負荷時反之。石獅熱電公司2臺75t/h CFB鍋爐的運行實踐證明，一次風壓控制在10～11kPa時效果最為理想[2] 。

2.1.2合理的煤炭粒度

    燃料粒徑對鍋爐的正常燃燒及其經濟性極其重要，每種燃煤鍋爐對所用燃料的粒徑及其篩分特性都有明確的要求，CFB鍋爐也不例外。煤的粒徑大小對傳熱系數影響很大，對燃燒的溫度場分布也有很大的影響，CFB鍋爐穩定高效的燃燒需要不同粒徑的煤炭合理配比。石獅熱電公司的2臺DG75/3.82-11型CFB鍋爐根據福建無煙煤的特點，設計燃煤推薦粒度范圍為0～8mm，其中99%≤6mm，50%≤1.5mm，30%≤1mm[2] 。床料粒度偏大，同等厚度的物料需要增加一次風壓頭才能保證流化良好，增大了一次風電耗和排渣電耗。床料粒度太細，運行過程中床壓容易造成波動，所以在運行調整中應控制煤的粒度及配比滿足設計要求，煤中灰份高時煤的粒徑可以適當細一些，揮發份高時粒徑可以適當大些，這樣既保證了燃燒，又降低了廠用電率。

2.1.3風機優化運行

    一般情況下，220t/h及其以上容量的CFB鍋爐引風機、一次風機、二次風機、冷渣器流化風機都采用兩臺，有聯絡門和聯絡母管相連?？梢詫β摻j風道等進行適當的改造，盡可能滿足較高負荷下的單臺風機運行，可以大幅度降低了廠用電率。根據文獻[5] ，將440t/hCFB鍋爐聯絡風道截面擴大為原來的2 倍，擴容后在90 MW(擴容前為40 MW)以下負荷采取單臺引風機、單臺一次風機、單臺二次風機、單臺冷渣器流化風機運行， 6kV電動機電流可以分別減少30A、30A、20A、15A，大大減少了廠用電耗。

    石獅熱電公司2臺DG75/3.82-11型CFB鍋爐在正常情況下停用播煤增壓風機，直接由熱一次風供播煤風用[7] 。增壓風機處于聯鎖熱備用狀態，僅在鍋爐點火啟動時及異常情況下投入運行，完全可以滿足鍋爐運行需要，節電效果明顯，年節約廠用電量達1040MWh。

2.1.4合理分配一、二次風配比

    一次風的主要作用是保證物料處于良好的流化狀態，同時為燃料燃燒提供部分氧氣。床料的流化狀態受溫度影響很大，熱態運行時的流化遠比冷態時好[4] 。所以在保證不小于最低流化風量的情況下，根椐床溫來調整一次風量至合適值，使一次風機電耗得到優化。二次風能加劇爐內物料的擾動，加強氣固兩相的混合，增加煤粒在爐內的停留時間，強化稀相區細煤粒及可燃氣體的燃燒，并改變爐內物料濃度的分布，防止局部煙氣溫度過高。二次風分上、下兩段送入，下層二次風壓約高于上層二次風壓2kPa。一、二次風從不同位置分別送入流化床，采取優化、合理的配風，一次風率控制在50％～60％，上、下層二次風比為5.5:4.5～6:4，保持省煤器出口的煙氣含氧量在4%～5%之間，這樣既保證燃燒充分，又可降低風機電耗[2] 。

2.1.5盡可能減少漏風率

    在減小漏風系數方面，各風道調節擋扳，爐膛各處人孔門、排渣系統各排渣門嚴密不漏風，各處保溫完整。在機組停運時檢查空氣預熱器管束是否有漏風并及時修補，檢查煙道內是否有積灰并及時清理，這樣起到降低一次風機、二次風機、引風機電流的目的。

    石獅熱電有限責任公司的2臺75t/h鍋爐采用全膜式水冷壁，燃燒系統具有良好的密閉性。在空氣預熱器前測得的煙氣中空氣過量系數為1.25～1.36，與設計值相符[2] 。

2.1.6鍋爐啟停次數和負荷率

    由于CFB鍋爐在啟動和停運時，需要消耗很大的電量，所以保證機組長周期，減少啟停次數能有效的降低廠用電率。提升設備健康水平是確保安全、經濟、高效運行的重要保證，在加強日常維護和設備消缺的基礎上，加大設備治理力度，合理安排設備的消缺或檢修時間，盡量避免因消缺而降負荷運行，杜絕因缺陷擴大造成機組非計劃停運，保證消缺質量，降低重復消缺率。

    同時，高負荷運行可以降低廠用電量在發電量之中的比例，因為就是再低的負荷，CFB鍋爐也要保證流化和燃燒正常，而負荷的增加與輔機的出力并非成正比增加，這樣高負荷所耗電能相應減少，同時高負荷時，物料循環增強，床溫較高，燃燒更充分，燃燒用電會有所下降，這樣就起到了降低廠用電率目的。

2.1.7開展小指標競賽活動

    通過加強技術培訓，開展技術競賽、崗位練兵等活動，鼓勵職工力爭上游、勇做表率，形成比、學、趕、幫的濃厚氛圍，從而全面提高員工的業務素質。通過宣傳使員工了解當前形勢和企業所面臨的困局，提高思想覺悟，增強憂患意識、成本意識和效率意識，激發起自覺參與節能降耗工作的責任感和緊迫感。同時，開展運行班組之間進行經濟指標競賽活動，對表現突出的員工進行獎勵，激勵員工的主觀能動性，積極參與節能降耗活動。

2.2進行技術改造，降低CFB鍋爐廠用電耗

2.2.1 對現有低效的風機設備進行節能改造

    由于鍋爐廠、設計院在風機設計選型時較保守，加上風機廠家產品型號有限，在選用不到合適的風機型號時往大機號上靠，致使CFB鍋爐風機的風量、風壓富裕度達到15％～50％，出現系統“大馬拉小車”欠載運行的不合理匹配狀況，風機實際運行工況點與設計的最佳工況點相差甚遠。并且，采用落后的風門擋板節流調節，正常運行時風門擋板開度較小，增加了管網阻力，節流和渦流損失大，風機系統浪費電能嚴重。

石獅熱電公司組織對75t/hCFB鍋爐風機進行熱態試驗，掌握不同鍋爐負荷下的風機運行參數及其實際風道阻力。根據測試結果計算出額定負荷下的風機參數并留有合適的富裕量，為避免選用風機廠所生產的有限的型號時可能再次出現不合理匹配狀況，量體定做出與鍋爐運行狀況相匹配的高效節能型風機。同時，采用彎曲型導葉軸向導向器取代原直板型風門擋板，將擋板節流損失降至最低，并對進出口風道進行技術改造，保留和利用原來的電動機和聯軸器。運行實踐和測試結果均表明，技改后的風機運行效率得到了顯著的提高，節電效果明顯(詳見表2)。其中4號爐引風機單機效率從32.0%提高到47.7%，節電率超過40%。

備注：以上數據均為折算到鍋爐額定負荷運行工況下的加權平均值，其中二次風機為先變頻改造后本體改造。

    某電廠對260t/h CFB鍋爐一次風機進行葉片切割，切割量為8%，經改造后單機廠用電率下降了0.25%～0.30%，節電效果明顯。

2.2.2 運用變速裝置，減少節流損耗

    CFB鍋爐重要輔機應避免采用風門擋板或閥門節流調節，適當采用雙速電機調節、液力偶合器調節，盡可能采用高效的變頻調速技術、斬波內反饋調速電機技術[8] ，不僅避免大量的能源浪費和設備損耗，而且還提高了控制精度，降低了生產成本。大量的運行實踐證明，CFB鍋爐風機采用變頻技術改造后，平均節電率在30%以上。石獅熱電公司2臺75t/hCFB鍋爐共6臺風機采用變頻技術改造，大大降低了風門擋板的節流損失，獲得顯著的經濟效益(詳見表3)；更為可貴的是使燃燒系統的流量調節成為線性調節，反應時間加快，動態性能提高，大幅度提高控制精度。同時，方便運行操作，減少維護工作量和檢修費用，降低電機啟動對電網的沖擊，延長設備的使用壽命，減小噪聲污染，改善工作環境。

備注：以上數據均為折算到鍋爐額定負荷運行工況下的平均值。

3.    在CFB鍋爐系統設計方面降低廠用電耗的建議

    在設計初期應仔細考慮降低廠用電耗方面的工作，CFB鍋爐發電機組的廠用電水平就可接近煤粉鍋爐發電機組。在設計初期設計單位應與鍋爐廠、輔機制造廠以及設計院進行廣泛交流，討論諸如輔機容量選擇、系統配置、阻力計算等方面的問題，為降低廠用電打好良好的技術基礎。

3.1    風帽、布風板特性的選擇

    CFB鍋爐的風帽和布風板要求能均勻密集地分配氣流，使床料與空氣產生強烈擾動和混合。石獅熱電公司75t/hCFB鍋爐在設計時根據煤種特點，采用了“7”字型定向風帽，額定負荷時布風板阻力約為5kPa左右，經過運行一段時間后存在風室漏渣現象，增大了阻力，影響一次風量，增加了一次風機出力與電耗。鍋爐廠可以對其進行改進，將定向風帽改為大直徑迂回型鐘罩風帽或者定向風帽和鐘罩風帽配合使用，保持布風板阻力基本不變，從而避免風室漏渣，既保證了運行穩定又降低了一次風機能耗。

3.2    風機的優化選型

    CFB鍋爐的流態化燃燒特點決定了其風機壓頭比煤粉鍋爐高，因此空氣阻力計算尤為重要。決定一、二次風機及引風機的阻力計算的主要因素是布風板阻力、床層的阻力、爐膛壓力、分離器阻力以及循環倍率等。通過與鍋爐廠設計人員的交流，了解布風板的風帽形式、數量、出口流速，床料的粒度組成，終端流速的選取，床層高度，爐膛截面大小，循環倍率等關鍵技術數據，討論阻力的計算方法，由鍋爐廠提出了一個較準確的阻力計算值(不含任何裕量)，風機廠、設計院統一按《火力發電廠設計技術規程(DL5000-2000)》 [9] 考慮裕量，避免了重復計算裕量后帶來的風機、電機等不在高效區運行，有效降低電耗。同時，在風道設計時選用合適的通流截面，保持經濟的流速，風道彎頭、變徑部位盡量減少，從而降低管道壓力損失，減小輔機電耗。

3.3    合理配置煤制備系統

    針對福建無煙煤的特點、來煤細度和CFB鍋爐對燃料的粒度要求，石獅熱電公司CFB鍋爐在煤制備系統采用一級篩分加一級破碎系統，而某廠同樣的鍋爐卻采用兩級破碎系統。運行實踐證明，石獅熱電公司的選擇是正確的。設計部門應根據燃煤特點和來煤細度決定是否需要粗級破碎，最好設計一級篩分破碎系統，既保證了鍋爐的粒度要求，又有效防止了過破碎，還在一定程度上降低了廠用電。

3.4    采用合適的出渣方式

    目前國內三大CFB鍋爐制造商推薦配置的冷渣器均為風水聯合冷渣器[6] 。從結構及工作原理上看就是小型流化床，在流化過程中完成了物料冷卻和輸送，并將冷卻風送入爐膛，這就要求流化風機的壓頭應克服流化床的阻力和爐膛的運行壓力以及管道阻力，且流化風量較大。如果將鍋爐廠135MWCFB鍋爐習慣配套的風水聯合流化床冷渣器改為滾筒式冷渣器或鋼帶式冷渣器，渣系統電耗可從330～400kW降至100～200kW，節能效果顯著。 

3.5    充分采取節能措施

    設計院在電廠總體布置上采取這些措施來降低廠用電率[6，8] ：⑴在爐側就近布置渣庫，在兩爐之間布置石灰石粉庫，縮短出渣和石灰石粉輸送距離，降低了機械出渣系統及石灰石給料系統的電耗；⑵一、二次風機靠近空氣預熱器布置，降低了風道阻力；⑶除氧煤倉間方向與棧橋方向一致，縮短棧橋距離，降低了輸煤皮帶的電耗；⑷灰庫布置在廠區內且距電除塵較近，降低氣力除灰系統的電耗；⑸給水管路上取消了主調節閥，采用汽動給水泵或液力偶合器調節給水流量，降低給水泵電耗；⑹利用變頻器調節一次風機、二次風機和引風機等流量，降低節流損失；⑺選用導熱系數低、物理性能好、價格合理的保溫材料。同時，制造廠的鍋爐本體設計對廠用電的影響較大，在設備招議標時應對比風量、風速等各種參數的差異并考慮對廠用電的影響。

4.    結論

    ⑴由于CFB鍋爐的流態化、循環燃燒特點，使CFB鍋爐在燃料破碎送入系統、灰渣系統、煙風系統等方面與常規煤粉鍋爐有所不同，燃煤CFB鍋爐機組的廠用電率是比同樣容量等級的煤粉爐機組高出0.8%～1.3%，與采用濕法煙氣脫硫裝置的常規煤粉爐電廠的廠用電水平相當。

    ⑵CFB鍋爐電廠的運行情況證明，可以采取控制合適的料層厚度、合理的煤炭粒度、合理分配一二次風配比、風機優化運行、減少漏風率、高負荷率運行、減少鍋爐啟停次數等方面加強運行管理，降低CFB鍋爐廠用電耗。

    ⑶結合石獅熱電公司2臺DG75/3.82-11型CFB鍋爐的運行情況和技改效果，可以對低效的風機設備進行節能改造，將電動給水泵更換為汽動給水泵，利用低品質的蒸汽來代替高品質的電能，應用變頻裝置減少節流損耗等，使廠用電率大大降低。

    ⑷在CFB鍋爐設計時，應仔細考慮降低廠用電耗方面的工作，討論諸如風帽和布風板特性、輔機容量優化選型、出渣設備和煤制備系統的合理配置、應用變頻裝置等方面的問題，并充分采取有效可行的節能措施，為廠用電的降低打好良好的技術基礎。

    ⑸隨著CFB鍋爐大型化技術的日漸成熟，CFB鍋爐運行質量的優劣，不能僅憑運行周期的長短來給以辨別，而更注重各項運行指標的評定。降低煤耗、廠用電率和污染物排放量，已成為更多擁有CFB鍋爐企業追求的目標。愿本文給同行一些有益的提示、啟發或借鑒意義，旨在最終實現大型CFB潔凈煤發電技術的推廣。

參考文獻

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文章來源：福建省循環流化床鍋爐技術協作網