技术｜300 MW 机组循环流化床锅炉外置床运行特性试验

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技术｜300 MW 机组循环流化床锅炉外置床运行特性试验

循环流化床（CFB）锅炉具有燃料适应性广和污染物排放量低的特点，是公认的具有商业应用价 值的清洁煤发电技术之一。为了更好地平衡炉内床温和控制蒸汽参数，锅炉可采用外置床设计，在床温控制、污染物排放控制、燃烧与脱硫效率方面均具有较明显的优势。外置床内受热面的吸热份额在某种程度上代表了外置床对炉内温度调节能力的大小，是大型CFB 锅炉及未来超超临界 CFB 锅炉设计时应重点考虑的关键问题之一。随着我国 CFB 锅炉进入超临界时代，超（超）临界 CFB 锅炉外置床内的气固流动、传热传质以及吸热份额等运行特性引起高度关注。

张缦等在一台燃用褐煤的亚临界300 MW机 组 CFB 锅炉上测量了外置床的总吸热份额，并分析了外置床的运行特性；孙献斌等在一台超临界 600 MW机组 CFB 锅炉上测量了外置床管组壁温分布，对外置床运行特性开展研究；Cai Runxia 等在一台超临界 600 MW CFB 锅炉外置床上进行管屏传热特性模型研究和试验验证，获得了壁温分布特性。实际上，受运行中煤质变化等因素的影响，大型 CFB 锅炉外置床的运行特性差异较大，当锅炉燃用贫煤时外循环回路存在一定的燃烧现象，加之现场测试难度大，考虑燃烧特性的外置床运行特性研究较少。

基于此，为系统掌握大型 CFB 锅炉外置床运行特性，本文在某电厂一台燃用贫煤的 300 MW 机组 CFB 锅炉上进行了外置床运行特性的测试，通过测量外置床内受热面的吸热份额、进出口灰温以及烟气成分等运行参数，定量研究了大型 CFB 锅炉外置 床的运行特性，可为超（超）临界 CFB 锅炉外置床的设计和运行提供参考。

1试验对象及方法
1.1  研究对象
某锅炉采用双布风板单炉膛结构，炉膛左右两侧对称布置 4 台高温绝热式旋风分离器，每台分离器下对应布置 1 个外置床。试验选取位于锅炉炉膛对角线的 2 个外置床为研究对象，外置床的结构示意如图 1 所示。外置床分为 3 个仓室：仓室 I 为空室；仓室 II 位于外置床高温段，布置高温再热器（HTR）或中温过热器 II（ITS-II）；仓室 III 位于外置床低温段，布置低温过热器（LTS）或中温过热 器 I（ITS-I），靠近前墙的外置床用于控制再热汽温，靠近后墙的外置床用于控制床温。除了尺寸和受热面类型差异外，图 1a)中外置床的仓室 II 和仓室 III 之间还布置有水冷隔墙。

1.2  试验方法
由于 2 台外置床仓室 II 和仓室 III 之间无灰温测点，分别加装了 1 个循环灰温度测点。该温度测点由耐热不锈钢套管和工业级 K 分度防磨热电偶组成。布置测点时，为避免边壁效应影响，将温度测点安装在外置床顶部中间位置，且热电偶测量部 分浸没在床层以下 500 mm 左右。为了研究不同类型的外置床燃烧特性，在 2 台外置床出口处分别加装了 1 个由耐热不锈钢套管和密封球阀组成的烟气 取样测点。试验过程中，外置床的灰温采用计算机数据采集模块实时测量，出口烟气取样采用一套自行设计制作的烟气取样装置。试验使用的取样管，管长 3.2 m，可深入外置床内 2.5 m，由内外 2 层套管组成，外层为不锈钢管，内层为刚玉管。采用 MGA5 红外烟气分析仪（O2测量精度为 0.2%，CO 测量精度为读数的 5%）进行烟气在线测量，取样管连有电加热管线。锅炉汽水侧所用测点均采用电厂已有的各级受热面汽水侧的压力、温度以及流量测点；外置床灰侧所用测点，如进出口灰温、流 化风量及风温等，均取自电厂 DCS 数据。试验工况为 95%负荷（（285±6） MW），锅炉运行参数无较大变化。锅炉试验煤种煤质分析见表 1。

1.3  试验方法
所有受热面的吸热量等于流经受热面的蒸汽流量与受热面进、出口焓增的乘积。流经锅炉各级过热器的过热蒸汽流量根据给水流量与减温水量计算得到。再热蒸汽流量根据主蒸汽流量与高压缸的抽汽量计算得到。

流经外置床的循环灰流量根据外置床内物料平衡和热平衡计算得到，计算中考虑外置床内燃烧放出的热量。由于外置床内焦炭量消耗相比于流经外置床循环灰量极少，故假设物料平衡中进出口循环灰量相同。由于低温段焦炭燃烧量非常少，故假 设外置床内燃烧全部在高温段完成。

通过外置床内高温段和低温段分别建立平衡方程，联列求解得出外置床内燃烧释放热量（简称计算值）和循环灰量。外置床内燃烧释放热量还可直接根据测量的外置床出口烟气成分按化学计量法计算获得（简称测量值），化学方程式如下：

2结果与分析
2.1  主要测量数据
锅炉主要运行参数见表 2。单个外置床受热面进出口蒸汽侧及灰侧热力参数见表 3 和表 4。

图 2 给出了不同类型的外置床出口烟气成分测量值，图 3 给出了 2 种类型外置床进出口颗粒含碳量。由于外置床进风为压缩空气，因此只测量了其出口处的烟气成分。

从图 2 和图 3 可以看出：外置床出口氧体积分数明显低于入口，同时此处 CO 体积分数很高，靠近后墙的外置床内耗氧量是靠近前墙的外置床 2 倍；靠近前后墙的外置床进出口颗粒含碳量也略有差异。由此说明外置床内存在燃烧现象，且燃烧并不完全，不同类型的外置床燃烧特性差异较大。分析认为，由于外置床内吸热份额和循环灰量不 同，在流化用风量略有差异（两者偏差约 7%）的条件下，外置床内气固流动特性和床层高度明显不同，流经外置床的循环灰流量较大时，外置床内焦炭颗粒数增加，焦炭与氧气发生的化学反应更加强烈，耗氧量增加，不完全燃烧程度也进一步增大。

2.2  外置床受热面吸热份额
外置床内吸热份额某种程度上代表了炉膛温度调节能力的高低，客观上反映了该锅炉运行时床温控制能力的优劣。图 4 给出了外置床内再热器和过热器吸热份额的测量值。从图 4 可以看出：满负荷时外置床内再热器吸热份额可达到 8.37%，过热 器吸热份额可达到 29.43%，其中参与炉温调节的中温过热器 II 和中温过热器 I 之和可达到 25.15%；且均能有效控制再热汽温和锅炉床温，可作为超（超）临界 CFB 锅炉受热面吸热份额分配设计优化的依据。

2.3  外置床燃烧释放热量
图 5 给出了外置床燃烧释放热量的测量值与计算值比较。由图 5 可以看出：靠前墙的外置床内控制再热汽温，外置床内燃烧释放热量测量值为 5.17 MW，由于同负荷下循环灰量调节相对稳定，计算值与测量值之间的偏差约 19 %；靠后墙的外置 床用于炉温调节，外置床内燃烧释放热量测量值为 11.14 MW，由于同负荷下循环灰量调节较为频繁，计算值与测量值之间的偏差约 28 %。由此可见，通过建立外置床平衡方程也可获得满足工程要求的 外置床内燃烧释放热量，且一定程度地反映外置床内的燃烧情况，但与测量值相比还有一定的偏差，偏差范围可控制在 20%~30%。

2.4  流经外置床循环灰流量
图 6 给出了流经不同类型外置床的循环灰流量。流经外置床的循环灰流量确定时，燃烧释放热量根据测量的外置床出口烟气成分按化学计量法计算。从图 6 可以看出，流经布置再热器的靠前墙 外置床循环灰流量为 81.57 kg/s，而流经布置中温过 热器的靠后墙外置床循环灰流量为 185.16 kg/s。试验期间，流经高温再热器的外置床的进口阀门开度为 14%，而流经中温过热器的外置床进口开度为 32%，这也可以说明流经高温再热器的外置床循环灰量较少。另外，由于外置床内存在燃烧现象，且不同类型外置床内燃烧释放热量不同，进一步加大了循环灰量的差异。

3结论及建议
1）通过现场测量某燃用贫煤的 300 MW 机组 CFB 锅炉外置床汽水侧和灰侧热力参数，建立外置床平衡模型，计算燃烧释放热量及循环灰流量。从现场测试和计算结果可以看出，燃烧贫煤等难燃煤种时，大型 CFB 锅炉外置床内存在燃烧现象，可通

过烟气成分分析或者建立外置床平衡方程计算获 得燃烧释放热量，两者均能满足工程精度。

2）对于不同类型的外置床，燃烧特性及循环灰流量有较大差异，在超（超）临界 CFB 锅炉外置床设计时应进行充分考虑，以获得最佳的设计效果。

内容来源：供热资讯

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