循环流化床锅炉典型共性问题的攻关及展望

循环流化床（CFB）燃烧技术是近40年来在我国高速发展的新型洁净煤燃烧技术，随着大批量超临界CFB机组的投产，我国已成为世界上CFB机组装机容量最大、技术最先进的国家，开始引领世界CFB技术发展方向。与常规煤粉炉相比，CFB燃烧技术燃料适应性广，能燃用煤泥、矸石等劣质煤和生物质、城市污泥和生活垃圾等低热值燃料，且能够保证燃烧稳定。因此，CFB燃烧技术对我国高效清洁利用煤炭资源有重要意义。

虽然CFB技术在我国取得了长足发展，但仍存在一些典型共性问题，影响机组的安全、环保及经济性能。笔者对某公司在CFB技术方面所取得的成果进行了总结，进一步梳理了目前CFB锅炉存在的典型共性问题，提出了针对性的解决措施，为CFB锅炉机组安全环保经济运行及“碳达峰”“碳中和”背景下CFB机组的发展提供借鉴。

某公司可推广的CFB技术成果

一、CFB 锅炉经济煤种掺烧技术

充分发挥CFB锅炉燃料适应性广、劣质煤燃烧效率高的技术优势，通过炉内掺烧区域内低热值煤（煤泥、矸石等）和固废物料（生物质、城市污泥、生活垃圾等），实现低热值煤的大规模清洁高效利用，并大幅降低燃料成本，该技术在公司5家CFB电厂成功应用。

二、低成本污染物协同脱除技术

01. 脱硫脱硝精细化协同控制技术

开发了CFB锅炉炉内脱硫、脱硝精细化协同控制技术，快速响应负荷变化以及环保参数大幅波动，解决运行人员手动调整不及时造成脱硫、脱硝剂过量加入的问题，提高CFB机组AGC投入率，提升CFB锅炉炉内脱硫、脱硝自动控制品质。

02. 炉内/炉外脱硫脱硝经济性优化技术

通过CFB锅炉炉内喷钙和炉外半干法脱硫不同脱硫效率分配比例的试验研究，得出不同工况、不同边界条件下脱硫脱硝运行成本最佳经济点，开发了炉内/炉外脱硫脱硝经济性测算模型，明显提高锅炉运行经济性，也可解耦CFB炉内脱硫抑氮强关联性，避免环保参数的大幅波动。图1为某 350 MW超临界CFB锅炉机组 100%BMCR、燃煤硫分为0.8%试验工况下炉内脱硫效率与运行成本关系。

试验结果表明：通过炉内炉外协同脱硫的运行方式，锅炉脱硫脱硝运行成本较低。炉内最经济脱硫效率应控制在60% ～80%，最经济运行工况应根据不同的边界条件通过试验确定。

03. 全负荷 SO2 超低排放技术

针对炉外脱硫系统配置半干法脱硫的CFB锅炉机组，在锅炉点火初期，由于炉内床温达不到石灰石煅烧温度，石灰石炉内脱硫效率较低。充分利用CFB锅炉炉内脱硫优势，在锅炉启动阶段投煤的同时向炉内喷入生石灰（CaO）进行炉内脱硫，实现CFB锅炉从投煤至额定负荷工况下SO2达到超低排放标准。

三、CFB 锅炉宽负荷脱硝技术

充分发挥CFB锅炉深度调峰能力强的技术优势，在满足机组安全、环保达标的前提下，最大程度提升CFB机组深度调峰能力，获取电网深度调峰补偿实现提质增效。针对深度调峰NOx控制困难问题，提出了以炉内低氮燃烧改造为主的CFB锅炉宽负荷脱硝技术路线:烟气再循环+深度分级燃烧+SNCR提效，满足机组 30%BMCR及以上工况NOx达到超低排放标准。

四、超临界 CFB 锅炉运行技术

通过超临界CFB机组的运行及试验总结，形成了《超临界循环流化床锅炉运行标准》(行业标准)，规范了超临界CFB锅炉及其主要辅机设备的启动、运行、停止、维护、事故分析与处理的原则等。同时通过特殊运行工况研究，开发了超临界CFB锅炉启动(无外来汽源启动)、机炉协调控制等关键运行技术。

采用“两碎三筛”燃煤破碎系统，优化入炉煤粒度及级配，在降低锅炉运行床压的同时提高外循环灰量。“低床压”运行技术的应用，锅炉运行床层压降控制在4～5 kPa，可有效降低锅炉风机电耗和厂用电率，提高运行经济性。

CFB锅炉典型共性问题及解决措施

一、炉膛水冷壁磨损严重

01. 问题描述

锅炉水冷壁与耐火材料交界处（图2）、后墙水冷壁、密相区耐磨耐火层、水冷壁喷涂层局部脱落处、炉膛四角区域、炉膛出口烟窗区域、屏穿墙区域及不规则等区域存在不同程度磨损。

02. 解决措施

主动防磨措施：锅炉水冷壁与耐火材料交界处采用“让管”技术；控制好运行风量，尤其是一次风量，切勿进行大风量扰动；调整燃煤粒度，燃煤破碎系统采用两级破碎 + 三级筛分系统等。

被动防磨措施：炉膛水冷壁管可采用金属喷涂、熔敷（图 3）、多阶防磨梁、格栅防磨（图4）等；出口烟窗处可采用敷设耐火材料、防侧磨板、格栅防磨等；四角处可采用敷设耐磨耐火材料等。

二、屏式受热面变形严重

01. 问题描述

CFB锅炉运行实践表明，中、高温屏式受热面普遍存在管屏变形问题(图 5)。部分相邻管屏因相向变形而相互接触，难以进行防磨防爆检查，极易引起机械磨损、冲刷磨损以及鳍片拉裂。分析认为，运行中管屏工质侧流量与烟气侧热负荷偏差过大，造成同屏管间壁温偏差大、管屏膨胀受阻，产生应力集中，管屏承受的热应力过大引起变形。

02. 解决措施

床温均匀性设计：采用均匀布风和均匀给煤技术、炉内合理布置水冷分隔屏等，保证床温和热负荷均匀。

管屏流量均匀性设计：采用节流圈或变径管保证管屏阻力特性与热负荷匹配、采用带中间联的屏结构、优化管组进出口联箱布置方式、受热屏分级串联布置（减小单级受热屏焓增，图6）、受热屏分屏并联布置（减小受热屏宽），控制屏汽温偏差在25 ℃以内。

耐磨耐火材料敷设高度优化设计：对各管耐磨耐火材料敷设高度优化（图 7），使其与热负荷相匹配。

三、锅炉低负荷NOx达标控制困难

01. 问题描述

CFB锅炉炉外脱硝一般采用选择性非催化还原（Selective Non－Catalytic Reduction，SNCR）技术，在低负荷和深度调峰工况下，旋风分离器入口温度一般约700 ℃，低于SNCR脱硝的最佳反应烟温，此时SNCR脱硝效率仅为 20%～30%，且早期设计的CFB锅炉床温较高，NOx原始排放量相对较大，导致低负荷工况下NOx难以实现超低排放。

02. 解决措施

① 布风装置优化。包括改变风帽型式、风帽差异化布置、缩小布风板面积等。

风帽差异化布置：炉膛四周区域风帽错列布置，中间区域风帽顺列布置。同时改造中充分考虑给煤口、返料口、排渣口等区域风帽的型式优化及防磨。通过风帽差异化布置，进一步改善布风均匀性并减少床温偏差，由此降低锅炉NOx原始排放浓度。

布风板面积缩小：将布风板原最外侧一周的风帽利用耐火材料覆盖，形成凸台结（图 8），同时减少循环灰下降过程中对风帽及布风均匀性的影响。改造后布风板面积缩小约10%，在保证均匀流化的情况下，可进一步降低一次风运行风量，更好地适应于机组低负荷运行要求。

② 烟气再循环技术。将锅炉引风机出口（或脱硫塔出口）清洁烟气经烟气再循环风机回送至一次风机入口。由于相同负荷下锅炉一次风量（流化风量）未发生变化，但一次风含氧量降低，运行氧量的降低对NOx原始生成起到很好的抑制作用。

③ SNCR 脱硝系统优化。

通过对锅炉烟气流场进行数值模拟，得到NOx分布规律，进一步优化SNCR脱硝系统喷枪布置位置。

在锅炉二次风口、分离器出口等位置增设SNCR喷枪，在300MW及以下CFB锅炉成功应用。

利用氨水热解温度较尿素低的特点，可增设SNCR氨水－尿素切换系统，低负荷时采用氨水脱硝，保证全工况高效脱硝。

四、锅炉管式空预器漏风严重

01. 问题描述

管式空预器漏风原因主要有冷端低温腐蚀、吹灰器吹损、局部漏风等，管子积灰严重与低温结露、吹灰效果不佳、脱硝氨逃逸大、烟气流速低且分布不均匀等。管式空预器漏风大直接导致一、二次风机电耗增加，甚至影响锅炉带负荷，且运行调整困难。空预器积灰严重会造成引风机电耗增大，管排传热性能大幅下降，一、二次风温度达不到设计值，且排烟温度升高，锅炉效率降低。

02. 解决措施

① 运行措施：根据锅炉实际运行状况及时投运暖风器，保证合理的空预器综合冷端温度;控制低负荷氨逃逸，加强空预器吹灰;对于采用炉内炉外协同脱硫的 CFB锅炉，在综合考虑环保稳定性及运行经济性的基础上，适当降低炉膛出口 SO2浓度，减少SO3生成量及降低酸露点。

② 检修措施：利用机组停备检修机会对空预器进行查漏，及时封堵;做好空预器清灰及吹灰器检修工作。

③ 技改措施：将现有空预器低温段管组进行材质升级或采用搪瓷管;采用三维肋片管式空预器。

五、锅炉分离器中心筒脱落、变形严重

01. 问题描述

旋风分离器中心筒吊挂方式为自由膨胀吊挂或支撑式结构，中心筒与支架或吊耳筋板长时间处于高温运行状态，中心筒与出口烟道接口处耐火材料整体下坠导致中心筒膨胀受阻，中心筒上口变形严重，上部密封失效，在高温烟气作用下，支架或吊耳与中心筒连接件极易产生裂纹，长时间运行会导致其完全开裂，造成中心筒脱落。中心筒下口变形主要原因为受热不均产生的膨胀应力，在烟气温度急剧变化情况下，膨胀受力不均进一步加剧。

02. 解决措施

① 中心筒与烟道接口处采用双密封结构，筒体与锥形板之间除膨胀间隙外填充耐火材料；

② 支架或吊耳设计优化为双面焊接结构；

③ 中心筒固定采用自由吊挂方式，保证在高温下膨胀顺畅；

④ 正常运行时维持分离器入口烟温低于980℃，控制燃煤粒度及床温，防止分离器后燃造成的中心筒超温等。

“双碳”目标下CFB技术展望

目前我国正在“构建以新能源为主体的新型电力系统”，这是关于“能源革命”和落实“碳达峰、碳中和”目标的重大部署。CFB燃烧技术作为重要的洁净煤燃烧技术，在我国“双碳”背景下具有良好的发展前景。

因此，开发更高参数、更高灵活性、更高环保性能和可靠性能的电源调节型CFB锅炉，助推我国低碳发展战略，为“碳达峰，碳中和”目标的实现提供能源装备，是CFB技术在我国的重要发展方向。

一、大容量、高参数 CFB 锅炉机组开发

大容量、高参数的燃煤发电已经成为国内外电力行业的主流发展方向，现阶段我国最大单机容量的CFB机组及系列超临界CFB机组的成功投运实现了该技术领域对世界其他国家的超越。

为进一步降低机组能耗和排放，降低碳排放强度，提升蒸汽参数、容量及CFB技术装备水平，我国在“十三五”期间开展了“超超临界循环流化床锅炉技术研发与示范”项目的研发，现已完成锅炉技术体系的建立和锅炉机组的设计研制，660MW高效超超临界CFB示范工程也已开工建设，项目建成后将继续引领CFB技术发展方向。

二、生物质掺烧助力“碳中和”

“灵活性改造”和“生物质燃料替代”是“双碳”背景下煤电转型的两大发展方向。由于风电光电受环境和气象的影响极大，是间歇式的不稳定电源，其上网电量的保证必须依靠具有深度调节能力的火电等灵活性电源的支持和保障。

因此，需要灵活性发展以支撑风电光电的消纳以及自身的低碳运营以降低碳排放。煤电作为最大的碳排放源之一，其低碳发展之路将立足燃料替代，可再生能源是规模化替代煤炭的低碳燃料之一，充分发挥CFB机组燃料适应性广的优势，实现生物质大比例燃烧，最终实现100%生物质燃料替代，助力“碳中和”目标的实现。

三、深度调峰以提高机组灵活性

CFB锅炉炉内高温物料蓄热量大，具有负荷调节范围宽的优点，且温态启动基本无需投油稳燃，低负荷运行能力强，是我国调节型燃煤发电机组的重要选择之一。

然而，CFB锅炉热惯性较大，一定程度上限制了其负荷调节速率，应积极探索调峰型CFB锅炉技术，开发高效灵活的新型CFB锅炉机组，实现理论和技术的创新，使得CFB锅炉机组具有高变负荷响应速率和0～100%变负荷调节能力，满足我国不断增长的电网调峰需求;推动我国CFB机组逐步由电量型向功能型转变，最大限度提升新能源装机容量。

结 语

CFB燃烧技术对我国劣质煤及煤炭加工中低热值难燃副产物的高效清洁利用起到了至关重要的作用，在未来能源转型和实现碳中和的过渡过程中也将扮演重要角色。

在未来的发展中，应不断深化CFB燃料适应性广的优势，提升燃料灵活性，与大型煤炭分选、加工以及煤化工企业相结合，实现煤炭资源梯级高效利用。

此外，应进一步解决CFB变负荷响应速率慢等问题，推动我国CFB机组由电量型向功能型转变，同时开发更加高效、环保、灵活、可靠的电源调节型CFB锅炉，发挥“能源压舱石”作用，为我国“碳达峰”“碳中和”目标的实现提供新型能源装备。

文章来源：辛胜伟.循环流化床锅炉典型共性问题攻关及展望[J].洁净煤技术,2021,27

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