内容摘要：循环流化床(CFB)锅炉的流态化、循环燃烧特点，导致其发电机组厂用电率高，已成为其向大型化快速发展的突出问题。本文分析CFB锅炉厂用电率较高的原因，结合石狮热电公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉的运行情况和技改效果，阐述在加强运行管理和技术改造方面降低CFB锅炉厂用电耗的措施及效果，并提出一些在CFB锅炉设计建议，使CFB锅炉发电机组的厂用电率降到接近同容量煤粉炉机组的水平。

1.    概述

    循环流化床(CFB)锅炉以燃料适应性强、燃烧效率高、负荷调节性能好等优点，成为燃烧福建无烟煤的首选炉型，在福建省得到较广泛的应用[1，2] 。目前福建省已有60多台CFB锅炉在运行中，其中最大容量为440t/h，容量300MW的CFB锅炉已在筹建中[3] 。

    循环流化床燃烧[4]是一种在炉内使高速运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并具有大量颗粒返混的流态化燃料反应过程；同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒捕集，并将它们送回炉内再次参与燃烧过程，反复循环地组织燃烧。固体物料经历了由炉膛、分离器和返料装置所组成的外循环和炉内循环两种循环运动，是高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程和高强度的热量、质量和动量传递过程。由于CFB锅炉独特的流态化、循环燃烧特点，其风机数量多、压头高，导致辅机电流大、功率大，厂用电率居高不下。440t/h CFB锅炉所用风机多达16台，配套电动机额定功率共计9300kW，是同容量煤粉炉机组的1.5～2倍，正常运行厂用电率高达11％～12％左右，甚至更高[5] 。随着我国CFB锅炉大型化的快速发展，厂用电率高的问题越来越突出；如不尽快解决，则成为制约CFB锅炉大型化发展的瓶颈。

    由于汽轮机部分及外围辅助设备上并无显著差别，因此只对锅炉部分进行比较。与同容量的常规煤粉炉相比，CFB锅炉使煤炭洁净燃烧，环保效益显著，所以用CFB锅炉与常规煤粉炉加烟气脱硫装置来比较厂用电水平才合理。135MW容量CFB锅炉的实际厂用电率为4.43％，较煤粉锅炉高出0.794个百分点(见表1)，主要有以下几个因素[6] 。

表1  135MW循环流化床锅炉与常规煤粉炉厂用电耗比较表

⑴由于CFB锅炉脱硫加入了大量石灰石，以及CFB锅炉灰渣比例与煤粉炉差别较大，使总灰渣量大幅度增加，造成了除渣系统电耗的增加。另外，由于除渣系统采用风冷，两台冷却风机的电耗也较大。

    ⑵与煤粉锅炉相比较，CFB锅炉烟气系统阻力主要增加在分离器和管式空气预热器上(经计算约增加了1500Pa)，增大了引风机的电耗。由于加石灰石后灰的比电阻增大，电除尘器的电耗较煤粉炉大。

    ⑶CFB锅炉一次风系统阻力主要由床压、布风板阻力、空预器阻力和风道阻力构成，二次风系统阻力主要由炉膛压力、环形风箱阻力、空预器阻力和风道阻力构成，风机压头高、电耗大。

    ⑷由于燃烧方式和燃烧机理的不同，CFB锅炉燃料制备系统只有筛分机、破碎机等设备，省去了常规煤粉炉那套复杂的制粉系统(包括磨煤机、粗细粉分离器、粉仓、输粉机等)。

    本文结合石狮热电公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉的运行情况和技改效果，通过强化运行管理和技术改造等措施降低厂用电率，并提出一些在设计初期可采取的节能建议，使CFB锅炉机组的厂用电率降到接近同容量煤粉炉机组的程度，对循环流化床洁净煤发电技术的推广应用具有一定的借鉴意义。

2.    降低CFB锅炉厂用电耗措施

2.1加强运行管理，降低CFB锅炉厂用电耗

2.1.1控制合适的料层厚度

    控制合适的料层厚度，炉床蓄热量大，床温稳定，煤粒和回料灰中的碳能迅速加热和燃烧，对CFB锅炉稳定运行、燃烧效率以及燃烧控制有非常重要的意义，应避免料层厚度过低使燃烧不稳，也要控制料层厚度不要过高。料层厚度过高不仅影响流化效果和降低燃烧效率，还会导致风室压力、床层压力、料层差压等参数过高，增大一次风机、二次风机出口风压，风机电流增大，厂用电率增加。

    监控料层厚度的主要参数有风室压力、床层压力、料层差压等。一般控制床层折算静止厚度控制在500～750mm，风室压力8～12kPa，床面压力在6～8kPa，床层差压为4～6kPa，这样保持合适的一次风压头，起到降低一次风机电流的目的，同时二次风机电流在一定程度上也会降低。在低负荷时控制参数在以上范围的下限，在高负荷时反之。石狮热电公司2台75t/h CFB锅炉的运行实践证明，一次风压控制在10～11kPa时效果最为理想[2] 。

2.1.2合理的煤炭粒度

    燃料粒径对锅炉的正常燃烧及其经济性极其重要，每种燃煤锅炉对所用燃料的粒径及其筛分特性都有明确的要求，CFB锅炉也不例外。煤的粒径大小对传热系数影响很大，对燃烧的温度场分布也有很大的影响，CFB锅炉稳定高效的燃烧需要不同粒径的煤炭合理配比。石狮热电公司的2台DG75/3.82-11型CFB锅炉根据福建无烟煤的特点，设计燃煤推荐粒度范围为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风压头才能保证流化良好，增大了一次风电耗和排渣电耗。床料粒度太细，运行过程中床压容易造成波动，所以在运行调整中应控制煤的粒度及配比满足设计要求，煤中灰份高时煤的粒径可以适当细一些，挥发份高时粒径可以适当大些，这样既保证了燃烧，又降低了厂用电率。

2.1.3风机优化运行

    一般情况下，220t/h及其以上容量的CFB锅炉引风机、一次风机、二次风机、冷渣器流化风机都采用两台，有联络门和联络母管相连。可以对联络风道等进行适当的改造，尽可能满足较高负荷下的单台风机运行，可以大幅度降低了厂用电率。根据文献[5] ，将440t/hCFB锅炉联络风道截面扩大为原来的2 倍，扩容后在90 MW(扩容前为40 MW)以下负荷采取单台引风机、单台一次风机、单台二次风机、单台冷渣器流化风机运行， 6kV电动机电流可以分别减少30A、30A、20A、15A，大大减少了厂用电耗。

    石狮热电公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉在正常情况下停用播煤增压风机，直接由热一次风供播煤风用[7] 。增压风机处于联锁热备用状态，仅在锅炉点火启动时及异常情况下投入运行，完全可以满足锅炉运行需要，节电效果明显，年节约厂用电量达1040MWh。

2.1.4合理分配一、二次风配比

    一次风的主要作用是保证物料处于良好的流化状态，同时为燃料燃烧提供部分氧气。床料的流化状态受温度影响很大，热态运行时的流化远比冷态时好[4] 。所以在保证不小于最低流化风量的情况下，根椐床温来调整一次风量至合适值，使一次风机电耗得到优化。二次风能加剧炉内物料的扰动，加强气固两相的混合，增加煤粒在炉内的停留时间，强化稀相区细煤粒及可燃气体的燃烧，并改变炉内物料浓度的分布，防止局部烟气温度过高。二次风分上、下两段送入，下层二次风压约高于上层二次风压2kPa。一、二次风从不同位置分别送入流化床，采取优化、合理的配风，一次风率控制在50％～60％，上、下层二次风比为5.5:4.5～6:4，保持省煤器出口的烟气含氧量在4%～5%之间，这样既保证燃烧充分，又可降低风机电耗[2] 。

2.1.5尽可能减少漏风率

    在减小漏风系数方面，各风道调节挡扳，炉膛各处人孔门、排渣系统各排渣门严密不漏风，各处保温完整。在机组停运时检查空气预热器管束是否有漏风并及时修补，检查烟道内是否有积灰并及时清理，这样起到降低一次风机、二次风机、引风机电流的目的。

    石狮热电有限责任公司的2台75t/h锅炉采用全膜式水冷壁，燃烧系统具有良好的密闭性。在空气预热器前测得的烟气中空气过量系数为1.25～1.36，与设计值相符[2] 。

2.1.6锅炉启停次数和负荷率

    由于CFB锅炉在启动和停运时，需要消耗很大的电量，所以保证机组长周期，减少启停次数能有效的降低厂用电率。提升设备健康水平是确保安全、经济、高效运行的重要保证，在加强日常维护和设备消缺的基础上，加大设备治理力度，合理安排设备的消缺或检修时间，尽量避免因消缺而降负荷运行，杜绝因缺陷扩大造成机组非计划停运，保证消缺质量，降低重复消缺率。

    同时，高负荷运行可以降低厂用电量在发电量之中的比例，因为就是再低的负荷，CFB锅炉也要保证流化和燃烧正常，而负荷的增加与辅机的出力并非成正比增加，这样高负荷所耗电能相应减少，同时高负荷时，物料循环增强，床温较高，燃烧更充分，燃烧用电会有所下降，这样就起到了降低厂用电率目的。

2.1.7开展小指标竞赛活动

    通过加强技术培训，开展技术竞赛、岗位练兵等活动，鼓励职工力争上游、勇做表率，形成比、学、赶、帮的浓厚氛围，从而全面提高员工的业务素质。通过宣传使员工了解当前形势和企业所面临的困局，提高思想觉悟，增强忧患意识、成本意识和效率意识，激发起自觉参与节能降耗工作的责任感和紧迫感。同时，开展运行班组之间进行经济指标竞赛活动，对表现突出的员工进行奖励，激励员工的主观能动性，积极参与节能降耗活动。

2.2进行技术改造，降低CFB锅炉厂用电耗

2.2.1 对现有低效的风机设备进行节能改造

    由于锅炉厂、设计院在风机设计选型时较保守，加上风机厂家产品型号有限，在选用不到合适的风机型号时往大机号上靠，致使CFB锅炉风机的风量、风压富裕度达到15％～50％，出现系统“大马拉小车”欠载运行的不合理匹配状况，风机实际运行工况点与设计的最佳工况点相差甚远。并且，采用落后的风门挡板节流调节，正常运行时风门挡板开度较小，增加了管网阻力，节流和涡流损失大，风机系统浪费电能严重。

石狮热电公司组织对75t/hCFB锅炉风机进行热态试验，掌握不同锅炉负荷下的风机运行参数及其实际风道阻力。根据测试结果计算出额定负荷下的风机参数并留有合适的富裕量，为避免选用风机厂所生产的有限的型号时可能再次出现不合理匹配状况，量体定做出与锅炉运行状况相匹配的高效节能型风机。同时，采用弯曲型导叶轴向导向器取代原直板型风门挡板，将挡板节流损失降至最低，并对进出口风道进行技术改造，保留和利用原来的电动机和联轴器。运行实践和测试结果均表明，技改后的风机运行效率得到了显著的提高，节电效果明显(详见表2)。其中4号炉引风机单机效率从32.0%提高到47.7%，节电率超过40%。

备注：以上数据均为折算到锅炉额定负荷运行工况下的加权平均值，其中二次风机为先变频改造后本体改造。

    某电厂对260t/h CFB锅炉一次风机进行叶片切割，切割量为8%，经改造后单机厂用电率下降了0.25%～0.30%，节电效果明显。

2.2.2 运用变速装置，减少节流损耗

    CFB锅炉重要辅机应避免采用风门挡板或阀门节流调节，适当采用双速电机调节、液力偶合器调节，尽可能采用高效的变频调速技术、斩波内反馈调速电机技术[8] ，不仅避免大量的能源浪费和设备损耗，而且还提高了控制精度，降低了生产成本。大量的运行实践证明，CFB锅炉风机采用变频技术改造后，平均节电率在30%以上。石狮热电公司2台75t/hCFB锅炉共6台风机采用变频技术改造，大大降低了风门挡板的节流损失，获得显著的经济效益(详见表3)；更为可贵的是使燃烧系统的流量调节成为线性调节，反应时间加快，动态性能提高，大幅度提高控制精度。同时，方便运行操作，减少维护工作量和检修费用，降低电机启动对电网的冲击，延长设备的使用寿命，减小噪声污染，改善工作环境。

备注：以上数据均为折算到锅炉额定负荷运行工况下的平均值。

3.    在CFB锅炉系统设计方面降低厂用电耗的建议

    在设计初期应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作，CFB锅炉发电机组的厂用电水平就可接近煤粉锅炉发电机组。在设计初期设计单位应与锅炉厂、辅机制造厂以及设计院进行广泛交流，讨论诸如辅机容量选择、系统配置、阻力计算等方面的问题，为降低厂用电打好良好的技术基础。

3.1    风帽、布风板特性的选择

    CFB锅炉的风帽和布风板要求能均匀密集地分配气流，使床料与空气产生强烈扰动和混合。石狮热电公司75t/hCFB锅炉在设计时根据煤种特点，采用了“7”字型定向风帽，额定负荷时布风板阻力约为5kPa左右，经过运行一段时间后存在风室漏渣现象，增大了阻力，影响一次风量，增加了一次风机出力与电耗。锅炉厂可以对其进行改进，将定向风帽改为大直径迂回型钟罩风帽或者定向风帽和钟罩风帽配合使用，保持布风板阻力基本不变，从而避免风室漏渣，既保证了运行稳定又降低了一次风机能耗。

3.2    风机的优化选型

    CFB锅炉的流态化燃烧特点决定了其风机压头比煤粉锅炉高，因此空气阻力计算尤为重要。决定一、二次风机及引风机的阻力计算的主要因素是布风板阻力、床层的阻力、炉膛压力、分离器阻力以及循环倍率等。通过与锅炉厂设计人员的交流，了解布风板的风帽形式、数量、出口流速，床料的粒度组成，终端流速的选取，床层高度，炉膛截面大小，循环倍率等关键技术数据，讨论阻力的计算方法，由锅炉厂提出了一个较准确的阻力计算值(不含任何裕量)，风机厂、设计院统一按《火力发电厂设计技术规程(DL5000-2000)》 [9] 考虑裕量，避免了重复计算裕量后带来的风机、电机等不在高效区运行，有效降低电耗。同时，在风道设计时选用合适的通流截面，保持经济的流速，风道弯头、变径部位尽量减少，从而降低管道压力损失，减小辅机电耗。

3.3    合理配置煤制备系统

    针对福建无烟煤的特点、来煤细度和CFB锅炉对燃料的粒度要求，石狮热电公司CFB锅炉在煤制备系统采用一级筛分加一级破碎系统，而某厂同样的锅炉却采用两级破碎系统。运行实践证明，石狮热电公司的选择是正确的。设计部门应根据燃煤特点和来煤细度决定是否需要粗级破碎，最好设计一级筛分破碎系统，既保证了锅炉的粒度要求，又有效防止了过破碎，还在一定程度上降低了厂用电。

3.4    采用合适的出渣方式

    目前国内三大CFB锅炉制造商推荐配置的冷渣器均为风水联合冷渣器[6] 。从结构及工作原理上看就是小型流化床，在流化过程中完成了物料冷却和输送，并将冷却风送入炉膛，这就要求流化风机的压头应克服流化床的阻力和炉膛的运行压力以及管道阻力，且流化风量较大。如果将锅炉厂135MWCFB锅炉习惯配套的风水联合流化床冷渣器改为滚筒式冷渣器或钢带式冷渣器，渣系统电耗可从330～400kW降至100～200kW，节能效果显著。 

3.5    充分采取节能措施

    设计院在电厂总体布置上采取这些措施来降低厂用电率[6，8] ：⑴在炉侧就近布置渣库，在两炉之间布置石灰石粉库，缩短出渣和石灰石粉输送距离，降低了机械出渣系统及石灰石给料系统的电耗；⑵一、二次风机靠近空气预热器布置，降低了风道阻力；⑶除氧煤仓间方向与栈桥方向一致，缩短栈桥距离，降低了输煤皮带的电耗；⑷灰库布置在厂区内且距电除尘较近，降低气力除灰系统的电耗；⑸给水管路上取消了主调节阀，采用汽动给水泵或液力偶合器调节给水流量，降低给水泵电耗；⑹利用变频器调节一次风机、二次风机和引风机等流量，降低节流损失；⑺选用导热系数低、物理性能好、价格合理的保温材料。同时，制造厂的锅炉本体设计对厂用电的影响较大，在设备招议标时应对比风量、风速等各种参数的差异并考虑对厂用电的影响。

4.    结论

    ⑴由于CFB锅炉的流态化、循环燃烧特点，使CFB锅炉在燃料破碎送入系统、灰渣系统、烟风系统等方面与常规煤粉锅炉有所不同，燃煤CFB锅炉机组的厂用电率是比同样容量等级的煤粉炉机组高出0.8%～1.3%，与采用湿法烟气脱硫装置的常规煤粉炉电厂的厂用电水平相当。

    ⑵CFB锅炉电厂的运行情况证明，可以采取控制合适的料层厚度、合理的煤炭粒度、合理分配一二次风配比、风机优化运行、减少漏风率、高负荷率运行、减少锅炉启停次数等方面加强运行管理，降低CFB锅炉厂用电耗。

    ⑶结合石狮热电公司2台DG75/3.82-11型CFB锅炉的运行情况和技改效果，可以对低效的风机设备进行节能改造，将电动给水泵更换为汽动给水泵，利用低品质的蒸汽来代替高品质的电能，应用变频装置减少节流损耗等，使厂用电率大大降低。

    ⑷在CFB锅炉设计时，应仔细考虑降低厂用电耗方面的工作，讨论诸如风帽和布风板特性、辅机容量优化选型、出渣设备和煤制备系统的合理配置、应用变频装置等方面的问题，并充分采取有效可行的节能措施，为厂用电的降低打好良好的技术基础。

    ⑸随着CFB锅炉大型化技术的日渐成熟，CFB锅炉运行质量的优劣，不能仅凭运行周期的长短来给以辨别，而更注重各项运行指标的评定。降低煤耗、厂用电率和污染物排放量，已成为更多拥有CFB锅炉企业追求的目标。愿本文给同行一些有益的提示、启发或借鉴意义，旨在最终实现大型CFB洁净煤发电技术的推广。

参考文献

1陈朝柱,蒋昌盛. 福建无烟煤的特性及在电站锅炉中的应用[J].福建能源开发与节约.2000, 19(3):14～17.

2吴剑恒,俞金树. 燃用福建无烟煤的CFB锅炉优化燃烧[J]. 锅炉制造.2005,26(1):15～18.

3 苏建民. 浅谈燃用福建无烟煤440t/h 循环流化床锅炉的设计和运行实践[J].能源与环境.2007,26(2): 103～104.

4 岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M] .北京：中国电力出版社.1998.

5 孟洛伟.大型循环流化床锅炉降低厂用电的措施[J].节能技术.2007,25(1):90～93.

6 江 蛟.CFB电厂厂用电分析及降低措施[J].热机技术.2004,21(4):1～6.

7吴剑恒,俞金树,邱  荣. 75t/h CFB锅炉增压风机运行方式优化改造[J].节能技术.2004,22(5): 44～45.

8 张全胜,田卫东,王宝军,等.循环流化床锅炉发电机组的节能技术探讨[J].电力设备.2005,6(6): 77～78.

9 中华人民共和国国家经济贸易委员会. DL5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社.2000. 

文章来源：福建省循环流化床锅炉技术协作网