摘 要 鉴于当前能源需求的持续增长与环境保护要求的日益严格，循环流化床（CFB）锅炉技术，凭借其高效的燃烧过程与出色的污染物控制能力，在电力生产及供热领域占据了重要地位。尤其对于75t/h级别的中小型CFB锅炉而言，其独特的燃烧机制在燃煤利用方面展现出显著优势。本文针对75 t/h循环流化床锅炉运行期间，床温偏低，导致燃烧调整无法达到预期效果，经分析发现风烟系统存在设计不合理的实际。提出对风烟系统进行优化改造的依据，改善锅炉燃烧条件，解决燃烧调整方面的瓶颈问题，提高燃烧效率，从而延长安全运行周期。
关键词 循环流化床锅炉 风烟系统 优化改造
引 言 75t/h循环流化床锅炉风烟系统主要由：一次风、二次风、播煤风、返料风、冷却风等组成。一次风主要作用是流化炉内的床料，保证良好流化为炉膛下部密相区送入燃烧所需的氧量，同时冷却风帽、调节床温；二次风的作用是补充炉内燃烧所需的氧气，加强物料的掺混、适当调节炉内温度场的分布，降低氮氧化物的排放，冷却二次喷口，同时可调节炉内烟气含氧量。播煤风是为了防止燃料从前墙落煤管进入炉膛后直接堆积在布风板上，一般要求落煤管下部设置播煤风，以达到播散给煤的目的；返料风是将分离器分离下来的物料重新送回炉膛内的风；冷却风是用来冷却设备的。上述各种风在进入炉内或被冷却的设备前，应装设调节或者控制阀门，以达到锅炉运行精细化调整的目的。
1概述
某电厂2018年新建三台75T/h循环流化床锅炉,2019年11月投运后，近三年期间在燃烧调整遇到的一些问题。主要在精细化调整过程中发现，播煤出口夹套管风管无控制阀门，导致无法控制。造成在燃烧调整遇到一些瓶颈，无法突破，基于以上情况，结合燃烧调整精细化需要，为后续锅炉更加经济，高效运行，达到节能减排目标，提出以下优化见意。
某电厂三台75t/h循环流化床锅炉2018年4月开始施工，于2019年12月竣工投产运行。三台锅炉均为高温高压参数、自然循环、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架循环流化床锅炉。锅炉型号：SG—75/9.81—M2807型循环流化床锅炉；上海锅炉厂有限公司设计制造。
锅炉采用两次配风，一次风从炉膛底部布风板、风帽进入炉膛，二次风从燃烧室锥体部分进入炉膛。锅炉设有2个给煤口均匀地布置在炉前。炉膛底部设水冷一次风室，由水冷壁管子弯制而成与水冷壁连为一体。锅炉采用床下油点火方式，2路热一次风道合并后连接点火风道，点火风道内布置有风道燃烧器。在炉底布置有2个落渣管与2台滚筒式冷渣机相连。
锅炉采用循环流化床燃烧方式。在885℃左右的床温下，燃料和空气在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状况下进行燃烧并释放出热量，高温物料、烟气与水冷壁及炉内屏式受热面进行热交换。烟气携带大量的物料自下而上从炉膛上部的后墙出口切向进入旋风分离器，在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次进入尾部烟道内的低温过热器、省煤器和空气预热器，此时烟温降至148℃左右排出锅炉；被分离器捕集下来的固体颗粒通过立管，并由U型回料器直接回送到炉膛，从而实现循环燃烧。底灰（大渣）通过布置在炉膛底部的滚筒冷渣机冷却，温度降至约150℃以下排出。
在落煤管中，煤粒依靠重力到达炉内给煤口，最终从前墙水冷壁进入炉膛。落煤管采用内径为φ300mm的碳化硅复合管，落煤管下部靠近给煤口处采用SA351-HK40壁厚20mm的不锈铸钢管。在落煤管转角处和入炉处设有播煤风，从而使在进入炉膛前的落煤管道内和入炉口处形成气垫，使给煤顺畅流动，在进入炉膛时具有一定的动能，有利于煤在炉膛床面上均匀分布，防止给煤在局部堆积。在落煤管的垂直段上设置膨胀节，吸收水冷壁的热位移。同时根部播煤风也起到对播煤口下方不锈铸钢的冷却作用。锅炉一次风流程如图一所示。
图一 锅炉一次风示意图
为防止炉膛内烟气反窜到给煤机而烧坏给煤机皮带，必须从一次风机出口的冷风道上引出一股冷风到给煤机，作为密封风来保护给煤机。给煤机密封风进口设置在进煤端。
1.1 播煤夹套冷却风管工作原理及作用
在落煤管底部进入炉膛口处，安装夹套冷却风管，此系统的主要作用是：利用经过预热器加热后的一次风作为冷却媒介，该热风由预热器出口特定引出，并与播煤风共用同一根风源管道。冷冷却风管通过向播煤口下方的不锈铸钢部件，提供持续稳定的冷却风流，有效防止了因高温而导致的部件损坏，从而有效延长了锅炉的整体运行周期。此设计不仅实现了风源的高效复用，还确保了锅炉关键组件在极端工况下的安全稳定表现，是增强锅炉综合性能与延长使用寿命的关键技术创新。夹套管安装示意图如图二所示。
图二 夹套管安装图
1.2 播煤风管工作原理及作用
播煤风管布置在炉前，采用高性能的碳化硅复合材质制成，其内径设定为φ300mm，以确保气流的顺畅传输。其风源来源于一次热风，播煤风主要作用是：在锅炉燃料依靠自身重力进入炉膛前增加动力，这一动力促使燃料在落煤管道内及入炉口位置形成一层稳定的气垫效应，确保燃煤能够流畅无阻地沿管道下滑，直至顺利进入炉膛。在进入炉膛的瞬间，燃煤因携带一定的动能而能够在炉膛床面上实现均匀散布，有效避免了燃煤在局部区域的过度堆积，确保了燃烧的均匀性与高效性。此外，播煤风还兼具为锅炉燃烧过程提供必要氧量的辅助功能，它积极参与燃料的燃烧反应，不仅促进了燃料的充分燃烧，还进一步提升了锅炉的整体燃烧效率。这一设计不仅优化了燃煤的输送过程，还显著增强了锅炉的燃烧性能，是实现高效、稳定燃烧的关键技术要素。播煤风管安装如图三所示。
图三 播煤风管安装图
2目前存在的问题
锅炉采用平衡通风，炉膛的压力零点设置在炉膛烟气出口处。循环流化床内物料的循环是由送风机（包括一、二次风机及高压流化风机）和引风机启动和维持的。从一次风机出来的冷空气一路作为炉前落煤管和给煤机的密封风，另一路经空气预热器加热后进入炉膛底部一次风室，通过布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的固体循环物料；在启动油燃烧器上游一次热风道上引一路播煤风总管至炉前，再引出2路支管接入落煤管处；从二次风机出来的冷空气经空气预热器加热后引至炉前，由二次风箱引出5根支管，从炉膛前后墙、密相区进入炉膛燃烧室。在二次热风道上引一路热风至分离器水平进口烟道处作为吹扫风，防止水平烟道处积灰。
经过三年多的运行，期间发现风烟系统在设计上存在一些不足，这些缺陷对锅炉的精细化燃烧调整构成了实质性制约。具体表现为：一是，播煤风管设计缺陷。播煤风管采用内径为φ300mm的碳化硅复合材质，这一设计在燃烧调整过程中显著干扰了一次流化风的动态平衡。播煤风管与一次风系统的紧密关联，使得其管径与材质选择对一次风的流量分配与压力分布产生直接影响，进而干扰床料的流化状态与炉膛内的燃烧效率，对锅炉的安全经济运行构成潜在威胁。二是，播煤出口夹套冷却风管无控制阀门，无法控制风量大小，造成在燃烧调整遇到一些瓶颈，无法突破。
综上所述，当前风烟系统在设计上存在的这些问题，不仅削弱了锅炉的燃烧性能与稳定性，还制约了锅炉运行的安全性与经济性。因此，有必要针对这些问题开展深入研究，并提出切实可行的优化改造方案，以期全面提升锅炉的整体性能与运行水平。
2.1 夹套冷却风管无控制阀门
在锅炉运行期间，因播煤夹套冷却风管无控制阀门，造成锅炉启动后直至带满负荷情况下，播煤根部夹套管一直处于最大风量1152Nm³/h，无法实现燃烧精细化以及多元化调整方式，在风煤配比调节中只能从大方面调节，无法根据锅炉负荷，煤质变化以及床温变化情况做出相应调整，对运行调整有一定限制。在不同负荷下或者煤质变化较大时，造成锅炉床温偏高或者偏低，为了使床温始终达到理想状态，分别会从返料系统，流化风量，床料高低，以及改变入炉煤的落点来进行调整，这时就需要对播煤管夹套风量进行控制，以达到改变入炉煤落点的目的。
2.2 播煤风管管径选用偏大
播煤风进入炉膛内的方式为：小风量、大风压、高流速，与燃煤充分混合高速喷吹进入炉膛内。运行期间发现，三台锅炉均因播煤风管管径选用偏大，播煤风门安装为管径φ300mm蝶阀进行播煤风的控制，达不到高速喷吹进入炉内的效果。同时，在燃烧调整期间发现，因播煤风管偏大，总开度分为十格，在调整期间发现蝶阀开度由1格开至2格，流化风量会下降500Nm3/h，由第2格开至第3格流化风量下降1000Nm3/h，这已超出设计参数值3600Nm3/h，这时为了保证炉膛内正常流化，势必要增加一次风量，来维持正常流化，
表一 一次风量分配表
这样就造成了炉内过剩空气的增加，降低炉温。以上参数均为单组参数，由于三台炉均设计是两组播煤风，以上参数均是实际运行参数的2倍，降低了从布风板进入炉膛内的一次流化风量，降低火焰中心，影响炉内流化效果和物料在炉膛内的充满度，严重影响锅炉安全运行，对于循环流化床锅炉而言，保证流化风量是锅炉的基础。在锅炉设计风量配比表中，显而易见本文所指问题，且在实际运行当中，播煤风已经远远
超出设计风量，对锅炉运行流化风带来一定危害。如表一所示为锅炉一次风风量配比表:
3 建议优化改造
基于上述情况，结合燃烧调整精细化需要，为后续锅炉安全、经济、高效运行，达到节能减排目标，提出以下优化改造方案。
3.1加装夹套管冷却风控制门
每台锅炉均有两组夹套风管，各加装2个冷却风控制阀门，每个夹套风管加装一个内径φ133mm蝶阀，用来实现精细化调节目的。根据锅炉取样（灰渣含碳量和飞灰含碳量）、煤质变化、床温变化情况，视锅炉燃烧情况进行有效调节，确保锅炉安全经济的长期运行。如图四所示。
图四 蝶阀安装位置示例图
3.2改装播煤风控制门
每台炉的均有两组播煤风管，将目前内径为φ300mm播煤风管进行技术性收缩，改造为φ133mm的管径，如图五所示。实现小风量、大风压、高流速，与燃煤充分混合高速喷吹进入炉膛内，达到在调整播煤风时，对一次流化风量的减弱影响，从而实现精细化调节需求。
图五 蝶阀改装后
4 实现的效果
通过加装夹套管冷却风管控制阀门和改造播煤风管管径，实现以下燃烧调整优化的目的：
1、播煤夹套风管加装φ133mm蝶阀控制，可实现根据锅炉负荷的大小进行控制不必要的一次风损失，从而实现锅炉精细化调整的目的。
2、播煤风管技术性改造进行收缩，将φ300mm蝶阀更换为φ133mm蝶阀后，可在实现燃烧精细化以及多元化调整方式上增加两种调整方式。
3、当锅炉出现床温偏高或者偏低时，分别经过从改变物料循环量，流化风量，床层高低方面进行调整后，仍无法满足调整需求后，就可从播煤夹套管风门以及播煤风门入手。以改变入炉煤的落点来进行调整，这时就需要对播煤夹套管风量进行调节，以达到改变入炉煤落点的目的。使煤的燃烧过程提供可控条件，最终达到对床温的调控。从而以此实现炉膛燃烧最佳状态，达到节能降排目标。
参考文献
[1] 循环流化床锅炉设备与运行.中国电力出版社.2019年版
[2] 朱皑强 苪新红 《循环流化床锅炉设备及系统》 中国电力出版社 2008.06
[3] 循环流化床锅炉实用培训教材.中国电力出版社
关键词 循环流化床锅炉 风烟系统 优化改造
引 言 75t/h循环流化床锅炉风烟系统主要由：一次风、二次风、播煤风、返料风、冷却风等组成。一次风主要作用是流化炉内的床料，保证良好流化为炉膛下部密相区送入燃烧所需的氧量，同时冷却风帽、调节床温；二次风的作用是补充炉内燃烧所需的氧气，加强物料的掺混、适当调节炉内温度场的分布，降低氮氧化物的排放，冷却二次喷口，同时可调节炉内烟气含氧量。播煤风是为了防止燃料从前墙落煤管进入炉膛后直接堆积在布风板上，一般要求落煤管下部设置播煤风，以达到播散给煤的目的；返料风是将分离器分离下来的物料重新送回炉膛内的风；冷却风是用来冷却设备的。上述各种风在进入炉内或被冷却的设备前，应装设调节或者控制阀门，以达到锅炉运行精细化调整的目的。
1概述
某电厂2018年新建三台75T/h循环流化床锅炉,2019年11月投运后，近三年期间在燃烧调整遇到的一些问题。主要在精细化调整过程中发现，播煤出口夹套管风管无控制阀门，导致无法控制。造成在燃烧调整遇到一些瓶颈，无法突破，基于以上情况，结合燃烧调整精细化需要，为后续锅炉更加经济，高效运行，达到节能减排目标，提出以下优化见意。
某电厂三台75t/h循环流化床锅炉2018年4月开始施工，于2019年12月竣工投产运行。三台锅炉均为高温高压参数、自然循环、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架循环流化床锅炉。锅炉型号：SG—75/9.81—M2807型循环流化床锅炉；上海锅炉厂有限公司设计制造。
锅炉采用两次配风，一次风从炉膛底部布风板、风帽进入炉膛，二次风从燃烧室锥体部分进入炉膛。锅炉设有2个给煤口均匀地布置在炉前。炉膛底部设水冷一次风室，由水冷壁管子弯制而成与水冷壁连为一体。锅炉采用床下油点火方式，2路热一次风道合并后连接点火风道，点火风道内布置有风道燃烧器。在炉底布置有2个落渣管与2台滚筒式冷渣机相连。
锅炉采用循环流化床燃烧方式。在885℃左右的床温下，燃料和空气在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状况下进行燃烧并释放出热量，高温物料、烟气与水冷壁及炉内屏式受热面进行热交换。烟气携带大量的物料自下而上从炉膛上部的后墙出口切向进入旋风分离器，在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次进入尾部烟道内的低温过热器、省煤器和空气预热器，此时烟温降至148℃左右排出锅炉；被分离器捕集下来的固体颗粒通过立管，并由U型回料器直接回送到炉膛，从而实现循环燃烧。底灰（大渣）通过布置在炉膛底部的滚筒冷渣机冷却，温度降至约150℃以下排出。
在落煤管中，煤粒依靠重力到达炉内给煤口，最终从前墙水冷壁进入炉膛。落煤管采用内径为φ300mm的碳化硅复合管，落煤管下部靠近给煤口处采用SA351-HK40壁厚20mm的不锈铸钢管。在落煤管转角处和入炉处设有播煤风，从而使在进入炉膛前的落煤管道内和入炉口处形成气垫，使给煤顺畅流动，在进入炉膛时具有一定的动能，有利于煤在炉膛床面上均匀分布，防止给煤在局部堆积。在落煤管的垂直段上设置膨胀节，吸收水冷壁的热位移。同时根部播煤风也起到对播煤口下方不锈铸钢的冷却作用。锅炉一次风流程如图一所示。
图一 锅炉一次风示意图
为防止炉膛内烟气反窜到给煤机而烧坏给煤机皮带，必须从一次风机出口的冷风道上引出一股冷风到给煤机，作为密封风来保护给煤机。给煤机密封风进口设置在进煤端。
1.1 播煤夹套冷却风管工作原理及作用
在落煤管底部进入炉膛口处，安装夹套冷却风管，此系统的主要作用是：利用经过预热器加热后的一次风作为冷却媒介，该热风由预热器出口特定引出，并与播煤风共用同一根风源管道。冷冷却风管通过向播煤口下方的不锈铸钢部件，提供持续稳定的冷却风流，有效防止了因高温而导致的部件损坏，从而有效延长了锅炉的整体运行周期。此设计不仅实现了风源的高效复用，还确保了锅炉关键组件在极端工况下的安全稳定表现，是增强锅炉综合性能与延长使用寿命的关键技术创新。夹套管安装示意图如图二所示。
图二 夹套管安装图
1.2 播煤风管工作原理及作用
播煤风管布置在炉前，采用高性能的碳化硅复合材质制成，其内径设定为φ300mm，以确保气流的顺畅传输。其风源来源于一次热风，播煤风主要作用是：在锅炉燃料依靠自身重力进入炉膛前增加动力，这一动力促使燃料在落煤管道内及入炉口位置形成一层稳定的气垫效应，确保燃煤能够流畅无阻地沿管道下滑，直至顺利进入炉膛。在进入炉膛的瞬间，燃煤因携带一定的动能而能够在炉膛床面上实现均匀散布，有效避免了燃煤在局部区域的过度堆积，确保了燃烧的均匀性与高效性。此外，播煤风还兼具为锅炉燃烧过程提供必要氧量的辅助功能，它积极参与燃料的燃烧反应，不仅促进了燃料的充分燃烧，还进一步提升了锅炉的整体燃烧效率。这一设计不仅优化了燃煤的输送过程，还显著增强了锅炉的燃烧性能，是实现高效、稳定燃烧的关键技术要素。播煤风管安装如图三所示。
图三 播煤风管安装图
2目前存在的问题
锅炉采用平衡通风，炉膛的压力零点设置在炉膛烟气出口处。循环流化床内物料的循环是由送风机（包括一、二次风机及高压流化风机）和引风机启动和维持的。从一次风机出来的冷空气一路作为炉前落煤管和给煤机的密封风，另一路经空气预热器加热后进入炉膛底部一次风室，通过布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的固体循环物料；在启动油燃烧器上游一次热风道上引一路播煤风总管至炉前，再引出2路支管接入落煤管处；从二次风机出来的冷空气经空气预热器加热后引至炉前，由二次风箱引出5根支管，从炉膛前后墙、密相区进入炉膛燃烧室。在二次热风道上引一路热风至分离器水平进口烟道处作为吹扫风，防止水平烟道处积灰。
经过三年多的运行，期间发现风烟系统在设计上存在一些不足，这些缺陷对锅炉的精细化燃烧调整构成了实质性制约。具体表现为：一是，播煤风管设计缺陷。播煤风管采用内径为φ300mm的碳化硅复合材质，这一设计在燃烧调整过程中显著干扰了一次流化风的动态平衡。播煤风管与一次风系统的紧密关联，使得其管径与材质选择对一次风的流量分配与压力分布产生直接影响，进而干扰床料的流化状态与炉膛内的燃烧效率，对锅炉的安全经济运行构成潜在威胁。二是，播煤出口夹套冷却风管无控制阀门，无法控制风量大小，造成在燃烧调整遇到一些瓶颈，无法突破。
综上所述，当前风烟系统在设计上存在的这些问题，不仅削弱了锅炉的燃烧性能与稳定性，还制约了锅炉运行的安全性与经济性。因此，有必要针对这些问题开展深入研究，并提出切实可行的优化改造方案，以期全面提升锅炉的整体性能与运行水平。
2.1 夹套冷却风管无控制阀门
在锅炉运行期间，因播煤夹套冷却风管无控制阀门，造成锅炉启动后直至带满负荷情况下，播煤根部夹套管一直处于最大风量1152Nm³/h，无法实现燃烧精细化以及多元化调整方式，在风煤配比调节中只能从大方面调节，无法根据锅炉负荷，煤质变化以及床温变化情况做出相应调整，对运行调整有一定限制。在不同负荷下或者煤质变化较大时，造成锅炉床温偏高或者偏低，为了使床温始终达到理想状态，分别会从返料系统，流化风量，床料高低，以及改变入炉煤的落点来进行调整，这时就需要对播煤管夹套风量进行控制，以达到改变入炉煤落点的目的。
2.2 播煤风管管径选用偏大
播煤风进入炉膛内的方式为：小风量、大风压、高流速，与燃煤充分混合高速喷吹进入炉膛内。运行期间发现，三台锅炉均因播煤风管管径选用偏大，播煤风门安装为管径φ300mm蝶阀进行播煤风的控制，达不到高速喷吹进入炉内的效果。同时，在燃烧调整期间发现，因播煤风管偏大，总开度分为十格，在调整期间发现蝶阀开度由1格开至2格，流化风量会下降500Nm3/h，由第2格开至第3格流化风量下降1000Nm3/h，这已超出设计参数值3600Nm3/h，这时为了保证炉膛内正常流化，势必要增加一次风量，来维持正常流化，
表一 一次风量分配表
这样就造成了炉内过剩空气的增加，降低炉温。以上参数均为单组参数，由于三台炉均设计是两组播煤风，以上参数均是实际运行参数的2倍，降低了从布风板进入炉膛内的一次流化风量，降低火焰中心，影响炉内流化效果和物料在炉膛内的充满度，严重影响锅炉安全运行，对于循环流化床锅炉而言，保证流化风量是锅炉的基础。在锅炉设计风量配比表中，显而易见本文所指问题，且在实际运行当中，播煤风已经远远
超出设计风量，对锅炉运行流化风带来一定危害。如表一所示为锅炉一次风风量配比表:
3 建议优化改造
基于上述情况，结合燃烧调整精细化需要，为后续锅炉安全、经济、高效运行，达到节能减排目标，提出以下优化改造方案。
3.1加装夹套管冷却风控制门
每台锅炉均有两组夹套风管，各加装2个冷却风控制阀门，每个夹套风管加装一个内径φ133mm蝶阀，用来实现精细化调节目的。根据锅炉取样（灰渣含碳量和飞灰含碳量）、煤质变化、床温变化情况，视锅炉燃烧情况进行有效调节，确保锅炉安全经济的长期运行。如图四所示。
图四 蝶阀安装位置示例图
3.2改装播煤风控制门
每台炉的均有两组播煤风管，将目前内径为φ300mm播煤风管进行技术性收缩，改造为φ133mm的管径，如图五所示。实现小风量、大风压、高流速，与燃煤充分混合高速喷吹进入炉膛内，达到在调整播煤风时，对一次流化风量的减弱影响，从而实现精细化调节需求。
图五 蝶阀改装后
4 实现的效果
通过加装夹套管冷却风管控制阀门和改造播煤风管管径，实现以下燃烧调整优化的目的：
1、播煤夹套风管加装φ133mm蝶阀控制，可实现根据锅炉负荷的大小进行控制不必要的一次风损失，从而实现锅炉精细化调整的目的。
2、播煤风管技术性改造进行收缩，将φ300mm蝶阀更换为φ133mm蝶阀后，可在实现燃烧精细化以及多元化调整方式上增加两种调整方式。
3、当锅炉出现床温偏高或者偏低时，分别经过从改变物料循环量，流化风量，床层高低方面进行调整后，仍无法满足调整需求后，就可从播煤夹套管风门以及播煤风门入手。以改变入炉煤的落点来进行调整，这时就需要对播煤夹套管风量进行调节，以达到改变入炉煤落点的目的。使煤的燃烧过程提供可控条件，最终达到对床温的调控。从而以此实现炉膛燃烧最佳状态，达到节能降排目标。
参考文献
[1] 循环流化床锅炉设备与运行.中国电力出版社.2019年版
[2] 朱皑强 苪新红 《循环流化床锅炉设备及系统》 中国电力出版社 2008.06
[3] 循环流化床锅炉实用培训教材.中国电力出版社
