循环流化床锅炉与热电联产电厂效率提升

循环流化床锅炉与热电联产电厂效率提升

陆冠霖

江苏华美热电有限公司   江苏徐州   221000

摘要：热电联产（Combined Heatand Power ,CHP）是一种高效的能源利用方式，通过同时生产电能和热能，可以显著提高能源的综合利用率。CFB锅炉以其燃料适应性强、燃烧效率高、污染物排放低等特点，在热电联产领域得到了广泛应用。研究CFB锅炉的性能优化与效率提升，对于促进热电联产电厂的节能减排和经济效益具有重要意义。鉴于此，本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：循环流化床；锅炉；热电联产电厂

引言

随着能源需求的持续增长和环境问题的日益严峻，提高能源利用效率成为热电联产电厂面临的重要课题。循环流化床锅炉在热电联产领域有着广泛应用，其独特的技术优势为电厂效率提升提供了机遇。深入研究循环流化床锅炉在热电联产电厂中的运行特性和效率提升策略，对于实现节能减排、提高经济效益具有重要意义。

一、环流化床锅炉的工作原理

循环流化床锅炉基于流态化原理，将固体燃料（如煤）在流化风的作用下处于流化状态。燃料在床内与空气充分混合并燃烧，产生的高温烟气携带部分固体颗粒离开燃烧室，经过气固分离装置后，分离出的固体颗粒通过回料装置返回燃烧室继续参与燃烧过程。这种循环燃烧方式使得燃料能够充分燃烧，提高了燃烧效率。

二、基于循环流化床锅炉的热电联产电厂效率提升策略

（一）锅炉运行优化

1.燃料管理与预处理

对燃料进行精细筛选和预处理，保证燃料粒度符合循环流化床锅炉的要求。同时，根据燃料的特性调整燃烧参数，如对于高水分燃料，适当提高流化风速和燃烧温度，以保证充分燃烧。

2.燃烧调整与监控

通过安装先进的燃烧监测设备，实时监测炉膛内的温度分布、氧量、一氧化碳（CO）浓度等参数，及时调整流化风速、给料量和一次风、二次风的比例，优化燃烧过程，提高燃烧效率。

3.受热面维护与优化

定期清理受热面的积灰和结渣，提高传热效率。同时，可以对受热面的布置进行优化，如增加省煤器的受热面积，降低排烟温度，减少排烟热损失。采用防磨措施，延长受热面的使用寿命，确保锅炉长期稳定高效运行。

（二）汽轮机改进与优化

1.蒸汽参数优化

通过改进锅炉的蒸汽发生系统或采用蒸汽参数提升技术，如提高过热器的出口温度和压力，确保汽轮机入口蒸汽参数达到设计最佳值，提高汽轮机的做功能力。

2.汽轮机通流部分改造

对汽轮机的通流部分进行现代化改造，采用新型高效叶片，优化通流部分的几何形状，减少蒸汽流动损失，提高汽轮机内效率。同时，加强汽轮机的维护和检修，保证其处于良好的运行状态。

3.冷端系统优化

定期对凝汽器进行清洗，去除水垢和杂物，提高凝汽器的传热性能，维持较高的真空度。优化冷却塔的运行，保证冷却水量和水温满足要求，降低汽轮机的排汽压力，提高发电效率。

（三）供热系统优化

1.热网改造与保温升级

对老旧热网进行改造，更换高性能的保温材料，减少热网热损失。合理规划热网管径和布局，降低热网阻力，提高供热效率。

2.热负荷与发电负荷协调控制

建立先进的热负荷和发电负荷协调控制系统，根据热用户的需求和电网的调度要求，动态调整热电联产机组的运行参数，实现热负荷和发电负荷的最佳匹配，提高能源利用效率。

三、案例分析

（一）某热电联产电厂基本情况

某热电联产电厂装机容量300MW、供热面积500万平方米。但运行中问题突出，能效检测显示，锅炉热效率仅85%左右，因燃烧不充分、受热面传热问题导致，低于先进水平。汽轮机发电效率约38%，受蒸汽参数、蒸汽流动损失和冷端系统影响。供热系统热损失达15%，因老旧热网保温差、负荷匹配不合理，制约能源利用效率和经济效益，有负面环境影响。

（二）效率提升措施实施情况

1.锅炉方面

燃料管理方面，引入了先进的燃料筛选设备，对燃料进行了更严格的粒度筛选和预处理。将燃料粒度控制在0.1-10mm的理想范围内，其中0-5mm的细颗粒占比从原来的30%提高到了50%，有效改善了燃料在流化床内的流化质量。同时，根据燃料的工业分析数据，针对不同批次的燃料特性，制定了详细的燃烧参数调整方案。

安装了高精度的燃烧监测系统，该系统包含20个温度传感器、15个氧量探测器和10个一氧化碳（CO）浓度监测仪，能够实时、全面地监测炉膛内各个关键位置的温度分布、氧量以及CO浓度等参数。运行人员依据这些实时数据，每15分钟对流化风速、给料量和一次风、二次风的比例进行一次调整，确保燃烧过程始终处于最佳状态。

在受热面维护方面，制定了更为严格的清理计划，将受热面的清理周期从原来的每季度一次缩短至每月一次。同时，采用了先进的高压水射流清洗技术和声波除灰设备，有效清除了受热面上顽固的积灰和结渣。

2.汽轮机方面

对汽轮机通流部分进行了全面改造，采用了新型高效的三维弯扭叶片，这种叶片能够有效减少蒸汽在流动过程中的二次流损失。同时，对通流部分的几何形状进行了优化，使得蒸汽在汽轮机内的流动更加顺畅。通过这些改造，汽轮机的级效率平均提高了5%左右。此外，对蒸汽参数进行了优化调整，将过热蒸汽压力从12.5MPa提高到13.5MPa，温度从535℃提高到545℃。

在冷端系统管理方面，加强了凝汽器的维护。每月定期对凝汽器进行化学清洗，每次清洗后，凝汽器的传热系数提高了15%。同时，对冷却塔的运行进行了优化，通过调整冷却塔的风机转速和淋水密度，使冷却水温度降低了3℃，有效降低了汽轮机的排汽压力，从原来的7kPa降低至5kPa。

3.供热系统方面

针对部分老旧热网，投资500万元进行了大规模改造。更换了热网管道的保温材料，采用了新型的纳米气凝胶毡保温材料，其导热系数相较于原来的岩棉保温材料降低了60%。同时，对管径进行了合理优化，根据不同供热区域的热负荷需求，将部分管径从DN300扩大到DN400，减少了热网阻力。

采用了智能热网控制系统，该系统通过在热网各个关键节点安装100个温度传感器、50个压力传感器和30个流量传感器，实时采集热网运行数据。基于先进的控制算法，实现了热负荷和发电负荷的动态协调控制，使热负荷与发电负荷的匹配精度从原来的±10%提高到了±5%。

（三）实施效果

经过这一系列效率提升措施的精心实施，该热电联产电厂取得了令人瞩目的成绩。锅炉热效率从原来的85%提高到了92%，这意味着在相同的燃料输入下，锅炉能够产生更多的有效热量。汽轮机发电效率从38%提高到了43%，显著增加了发电量。供热系统热损失从15%降低至8%，大大提高了供热效率。通过这些改进，电厂的整体能源利用效率从原来的55%提升至68%，实现了质的飞跃。同时，由于燃烧更加充分和高效，污染物排放也大幅减少，二氧化硫（SO₂）排放量降低了30%，氮氧化物（NOx）排放量降低了25%。这些成果不仅带来了良好的经济效益，每年节约燃料成本约800万元，增加发电收益约500万元，同时也为环境保护做出了积极贡献，提升了电厂在当地的社会形象和可持续发展能力。

结束语

综上所述，循环流化床锅炉在热电联产电厂中具有重要地位，通过对锅炉运行、汽轮机和供热系统等方面的优化，可以有效提升热电联产电厂的效率。这不仅有助于降低能源消耗、减少环境污染，还能提高电厂的经济效益和市场竞争力。随着技术的不断发展，未来还应进一步探索新的效率提升方法和技术，推动热电联产行业的可持续发展。

参考文献

[1]孙庆刚,蒋东伟.300MW循环流化床热电联产机组深度调峰分析[J].山东电力高等专科学校学报.2024(02):19-22

[2]谈紫星,李诣烽.燃煤机组深度调峰技术的运用探讨[J].内蒙古煤炭经济,2023(21):171-173