300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)安全控制

高利智

（大同電力高級(jí)技工學(xué)校，山西 大同 037039）

300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)安全控制

高利智

（大同電力高級(jí)技工學(xué)校，山西 大同 037039）

文章針對(duì)300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中易發(fā)生的點(diǎn)火爆燃和結(jié)焦事故，分析了事故發(fā)生原因，從而制定出相應(yīng)的預(yù)防措施，完善熱控保護(hù)邏輯、完善運(yùn)行啟動(dòng)控制和管理、完善點(diǎn)火相關(guān)設(shè)備，以達(dá)到提高鍋爐啟動(dòng)安全性的目的。

300 MW循環(huán)流化床鍋爐；啟動(dòng)；爆燃；結(jié)焦；安全控制

秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司5、6號(hào)機(jī)組采用東方鍋爐股份有限公司與法國(guó)ALSTOM公司合作設(shè)計(jì)的300 MW亞臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐，型號(hào)為DG1025/17.4-II1，是國(guó)內(nèi)首批投運(yùn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐。

循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)，就是通過(guò)外部熱源使最初加入床層上的物料溫度提高到煤著火所需的最低水平上，從而使投入的煤迅速著火，并自動(dòng)保持床層溫度在煤著火溫度的水平之上，實(shí)現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)主流循環(huán)流化床鍋爐，包括300 MW循環(huán)流化床鍋爐，大多配置床下風(fēng)道燃燒器和床上油槍，采用聯(lián)合啟動(dòng)的形式。啟動(dòng)時(shí)，先使用風(fēng)道燃燒器加熱一次風(fēng)，將流化的床料加熱到500℃以上，投入床上油槍，繼續(xù)升溫至600℃，然后投入給煤機(jī)運(yùn)行，逐漸提高床溫、減少油量，直至停止所有油槍。

循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)控制存在諸多不夠完善、不夠成熟之處，啟動(dòng)事故是循環(huán)流化床鍋爐多發(fā)事故，因此，認(rèn)真研究循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)規(guī)律，制定科學(xué)、合理的啟動(dòng)控制方案，實(shí)現(xiàn)安全啟動(dòng)對(duì)安全生產(chǎn)、提高機(jī)組運(yùn)行效率、發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢(shì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)狀分析

目前，國(guó)內(nèi)還沒有制定出循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行規(guī)定，實(shí)際運(yùn)行存在很多安全隱患，如過(guò)分降低投煤溫度、冷爐啟動(dòng)前添加引燃煤等不規(guī)范操作，都會(huì)導(dǎo)致不安全現(xiàn)象乃至事故的發(fā)生。

2006年12月，江西某電廠200 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生尾部煙道爆燃事故，造成省煤器、空預(yù)器大面積損壞。2007年5月，本公司6號(hào)鍋爐啟動(dòng)前因風(fēng)道燃燒器進(jìn)油速斷閥泄漏致使點(diǎn)火風(fēng)道大量存油，幸虧及時(shí)發(fā)現(xiàn)，未釀成重大事故；2007年8月，云南某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中因床壓低、床溫過(guò)高發(fā)生爐膛、分離器嚴(yán)重結(jié)焦事故。

2 啟動(dòng)過(guò)程中的易發(fā)事故

循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火燃燒器多使用油、天然氣、液化石油氣，特別是風(fēng)道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃?xì)怏w不易擴(kuò)散，在鍋爐點(diǎn)火時(shí)易發(fā)生爆燃事故。

鍋爐初始投煤時(shí)，可能會(huì)由于床溫過(guò)低，燃煤進(jìn)入后不能著火，導(dǎo)致燃煤聚集，等床溫升至著火溫度以上時(shí)，突然被引燃，造成床溫急劇升高并超限，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致爐膛結(jié)焦；或是因床料流化不良，床層局部超溫導(dǎo)致結(jié)焦事故。

3 啟動(dòng)事故發(fā)生的原因

3.1 點(diǎn)火爆燃事故

爐膛發(fā)生爆燃的根本原因是：在爐膛的有限空間內(nèi)或鍋爐通道、煙囪道及輸送煙氣至煙囪的風(fēng)機(jī)內(nèi)，積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。

爆燃事故發(fā)生的根源在于可燃物的聚集，通過(guò)分析點(diǎn)火爆燃事故產(chǎn)生的原因及條件，可以歸納出以下幾種情況容易發(fā)生爆燃事故：①輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過(guò)火花或其他的點(diǎn)火源點(diǎn)燃累積的可燃物；②重復(fù)多次未能點(diǎn)燃輔助燃料，而又不進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇祾撸瑢?dǎo)致易爆炸混合物的累積；③爐膛瞬間熄火，經(jīng)恢復(fù)并延時(shí)后，聚積的可燃物被重新引燃；④爐膛流化風(fēng)量不足，存在可燃物質(zhì)易于積累的死區(qū)，造成不完全燃燒和可燃物的積累。

3.2 啟動(dòng)結(jié)焦事故

結(jié)焦事故是一種常見燃燒事故，無(wú)論點(diǎn)火或正常運(yùn)行中都可能發(fā)生，原因也有多種。結(jié)焦的直接原因是局部或整體溫度超出灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度。結(jié)焦可分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種。

當(dāng)床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的結(jié)焦叫低溫結(jié)焦，流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。

高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時(shí)所形成的結(jié)焦現(xiàn)象，超溫是高溫結(jié)焦的根本原因。

啟動(dòng)結(jié)焦事故發(fā)生的根源在于流化不良和床層超溫，通過(guò)分析結(jié)焦事故產(chǎn)生的原因及條件，可以歸納出以下幾種容易結(jié)焦的工況：①點(diǎn)火或低負(fù)荷時(shí)由于風(fēng)量低、床層流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。②布風(fēng)系統(tǒng)制造、安裝及檢修質(zhì)量不好，或風(fēng)帽堵塞，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。③啟動(dòng)床料或入爐煤粒度過(guò)大，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。④投煤時(shí)，床溫偏低，入爐煤未及時(shí)著火燃燒，導(dǎo)致可燃物聚集，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高，易發(fā)生高溫結(jié)焦。⑤啟動(dòng)床料中可燃物超標(biāo)，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高、失控，易發(fā)生高溫結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)可能造成結(jié)焦。

本公司5號(hào)機(jī)組2006年9月啟動(dòng)時(shí)，使用給煤機(jī)往爐膛加床料，煤倉(cāng)中剩余少量積煤也一起進(jìn)入爐膛，啟動(dòng)4 h后，當(dāng)爐膛床溫接近530℃時(shí)，急劇升高，經(jīng)快速停油、加風(fēng)才得到控制，床溫最高至900℃。見圖1。

4 啟動(dòng)安全控制措施

圖1 啟動(dòng)床料可燃物超標(biāo)床溫曲線

4.1 點(diǎn)火爆燃事故防范措施

爐膛爆燃一般是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。

預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火爆燃事故的關(guān)鍵是制定合理的安全啟動(dòng)程序，完善點(diǎn)火設(shè)備試運(yùn)程序、完善熱控邏輯保護(hù)，根據(jù)點(diǎn)火爆燃事故發(fā)生的不同情況和原因制定出以下防范措施，在遇到緊急情況時(shí)及時(shí)果斷處理。

4.1.1 完善熱控邏輯保護(hù)

4.1.1.1 完善爐膛吹掃邏輯

循環(huán)流化床鍋爐與煤粉鍋爐不同，鍋爐點(diǎn)火前吹掃區(qū)域包括爐膛、外置床和點(diǎn)火風(fēng)道，按ALSTOM公司原邏輯，只要“入爐風(fēng)量大于30%設(shè)計(jì)總風(fēng)量”即可進(jìn)行吹掃計(jì)時(shí)，但由于入爐一、二次風(fēng)的作用是不一樣的，本公司根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)吹掃邏輯作了更改：吹掃條件改為“一次風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量且總風(fēng)量大于30%設(shè)計(jì)總風(fēng)量”；增加“吹掃進(jìn)行中一、二次風(fēng)量擋板禁止手動(dòng)操作”邏輯；取消“強(qiáng)制吹掃結(jié)束”按鈕。確保吹掃進(jìn)行并達(dá)到置換氣體，防止點(diǎn)火爆燃的目的。

4.1.1.2 完善床上油槍、給煤線啟動(dòng)允許、跳閘保護(hù)邏輯

床上油槍沒有點(diǎn)火裝置，投入后依靠床料及熱風(fēng)加熱至著火溫度，因此床上油前“進(jìn)油速斷閥開信號(hào)”，在速斷閥故障或檢修時(shí)，不能正確反應(yīng)風(fēng)道燃燒器狀態(tài)，更改“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且檢測(cè)到火焰”，更可靠地保證了床上油槍安全運(yùn)行。

同樣，給煤線啟動(dòng)允許及跳閘保護(hù)邏輯取自爐膛床溫和床上油槍運(yùn)行情況。床上油槍運(yùn)行信號(hào)由“進(jìn)油速斷閥開”更改為“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且油槍推進(jìn)到位”。

4.1.1.3 完善油槍油壓、霧化蒸氣壓力高、低跳閘保護(hù)邏輯

本公司風(fēng)道燃燒器和床上油槍由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏合理性，燃油、霧化蒸氣壓力自動(dòng)長(zhǎng)期不能投入，油槍投停時(shí)，壓力波動(dòng)幅度很大，油槍越少，波動(dòng)幅度越大，經(jīng)常達(dá)到保護(hù)定值，自機(jī)組調(diào)試至投產(chǎn)，壓力保護(hù)一直未投入。

為此，增加了保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)，對(duì)于每條燃油管道（共4條）投入第一支油槍時(shí)，保護(hù)延時(shí)10 s動(dòng)作，其余時(shí)間保護(hù)延時(shí)5 s動(dòng)作。更改后，既達(dá)到了投入保護(hù)目的，又避免了保護(hù)在油槍投停時(shí)頻繁動(dòng)作。

4.1.1.4 油槍吹掃控制

原邏輯油槍為手動(dòng)吹掃，且OFT動(dòng)作后仍能執(zhí)行吹掃。手動(dòng)吹掃取決于運(yùn)轉(zhuǎn)員的操作，不能保證油槍每次使用后都能吹掃，所以增加了“油槍停運(yùn)或跳閘后自動(dòng)吹掃”邏輯；MFT動(dòng)作后油槍吹掃會(huì)在滅火后仍然向爐膛送入燃料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復(fù)歸”。

4.1.1.5 完善MFT，OFT保護(hù)動(dòng)作出口

按原邏輯，MFT，OFT動(dòng)作后，聯(lián)鎖關(guān)閉所有油槍速斷閥、霧化閥，退油槍、點(diǎn)火槍，但風(fēng)道、床上燃油供油母管速斷閥不聯(lián)鎖關(guān)閉，回油電動(dòng)門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態(tài)，在進(jìn)油速斷閥故障時(shí)，不能及時(shí)切斷燃料，造成事故隱患。

為此，增加了MFT，OFT動(dòng)作聯(lián)鎖關(guān)閉風(fēng)道及床上燃油供油母管速斷閥，開啟回油電動(dòng)門聯(lián)鎖，確保了滅火保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

4.1.2 完善點(diǎn)火設(shè)備及試運(yùn)程序

鍋爐點(diǎn)火設(shè)備包括風(fēng)道燃燒器和床上油槍，風(fēng)道燃燒器帶點(diǎn)火及火焰監(jiān)測(cè)裝置，存在進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏、火焰監(jiān)測(cè)裝置“偷火”安全隱患。其解決措施如下：

（1）進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏。解決進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏的問題，從3方面入手：首先，提高檢修工藝水平，建立健全檢修文件包制度，嚴(yán)把檢修質(zhì)量和驗(yàn)收關(guān)口；其次，每次油槍檢修后必須進(jìn)行充油試驗(yàn)，驗(yàn)證進(jìn)油速斷閥嚴(yán)密性；再次，提高各燃油流量計(jì)測(cè)量精度，安裝小量程油壓表，發(fā)生泄漏時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，避免事故發(fā)生。

（2）火焰監(jiān)測(cè)裝置“偷火”。300 MW循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道各配置兩只風(fēng)道燃燒器，相距3 m左右，因風(fēng)道體積小，任意一只著火時(shí)，另一只的火焰監(jiān)測(cè)裝置也檢測(cè)到火焰，這就是風(fēng)道燃燒器火焰監(jiān)測(cè)裝置“偷火”現(xiàn)象。

針對(duì)這一問題，本公司調(diào)整了火檢探頭的角度、位置和檢測(cè)強(qiáng)度，保證了火焰監(jiān)測(cè)裝置和滅火保護(hù)的可靠性。另外，計(jì)劃增設(shè)風(fēng)道燃燒器火焰電視，監(jiān)視其燃燒情況，避免火檢故障或油槍霧化不良導(dǎo)致事故發(fā)生。

4.1.3 制定安全啟動(dòng)相關(guān)規(guī)定

（1）制定相關(guān)反事故措施。制定反爆燃事故措施和啟動(dòng)操作票及啟動(dòng)注意事項(xiàng)，明確鍋爐點(diǎn)火操作程序及禁止退出的保護(hù)。

（2）建立保護(hù)投退管理制度。建立了一整套保護(hù)投退規(guī)定，保護(hù)投退必須由單元長(zhǎng)同意，并在《保護(hù)登記本》記錄保護(hù)名稱、批準(zhǔn)人、執(zhí)行人、投退時(shí)間等信息，主保護(hù)投退經(jīng)總工批準(zhǔn)，保護(hù)投退執(zhí)行《保護(hù)投退卡》。每次機(jī)組啟動(dòng)前，由熱工、運(yùn)行指定有經(jīng)驗(yàn)人員全面復(fù)核保護(hù)投退情況，啟動(dòng)前投入所有保護(hù)。

（3）邏輯保護(hù)傳動(dòng)規(guī)定。嚴(yán)格執(zhí)行邏輯保護(hù)傳動(dòng)規(guī)定，按停機(jī)時(shí)間及檢修項(xiàng)目確定保護(hù)傳動(dòng)項(xiàng)目，堅(jiān)持保護(hù)實(shí)傳，確保保護(hù)正確動(dòng)作。

4.2 啟動(dòng)結(jié)焦事故防范措施

通過(guò)分析鍋爐啟動(dòng)結(jié)焦事故的工況和原因，可得出預(yù)防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床層超溫等情況的發(fā)生。

4.2.1 保證流化質(zhì)量

流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。預(yù)防結(jié)焦事故，保證流化質(zhì)量是關(guān)鍵。

（1）合理配置鍋爐啟動(dòng)床料至關(guān)重要，啟動(dòng)床料應(yīng)全部進(jìn)行篩選，保證粒度合格，滿足粒度級(jí)配要求。啟動(dòng)床料顆粒太粗，可能導(dǎo)致流化不良事故發(fā)生，而確保流化正常就需要較大的風(fēng)量，這樣更多的點(diǎn)火熱量會(huì)被風(fēng)帶走，使床料升溫困難，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；啟動(dòng)床料顆粒太細(xì)，大量的細(xì)小顆粒在啟動(dòng)中會(huì)被煙氣帶走，床料損失快，使料層減薄造成局部吹機(jī)穿，點(diǎn)火過(guò)程控制困難，易造成結(jié)焦。

試驗(yàn)表明粒度為0～13 mm的床料最低流化風(fēng)量是0～8 mm床料的2倍，但實(shí)際應(yīng)用中一般要求在6 mm以下。同時(shí)，底料中大小顆粒的分布要適當(dāng)，既要有小顆粒作為初期的傳熱源，又要有大顆粒作為后期維持床溫之用。但大顆粒的比例超過(guò)10%時(shí)將不利于初期點(diǎn)火，且容易出現(xiàn)床內(nèi)結(jié)焦。

為達(dá)到所需床料顆粒粒度需求，公司做了多次篩分試驗(yàn)和啟動(dòng)試驗(yàn)，確定啟動(dòng)床料粒徑dmax=6 mm，d50=1.3 mm為最佳。實(shí)際篩選時(shí)，采用10 mm孔徑的篩子按45°擺放，篩分后的床料再使用1.5 mm孔徑的篩子篩分，篩上部分為啟動(dòng)床料。圖2為原設(shè)計(jì)和實(shí)際采用的啟動(dòng)床料粒度分布對(duì)比圖。

圖2 啟動(dòng)床料控制對(duì)比

圖3 料層阻力曲線

（2）每次啟動(dòng)前進(jìn)行布風(fēng)均勻性和臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)，避免布風(fēng)裝置導(dǎo)致流化不良，確保風(fēng)量測(cè)量裝置準(zhǔn)確，運(yùn)行風(fēng)量大于臨界流化風(fēng)量。圖3是本公司6號(hào)鍋爐2007年3月在料層厚度分別為1 000 mm和1 200 mm時(shí)，最小流化風(fēng)量試驗(yàn)曲線，從中可得出6號(hào)鍋爐最小流化風(fēng)量為80 km3/h。

（3）增加了“任意側(cè)一次風(fēng)量低油槍跳閘”保護(hù)，保證啟動(dòng)過(guò)程中風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量。

（4）控制入爐煤粒度，確保無(wú)大顆粒進(jìn)入爐膛，滿足入爐煤粒度級(jí)配要求。

通過(guò)摸索和試驗(yàn)，確立包括來(lái)煤控制、初選控制、細(xì)碎間隙控制、入爐煤粒度篩分制度、細(xì)碎定期調(diào)整等一整套措施，解決了入爐煤粒度控制問題。另外，每次停爐后置換合格床料也是控制床料粒度重要的手段。圖4為本公司入爐煤粒度篩分曲線。4.2.2 避免升溫過(guò)程中爆燃引起超溫

（1）嚴(yán)格控制投入床上油槍和投煤的溫度條件，禁止解除相關(guān)保護(hù)。為節(jié)約啟動(dòng)燃油、加快啟動(dòng)速度，降低投煤溫度是提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效手段，也是一種趨勢(shì)。但某些電廠存在盲目降低投煤溫度的行為，結(jié)果導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)焦事故的發(fā)生。

因此，降低投煤溫度、提高經(jīng)濟(jì)性必須綜合考慮煤質(zhì)情況，必須建立在多次試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，確保入爐煤立即著火，防止可燃物聚集引起爆燃結(jié)焦事故。

圖4 入爐煤粒度篩分曲線

圖5 投煤床溫變化趨勢(shì)圖

按法國(guó)ALSTOM公司設(shè)計(jì)，本公司投煤為600℃，而燃煤揮發(fā)分較高，一般在27%左右，存在降低投煤溫度的可能性。

為此，本公司一方面在西安熱工院進(jìn)行了試燒試驗(yàn)，著火溫度為486℃；另一方面，多次利用啟動(dòng)時(shí)機(jī)，逐步試驗(yàn)降低投煤溫度，試驗(yàn)證明，當(dāng)爐膛中部床溫高于510℃時(shí)，燃煤入爐后1.5min內(nèi)氧量開始下降，3 min床溫開始上升，證明煤已著火。圖5為不同床溫投煤試驗(yàn)曲線。

出于煤質(zhì)波動(dòng)因素并保留一定安全度的考慮，本公司將投煤更改為540℃，既提高了啟動(dòng)經(jīng)濟(jì)性，又保證了啟動(dòng)安全。

（2）每次啟動(dòng)前取樣測(cè)定床料中可燃物含量，嚴(yán)格控制啟動(dòng)床料中可燃物比例不超過(guò)1%，否則必須置換床料。

（3）初次投煤應(yīng)采取間斷給煤方式，根據(jù)氧量、床溫變化判斷著火情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

本公司5號(hào)鍋爐2006年11月投產(chǎn)，6號(hào)鍋爐2007年3月投產(chǎn)，至今共計(jì)經(jīng)歷13次啟動(dòng)，各種啟動(dòng)安全措施的有效實(shí)施，未發(fā)生一起安全事故，確保了鍋爐的啟動(dòng)安全。

在電網(wǎng)負(fù)荷緊張的供電形式下，本公司5、6號(hào)機(jī)組的每次安全啟動(dòng)、按時(shí)并網(wǎng)發(fā)電、穩(wěn)定運(yùn)行不僅有效保證了電網(wǎng)安全和正常供電，而且也為300 MW循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)安全提供了很好的解決方案，成為300 MW循環(huán)流化床鍋爐安全啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行的范例，促進(jìn)了環(huán)保型大容量機(jī)組在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。

The 300 MW Circulation Fluid Bed Boiler Starts the Safety Control

Gao Lizhi

This article ignition conflagration which and coking accident easy to occur in view of the 300 MW circulation fluid bed boiler startup procedure，analyzed the accident to have the reason exhaustively，thus drew up the corresponding preventive measure，perfect hot working interconnection protection logic，consummated the movement start to control and to manage，consummates the ignition related equipment，achieved enhances the boiler to start the secure goal.

300 MW circulation fluid bed boiler；start；conflagration；coking；safety control

TK229.6

A

1000-8136(2011)08-0025-04