300MW 循環(huán)流化床鍋爐床溫控制策略

樊睿源，惠建峰

( 北方聯(lián)合電力公司蒙西發(fā)電廠(chǎng)，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

蒙西發(fā)電廠(chǎng)2 ×300MW CFB 機(jī)組，于2008年1月1月投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。該鍋爐為法國(guó)ALSTOM 公司技術(shù)，由上海鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)和制造的1 025 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐，系亞臨界、一次中間再熱、單鍋筒自然循環(huán)、平衡通風(fēng)循環(huán)流化床鍋爐。與440 t/h 循環(huán)流化床鍋爐相比，高溫物料循環(huán)回路中增加了4 個(gè)外置式換熱器，將部分蒸汽受熱面置于其中。為了促使風(fēng)煤更好的混合，爐膛底部采用了分叉腿結(jié)構(gòu)。由此，該鍋爐在床溫控制上與煤粉爐及小容量循環(huán)流化床鍋爐不同。本文通過(guò)分析和總結(jié)影響該鍋爐床溫的主要因素，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，提出了啟爐過(guò)程和正常運(yùn)行中床溫控制的一些方法，以及床溫異常時(shí)的一些解決辦法。

1 蒙西發(fā)電廠(chǎng)300MW 循環(huán)流化床鍋爐構(gòu)造

CFB 鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式，是一種介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式［1］。上海鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)和制造的1 025 t/h 的循環(huán)流化床鍋爐由爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構(gòu)成了循環(huán)流化床鍋爐的核心部分—物料熱循環(huán)回路。爐膛下部呈褲衩腿結(jié)構(gòu)，在爐膛上部左右兩側(cè)各布置有兩個(gè)高溫絕熱旋風(fēng)分離器。每個(gè)分離器回料腿下布置一個(gè)回料閥和一個(gè)外置式換熱器，每個(gè)回料閥一側(cè)與爐膛相連，另一側(cè)與一個(gè)外置式換熱器相連。分離器分離下來(lái)的高溫物料，進(jìn)入回料閥后，一部分直接返送回爐膛，另一部分進(jìn)入外置式換熱器，再分別以高溫和低溫物料的狀態(tài)返回爐膛。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)的物料主要由床料、給煤、給煤中的灰、未反應(yīng)的石灰石、石灰石脫硫反應(yīng)產(chǎn)物等構(gòu)成。這些物料在從布風(fēng)板下送入的一次風(fēng)和從布風(fēng)板上送入的二次風(fēng)的作用下處于流化狀態(tài)。在爐膛的不同高度上，較粗的固體顆粒將沿著爐膛邊壁下落，形成物料的內(nèi)循環(huán);較細(xì)的固體顆粒被煙氣夾帶進(jìn)入高溫絕熱旋風(fēng)分離器，進(jìn)行氣固兩相分離，絕大部分顆粒被分離下來(lái)，一部分通過(guò)回料閥直接返回爐膛，另一部分通過(guò)外置式換熱器再返送爐膛，形成物料的外循環(huán)。蒙西發(fā)電廠(chǎng)300MW CFB 鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 300MW CFB 鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 運(yùn)行中影響床溫的主要因素

穩(wěn)定、合理的床溫是循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。300MW 循環(huán)流化床鍋爐較煤粉爐以及小容量循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)更為龐大，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，其床溫影響因素較多，故其床溫在調(diào)整和控制上比較復(fù)雜。

2.1 燃料的影響

該循環(huán)流化床鍋爐以0 ～13 mm 煤粒作為最終入爐燃料。在運(yùn)行過(guò)程中，入爐煤量、煤的發(fā)熱量、含硫量及灰分含量變化等因素均會(huì)對(duì)床溫造成影響。

1)入爐煤量或發(fā)熱量增大時(shí)進(jìn)入爐膛的總熱量增加將導(dǎo)致床溫升高。

2)燃煤含硫量增加時(shí)，由于循環(huán)流化床鍋爐是通過(guò)添加石灰石來(lái)脫硫，這就需要加入更多的石灰石，增加的石灰石不僅在被加熱的過(guò)程中吸收熱量使床溫降低，而且排出時(shí)亦帶走相當(dāng)一部分熱量。

3)當(dāng)燃煤灰分增加時(shí)，入爐總熱量降低，灰渣量增加，排渣熱損增加，床溫降低。

2.2 外置床返料量的影響

300MW 循環(huán)流化床鍋爐為了解決受熱面布置的問(wèn)題，在爐膛外部增設(shè)了四個(gè)外置床，用以布置中溫過(guò)熱器、高溫再熱器及低溫過(guò)熱器。由旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的物料在灰控閥的控制下經(jīng)由外置床與受熱面換熱后進(jìn)入爐膛?；铱亻y開(kāi)度越大，進(jìn)入?yún)⑴c換熱的物料就越多，換熱愈強(qiáng)，床溫降低就越多。

2.3 循環(huán)倍率的影響

物料循環(huán)量是循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)爐內(nèi)流體動(dòng)力特性，燃燒特性、傳熱特性及變工況運(yùn)行特性的影響很大，一般采用循環(huán)倍率加以定量表述［2］。物料循環(huán)量的大小直接影響鍋爐內(nèi)的熱量分配。由于循環(huán)流化床鍋爐床溫較低，所以物料或氣體與受熱面的輻射換熱份額降低，對(duì)流換熱在整個(gè)換熱過(guò)程中起主導(dǎo)作用，爐內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)隨著物料顆粒濃度的增加而增大，物料與水冷壁換熱隨之加強(qiáng)。也就是說(shuō)，當(dāng)循環(huán)倍率提高時(shí)，循環(huán)細(xì)顆粒對(duì)受熱面的傳熱量及從密相區(qū)帶走的熱量增加，使得整體床溫下降。

2.4 爐內(nèi)物料分布的影響

循環(huán)流化床鍋爐中，床層被人為地分成兩個(gè)區(qū)域，即下部的密相區(qū)和上部的稀相區(qū)［3］。二次風(fēng)口以下為密相區(qū)，以上為稀相區(qū)。一次風(fēng)經(jīng)布風(fēng)板垂直向上吹入爐膛，其主要任務(wù)是流化床層。二次風(fēng)從爐膛四周分層吹入，主要是補(bǔ)充氧氣，保證燃料充分燃燒。爐膛下部的密相區(qū)充滿(mǎn)了灼熱的物料，是一個(gè)穩(wěn)定的著火熱源，也是一個(gè)存儲(chǔ)熱量的熱庫(kù)。新的燃料及從高溫旋風(fēng)分離器收集的未燃盡的燃料被送入該區(qū)域，由一次風(fēng)將其與床料混合并流化。物料在一次風(fēng)的攜帶下從爐膛截面中心區(qū)域向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿截面貼近爐墻向下運(yùn)動(dòng)。較小的顆粒被攜帶至爐膛上部稀相區(qū)，較大的顆粒被留在密相區(qū)。當(dāng)增加一次風(fēng)量時(shí)，就會(huì)有更多的物料被帶到稀相區(qū)燃燒并參與熱量交換和質(zhì)量交換。由于密相區(qū)的物料量減少，且稀相區(qū)水冷壁沒(méi)有澆注料，換熱更強(qiáng)烈，爐膛下部床溫及整體床溫會(huì)降低。這也是一次風(fēng)量影響床溫的理論實(shí)質(zhì)。

2.5 過(guò)量空氣系數(shù)的影響

過(guò)量空氣系數(shù)增加，床內(nèi)含碳量會(huì)明顯下降，揚(yáng)析到過(guò)渡區(qū)的顆粒含碳量也會(huì)下降，因此在過(guò)渡區(qū)中燃燒量會(huì)下降。在稀相區(qū)的上部，過(guò)量空氣系數(shù)增加時(shí)氧氣濃度升高較多，雖然顆粒含碳量較低，但燃燒份額在稀相區(qū)上部仍會(huì)有所增加。在密相區(qū)中，顆粒含碳量更低，但氧氣濃度更高，一定程度上氧氣到達(dá)碳顆粒表面的機(jī)會(huì)要大，因此密相區(qū)中燃燒份額略有上升，故整體床溫會(huì)有所上升。但如果過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，會(huì)過(guò)度增加排煙熱損，從而使床溫降低。

2.6 床壓的影響

當(dāng)床壓升高時(shí)，床溫會(huì)降低。這是因?yàn)榇矇荷呙芟鄥^(qū)物料量增大，在入爐煤量不變的情況下密相區(qū)煤灰比下降，從而燃燒相對(duì)減弱導(dǎo)致床溫下降。

2.7 一二次風(fēng)配比的影響

改變一二次風(fēng)配比，直接影響到爐內(nèi)物料分布、排煙熱損等，故而引起床溫的變化。

3 床溫的調(diào)整與控制

明確影響床溫的根本因素后，我們可以通過(guò)一些具體的操控手段實(shí)現(xiàn)對(duì)床溫的調(diào)整與控制，使其保持在理想狀態(tài)。

3.1 啟爐過(guò)程中床溫的控制

在鍋爐啟動(dòng)初期，主要任務(wù)是逐漸提高床溫。由于爐內(nèi)澆注料及膨脹的要求，升溫速率是已定的，出于節(jié)能的考慮，在適當(dāng)減少爐內(nèi)總物料量的同時(shí)，一次風(fēng)量略高于臨界流化風(fēng)量即可，二次風(fēng)量則盡可能小，以二次風(fēng)管不返風(fēng)為準(zhǔn)。

當(dāng)床溫上升到300 ℃時(shí)，出于再熱蒸汽升溫需要，應(yīng)適當(dāng)提高一次風(fēng)量，增加蒸發(fā)量，以加速高再外置床暖床，且使得風(fēng)道燃燒器出力可進(jìn)一步增大，以保持床溫溫升速率正常。

當(dāng)床溫達(dá)到500 ℃時(shí)即可點(diǎn)動(dòng)投煤一次，在繼續(xù)升溫的過(guò)程中觀察氧量變化，當(dāng)氧量開(kāi)始明顯下降，床溫溫升速率加快時(shí)即可再次點(diǎn)動(dòng)投煤，直至建立連續(xù)給煤。與此同時(shí)，應(yīng)在保證床溫溫升速率正常情況下適度減小風(fēng)道燃燒器出力。

3.2 運(yùn)行中的床溫控制

1)合理配比一、二次風(fēng)量，保證床溫的均勻性。

2)風(fēng)是鍋爐燃燒的根本，是物料流化的載體，是煤燃燒的保證，故增減負(fù)荷時(shí)，為了床溫的穩(wěn)定，應(yīng)按照如下步驟操作:增負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)后加煤，減負(fù)荷時(shí)先減煤后減風(fēng)。

3)根據(jù)鍋爐負(fù)荷及電負(fù)荷合理配比煤量。

4)通過(guò)中過(guò)外置床灰控閥的開(kāi)度控制兩側(cè)床溫。增加灰控閥開(kāi)度，床溫降低，減小灰控閥開(kāi)度，床溫升高。

3.3 床溫異常情況下的控制

3.3.1 兩側(cè)床溫偏差大

上海鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)的300MW 循環(huán)流化床鍋爐下部采用分叉腿結(jié)構(gòu)，雖然采用對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，但在運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鍋爐兩側(cè)溫差大的現(xiàn)象。

1)調(diào)整爐膛兩側(cè)給煤量配比。增大床溫低一側(cè)給煤量或降低床溫高一側(cè)的給煤量。

2)調(diào)整爐膛兩側(cè)中過(guò)外置床灰控閥開(kāi)度。開(kāi)大床溫高一側(cè)的灰控閥開(kāi)度或減小床溫低一側(cè)灰控閥的開(kāi)度。

3)調(diào)整兩側(cè)床壓。降低床溫高一側(cè)冷渣器轉(zhuǎn)速或減小其下二次風(fēng)量，當(dāng)兩側(cè)床壓波動(dòng)大甚至翻床時(shí)應(yīng)通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)量以保持床壓、床溫均衡穩(wěn)定。

3.3.2 床溫上下偏差大

1)上部床溫遠(yuǎn)高于下部床溫。適當(dāng)降低下二次風(fēng)量和一次風(fēng)量，減少稀相區(qū)物料量。

2)上部床溫遠(yuǎn)低于下部床溫。適當(dāng)提高下二次風(fēng)量和一次風(fēng)量，使更多的燃料進(jìn)入稀相區(qū)燃燒。

3.3.3 床溫波動(dòng)大

當(dāng)爐膛內(nèi)部的燃燒或換熱狀態(tài)發(fā)生波動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)床溫的大幅波動(dòng)，只要控制好以下幾點(diǎn)就可以穩(wěn)定床溫。

1)保證兩側(cè)床壓均衡。

2)保證入爐風(fēng)量、風(fēng)壓的穩(wěn)定。

3)保證入爐煤量及石灰石量的穩(wěn)定。

4)保證爐膛負(fù)壓及氧量的穩(wěn)定。

5)保證床壓在設(shè)計(jì)范圍。

3.3.4 密相區(qū)結(jié)焦

密相區(qū)結(jié)焦后，由于內(nèi)部流化不良，整體床層不穩(wěn)定，極易在局部形成富氧燃燒區(qū)域，使得局部床溫迅速躥升，加重結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀床溫測(cè)點(diǎn)。此時(shí)，應(yīng)適當(dāng)保持高床壓，穩(wěn)定床溫，并通過(guò)加大一次風(fēng)量強(qiáng)化流化的方法，在防止進(jìn)一步結(jié)焦的同時(shí)盡快爐內(nèi)焦塊磨損殆盡。如果單側(cè)床溫迅速躥升，應(yīng)立即提高另一側(cè)一次風(fēng)量，從而通過(guò)迅速增加本側(cè)物料量的方法控制床溫，待床溫穩(wěn)定后再將兩側(cè)床壓調(diào)平。

3.3.5 單側(cè)給煤?jiǎn)适?/p>

此時(shí)應(yīng)迅速對(duì)給煤?jiǎn)适?cè)進(jìn)行如下操作: 盡快投入床槍?zhuān)诒ＷC不發(fā)生翻床的情況下適度降低這一側(cè)的一、二次風(fēng)量，停止該側(cè)石灰石投入，盡量關(guān)小中過(guò)灰控閥開(kāi)度。通過(guò)以上一系列操作可最大限度的保證給煤?jiǎn)适?cè)的床溫。然后根據(jù)主汽壓力降低電負(fù)荷。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)4年多的實(shí)踐，我們基本掌握了國(guó)產(chǎn)化300MW CFB 鍋爐床溫特性以及主要影響因素，并總結(jié)出了鍋爐啟動(dòng)、運(yùn)行階段及異常狀況時(shí)床溫的控制方法，為300MW 循環(huán)流化床鍋爐的長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。

［1］黨黎軍.循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)調(diào)試與安全運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2003.

［2］路春美，程世慶，王永征.循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行［M］. 北京:中國(guó)電力出版社，2003.

［3］張欒英，李建強(qiáng)，谷俊杰，等.100MW 循環(huán)流化床鍋爐床溫控制策略［J］. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，31(1):31 -33.