300 MW循環(huán)流化床鍋爐特殊工況下的調(diào)整與環(huán)境因素分析

(山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000)

0 引 言

作為新一代的潔凈煤燃燒技術(shù)，循環(huán)流化床(CFB)鍋爐燃燒技術(shù)已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。目前面臨越來越嚴(yán)峻的環(huán)境壓力，國家新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)于2014年7月1日即將開始執(zhí)行，針對引進(jìn)型技術(shù)的CFB鍋爐，并結(jié)合作者多年從事電廠運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，提出了300 MW循環(huán)流化床鍋爐特殊工況下的調(diào)整與環(huán)境質(zhì)量存在必然影響的觀點(diǎn)值得大家關(guān)注[1]。

1 鍋爐運(yùn)行方式及參數(shù)介紹

某廠300 MW CFB鍋爐為上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的循環(huán)流化床、中間再熱自然循環(huán)燃煤鍋爐。

鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量：1 060.6 t/h。

額定蒸發(fā)量：1 010.1 t/h。

過熱蒸汽壓力：17.5 MPa。

過熱蒸汽溫度：541 ℃。

低溫再熱蒸汽壓力：4.03 MPa。

低溫再熱蒸汽溫度：333 ℃。

高溫再熱蒸汽流量：870.5 t/h。

高溫再熱蒸汽壓力：3.824 MPa。

高溫再熱蒸汽溫度：541 ℃。

省煤器入口給水溫度：279 ℃。

鍋爐保證效率：91%。

空氣預(yù)熱器 ：四分倉回轉(zhuǎn)式。

爐膛熱循環(huán)回路由爐膛、四個(gè)偏心布置旋風(fēng)分離器、四個(gè)回料器、四個(gè)外置式換熱器組成。排渣系統(tǒng)采用滾筒冷渣器與風(fēng)水冷渣器聯(lián)合排渣的運(yùn)行方式，爐前為兩臺出力為25 t/h的滾筒冷渣器，爐后為兩臺出力為37 t/h的風(fēng)水冷渣器。鍋爐采用褲衩腿布置，帶四臺外置式換熱器。

2 燃料及給煤系統(tǒng)

設(shè)計(jì)煤種為洗中煤和煤矸石混燒，混燒比例為洗中煤：煤矸石為60∶40。校核煤種I為洗中煤與煤矸石混燒，混燒比例為洗中煤：煤矸石為50∶50.校核煤種II為洗中煤、煤矸石與煤泥3種燃料混燒，混燒比例為洗中煤：煤桿石：煤泥為30∶30∶40。煤質(zhì)資料見表1。

表1 煤質(zhì)分析表

3 協(xié)同脫硫、脫硝、除塵系統(tǒng)及運(yùn)行方式

這個(gè)廠煤源來自于附近露天煤礦的煤泥、洗中煤(煤矸石)。脫硫系統(tǒng)在原有爐內(nèi)脫硫和超前脫硫的基礎(chǔ)上，新增一套鍋爐尾部增濕活化系統(tǒng)，通過爐膛尾部噴氨水，以達(dá)到深度脫硫的效果，多個(gè)系統(tǒng)協(xié)同使用，極大的增加了鍋爐整體脫硫的可靠性，鍋爐出口二氧化硫濃度可控制在200 mg/m3以下，達(dá)到國家新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

為循環(huán)流化床低溫燃燒鍋爐，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，產(chǎn)生的NOx濃度較低，但應(yīng)燃燒工況不穩(wěn)定，可能造成NOx濃度間隙性超標(biāo)，該廠新增一套(SNCR)脫硝系統(tǒng)，NOx排放濃度可控制在200 mg/m3以下，達(dá)到國家新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在除塵方面，吸取國內(nèi)外先進(jìn)除塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用自主研發(fā)、知識產(chǎn)權(quán)專利技術(shù)的分室反吹布袋除塵，除塵器可在線更換布袋，同時(shí)灰?guī)旌褪沂瘋}頂部均安裝布袋除塵器[5]，鍋爐煙塵濃度可控制在30 mg/m3以下，達(dá)到國家新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在循環(huán)流化床鍋爐的低溫燃燒特性(一般在850～900 ℃之間)下[2]，三個(gè)系統(tǒng)協(xié)同作用，使得機(jī)組在安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)都能達(dá)到國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 鍋爐運(yùn)行中典型工況的調(diào)整措施及環(huán)境因素分析

這個(gè)廠300 MW CFB鍋爐于2009年8月投產(chǎn)，至今運(yùn)行將近六年時(shí)間，作者結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，就該電廠從基建時(shí)期到運(yùn)行穩(wěn)定期間的幾種典型工況進(jìn)行分析。

(1) 鍋爐發(fā)生翻床的調(diào)整及環(huán)境影響

由于鍋爐采用褲衩腿布置，由兩臺一次風(fēng)機(jī)來調(diào)整一次風(fēng)壓，由兩個(gè)熱一次風(fēng)擋板來控制進(jìn)入褲衩腿的一次風(fēng)量，使兩邊的床料量保持平衡[3]。

正常情況下，兩邊的床壓保持平衡，當(dāng)發(fā)生下現(xiàn)幾種情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致翻床：

①鍋爐返料不暢；②熱一次風(fēng)擋板發(fā)生卡澀；

當(dāng)發(fā)生上述兩種情況時(shí)，鍋爐會(huì)在幾秒內(nèi)快速發(fā)生翻床，如果調(diào)整不及時(shí)，爐內(nèi)工況大幅波動(dòng)，造成鍋爐大面積結(jié)焦，情況嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致鍋爐停運(yùn)，會(huì)使二氧化硫、NOx超標(biāo)。因此，針對這種可能的存在，運(yùn)行人員要加強(qiáng)監(jiān)視力度，一但發(fā)生翻床應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并快速調(diào)整。

鍋爐返料不暢導(dǎo)致翻床。首先將無床料一側(cè)的煤量減為零，防止煤進(jìn)入爐膛后在無床料的爐膛內(nèi)燃燒時(shí)發(fā)生結(jié)焦。其次要快速調(diào)整兩側(cè)的熱一次風(fēng)擋板，以調(diào)整兩側(cè)的熱一次風(fēng)量，使得被壓死一側(cè)的風(fēng)量迅速加大，盡快恢復(fù)流化。如果鍋爐還未恢復(fù)，進(jìn)一步加大兩臺一次風(fēng)機(jī)的出力，調(diào)整兩側(cè)的下二次風(fēng)擋板，注意防止保護(hù)動(dòng)作的同時(shí)，提高爐膛負(fù)壓。另一個(gè)操作盤要加大排渣出力，調(diào)整鍋爐水位，并分析發(fā)生翻床的原因。

熱一次風(fēng)擋板發(fā)生卡澀導(dǎo)致翻床。由于這個(gè)廠鍋爐采用封閉式布置，廠房內(nèi)環(huán)境溫度較高，熱一次風(fēng)擋板閥門電機(jī)布置在空預(yù)器附近，平常運(yùn)行溫度較高，調(diào)整頻繁，易發(fā)生卡澀。應(yīng)在DCS畫面開大關(guān)小，反復(fù)調(diào)整卡澀的熱一次風(fēng)擋板，使之恢復(fù)正常，并派人到就地觀察熱一次風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否有報(bào)警，及時(shí)復(fù)位報(bào)警。隨時(shí)準(zhǔn)備就地手搖擋板，并與運(yùn)行值長聯(lián)系，降低機(jī)組負(fù)荷。如圖所示，由于一側(cè)熱一次風(fēng)門卡澀，導(dǎo)致翻床的發(fā)生，在及時(shí)復(fù)位熱一次風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警后(由于該廠風(fēng)門采用進(jìn)口西門子執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在復(fù)位過程中需將風(fēng)門斷電幾分鐘，所以在曲線上風(fēng)門成虛線狀態(tài)時(shí)為斷電狀態(tài))，經(jīng)過調(diào)整使之恢復(fù)正常。

另外調(diào)整翻床的關(guān)鍵在于壓死的床層被吹起來時(shí)，要快速調(diào)整熱一次風(fēng)擋板，防止床料全部翻過另一側(cè)，這時(shí)要觀察床壓的變化速度及兩側(cè)一次風(fēng)量的變化，要超前調(diào)整，盡快恢復(fù)正常[4]。

上述過程必須經(jīng)過長時(shí)間的研究和運(yùn)行調(diào)整，才能在翻床發(fā)生時(shí)，將其影響減小到最低，防止事故擴(kuò)大化，并使得各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)控制在合格范圍內(nèi)。

2 啟爐過程中的運(yùn)行調(diào)整及環(huán)境影響

由于循環(huán)流化床床料多，澆注料布置廣泛，啟爐時(shí)要控制床溫溫升率，一般不超1 000 ℃/h，防止升溫過快，澆注料脫落，所以時(shí)間較長，這時(shí)床料由于流化后相互撞擊及磨損，形成的小顆粒床料會(huì)被抽走，造成床料的流失，床壓的降低，這時(shí)由于床溫還不高，還不能大量的投煤，等到達(dá)投煤溫度時(shí)，床壓會(huì)越來越低，加之投運(yùn)外置式換熱器，造成冷的循環(huán)灰進(jìn)入爐內(nèi)，造成床溫的波動(dòng)，如果控制不好，極易造成鍋爐結(jié)焦。在啟動(dòng)過程中，必須嚴(yán)格控制爐膛溫升率，因此在鍋爐烘爐期間爐膛溫度一直較低(低于600 ℃)，且O2濃度一直偏高(一直在17%以上)，爐內(nèi)投入脫硫劑后不能與SO2良好反應(yīng)，因此SO2折算濃度會(huì)超標(biāo)排放。同時(shí)，燃料型氮生成NOX所需的O2濃度較高，NOX生成量也就較高，因此NOX折算濃度會(huì)超標(biāo)排放。

由于給煤采用二級給煤，一級為稱重式給煤機(jī)，二級為刮板式給煤機(jī)。刮板式給煤機(jī)有前、后兩個(gè)給煤口，有兩個(gè)手動(dòng)插板控制開度。由于啟爐時(shí)所需要的煤量較小，這時(shí)的煤量控制成為關(guān)鍵。要通過觀察爐膛密相區(qū)下部與中部的床溫測點(diǎn)(鍋爐密相區(qū)床溫測點(diǎn)分為上、中、下三層，每一層床溫測點(diǎn)由前、中、后測點(diǎn)組成)來決定調(diào)整哪個(gè)給煤機(jī)的前墻給煤插板，進(jìn)而調(diào)整下煤量。

投運(yùn)外置式換熱器時(shí)，不能盲目根據(jù)汽溫調(diào)整，應(yīng)根據(jù)爐膛溫度調(diào)整。當(dāng)進(jìn)入爐內(nèi)的煤燃燒后，床溫及床溫升率升高后，再緩慢開大外置床的流化風(fēng)量。注意要反復(fù)少量多次，使床溫與汽溫程良性曲線上升。

在啟爐過程中，投運(yùn)油槍時(shí)投運(yùn)布袋除塵器，可減少煤油混燒時(shí)產(chǎn)生的污染物，及時(shí)投運(yùn)脫硫脫硝系統(tǒng)可達(dá)到降低污染物排放的效果。

[1] 劉 靜，600 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究[J].動(dòng)力工程，2003.

[2] 龔 鵬.300 MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組床溫特性及調(diào)整，2011.

[3] 蔣敏華.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，2009.

[4] 趙發(fā)家.300 MW循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行優(yōu)化，2008.

[5] 楊 冬.引進(jìn)型300 MW循環(huán)流化床鍋爐效率的分析，2010.