雙支腿結構CFB鍋爐長期低負荷運行的危險點分析及對策

陳馳東

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責任公司，四川 內(nèi)江 641005）

我國現(xiàn)役的300 MW循環(huán)流化床（CFB）鍋爐有2種類型，一種是哈爾濱鍋爐廠和上海鍋爐廠引進法國ALSTOM技術生產(chǎn)的雙支腿結構雙爐室褲衩腿型，另一種是東方鍋爐廠引進美國F.W.技術生產(chǎn)的傳統(tǒng)單爐室型，二者除了爐室的不同外，還有其它布置上的差別：雙支腿結構鍋爐將低溫和中溫過熱器、高溫再熱器布置在另外配置的外置式換熱器（簡稱外置床）中，簡化了爐室與煙道內(nèi)受熱面布置結構，4個旋風分離器布置在兩側墻，前后墻給煤、側墻排渣都是對稱布置；而傳統(tǒng)單爐室型沒有外置式換熱器，中溫過熱器和高溫再熱器布置在爐膛中，后墻有3個汽冷旋風分離器，前墻給煤，后墻排渣。

雙支腿結構CFB鍋爐的布置與傳統(tǒng)單爐室鍋爐不同，運行操作也有所差異，尤其是長期低負荷運行時須加強監(jiān)控。以四川白馬300 MW CFB鍋爐為例，對雙支腿結構CFB鍋爐長期低負荷運行的危險點進行了分析，并提出了相應的對策。

1 鍋爐設備概況

四川白馬循環(huán)流化床鍋爐示范工程是國家“九五”期間以技貿(mào)結合方式引進大型循環(huán)流化床鍋爐技術的依托工程。鍋爐島整套設備由法國ALSTOM公司總承包，部分鍋爐部件分包給國內(nèi)廠家制造。300 MW CFB鍋爐為雙支腿結構爐膛、一次中間再熱、平衡通風、露天島式布置、全鋼架懸吊結構、亞臨界自然循環(huán)汽包爐，屬于典型的雙支腿結構循環(huán)流化床鍋爐。

300 MW CFB鍋爐的雙支腿爐膛結構如圖1，爐膛下部一分為二，中間由2片膜式水冷壁隔開，爐膛下部為獨立的雙爐膛結構，由左右兩個支腿組成，構成“人”字型結構。各支腿底部流化風室尺寸為3 958 mm×12 615 mm，左右支腿外側于爐膛左右兩側齊平。各支腿的布風板下部為一次風箱，其高度約3.6 m，風箱外壁由水冷壁構成維護結構。在流化布風板上部約8.5 m高度上，兩支腿合并形成一個15 051 mm×12 615 mm長方形爐膛，爐膛橫截面積約190 m2。鍋爐的主要性能參數(shù)見表1。

圖1 白馬300 MW CFB鍋爐雙支腿結構示意圖

表1 白馬300 MW CFB鍋爐主要性能參數(shù)

兩個支腿呈左右對稱布置，連接在各支腿上的一次風、二次風及物料等接口也對稱布置。一次風從支腿底部的流化風箱送入，通過均勻分布在爐底布風板的流化風嘴將一次風均勻送入各支腿內(nèi)，高速的流化一次風能很好地流化爐內(nèi)床料，實現(xiàn)可燃物質(zhì)與空氣的充分混合。同時，在各支腿的不同高度，分別在其四周布置有上、下二次風口，鍋爐循環(huán)物料料腿分別從前后墻的支腿上返回入爐膛內(nèi)，石灰石和煤均直接送入旋風分離器下的各料腿中與循環(huán)灰混合后返回爐膛，各外置床內(nèi)物料也從各支腿返回爐膛。鍋爐的主要配風參數(shù)與風機配風參數(shù)見表2，3。

表3 一、二次風機配風參數(shù)

循環(huán)流化床鍋爐的雙支腿結構有利于爐內(nèi)燃燒，對NOX的排放也至關重要，是CFB鍋爐最為關鍵的部件之一。采用雙支腿設計的CFB鍋爐實現(xiàn)了空氣與床料的良好混合。采用同樣的二次風壓，由于雙支腿的截面長和寬均大大減小，二次風能夠很好穿透爐內(nèi)物料，加強了爐內(nèi)床料的擾動，反之，必須提高二次風壓。

2 鍋爐長期低負荷運行的危險點分析

2.1 低負荷翻床

翻床是指在運行過程中，由于鍋爐下部采用的是雙支腿結構形式，難以保證兩支腿的阻力特性（含流化風嘴）完全相同，可能造成兩側支腿密相區(qū)的物料量不同，兩支腿之間出現(xiàn)較大的床壓差，使爐內(nèi)床料在短時間內(nèi)集聚在某一個支腿內(nèi)，出現(xiàn)塌床，而另一個支腿幾乎沒有床料，出現(xiàn)吹空現(xiàn)象。當發(fā)生床料翻床時，最明顯的是爐膛兩支腿的床壓波動頻繁且波動幅度加大。根據(jù)運行經(jīng)驗，如果失去平衡，兩支腿床壓差增大到不能承受地步，其中某一單床將出現(xiàn)吹空，而另一側出現(xiàn)塌床，整個過程將在2～3 min完成，造成停爐事故。

表2 CFB鍋爐主要配風參數(shù)

導致雙支腿結構CFB鍋爐低負荷翻床的主要原因在于其特有的爐膛結構，在鍋爐低負荷運行中，由于多種原因也可能造成翻床現(xiàn)象，主要有∶

（1）長期低負荷運行時，石灰石大量投入或入爐煤粒度太細，導致爐內(nèi)積累大量細床料，而細床料的流動性要遠遠大于粗床料，在兩側風量不均時造成翻床。

（2）鍋爐上、下二次風配比不恰當，使床料吹向一側。

（3）低負荷吹灰時負壓波動，使一次風量變化過大。

2.2 二次風管超溫

二次風為分段輸入，有上下、內(nèi)外之分，下二次風口在褲衩內(nèi)側及前后墻中下部位置，距布風板大約2 m，與密相區(qū)中部床溫測點基本齊平；上二次風口則在褲衩腿四周都有分布，距布風板大約5 m，與密相區(qū)上部床溫測點基本齊平。由于采用雙支腿設計的CFB鍋爐截面長和寬均大大減小，所以采用相對較低的二次風壓，也能夠很好地穿透爐內(nèi)物料，實現(xiàn)爐內(nèi)床料的擾動，但鍋爐低負荷時易出現(xiàn)二次風管超溫的現(xiàn)象。

鍋爐高負荷運行時二次風流量大，二次風管道有足夠的二次風量來冷卻，不存在二次風管道超溫的危險；鍋爐低負荷運行時，二次風總風量較低，二次風管道超溫的危險大大增加，分析其主要原因是：

（1）二次風流量過低，造成某根二次風管道超溫。

（2）鍋爐出現(xiàn)翻床，使高溫床料進入二次風管。

（3）二次風壓設定不合理。

2.3 外置床灰控閥卡澀或進灰不暢

由于雙支腿結構的CFB鍋爐將高溫再熱器布置在外置床中，高溫灰經(jīng)灰控閥進入外置床，再熱汽溫通過灰控閥的開度大小來進行調(diào)節(jié)。當鍋爐低負荷運行時，由于外置床進灰量少，灰控閥開度小，可能因長期維持小開度、低灰量運行，發(fā)生灰控閥卡澀或外置床進灰不暢現(xiàn)象，造成再熱汽溫降低甚至無法維持影響機組的安全經(jīng)濟運行。

3 有效對策

3.1 防止低負荷翻床

當鍋爐長期低負荷運行時，運行人員應密切監(jiān)視鍋爐上部壓差值，這一參數(shù)可以近似地反應爐內(nèi)細床料量的情況。當入爐煤粒度較細或石灰石大量投入時，如果不及時采取措施，將在爐內(nèi)積累大量細床料造成翻床。根據(jù)運行經(jīng)驗，當負荷180 MW以下時，鍋爐上部壓差0.4～0.6 kPa是安全值，如鍋爐上部壓差超過0.6 kPa，就有翻床的危險，可及時采取相應措施：

（1）適當調(diào)整入爐煤粒度分布，使入爐煤粒度偏粗。

（2）開啟鍋爐排放細灰的電動門，控制鍋爐上部壓差在0.4～0.6 kPa。

（3）根據(jù)SO2排放指標，控制石灰石加入量，必要時可適當調(diào)整石灰石粉粒度。

（4）適當減少底灰排放，提高鍋爐運行床壓，增加爐內(nèi)粗床料比例。

（5）吹灰時可適當提高鍋爐負壓，防止吹灰過程中鍋爐上部產(chǎn)生正壓，引起鍋爐風量大幅變動，造成鍋爐翻床。

3.2 防止低負荷二次風管燒壞

鍋爐低負荷運行時，二次風總風量較低、流速較慢，如某根二次風管道風量不足，與爐膛結合部會出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，嚴重時會燒壞二次風管，造成二次風管垮塌事故。另外，如果鍋爐發(fā)生低負荷翻床，二次風不能保證足夠的風壓，高溫床料將可能進入二次風管內(nèi)，造成二次風管超溫。因此，保證鍋爐二次風風量和風壓是防止低負荷二次風管超溫的有效手段，具體可采取以下措施：

（1）鍋爐低負荷運行時，應保證二次風流量正常穩(wěn)定，二次風壓在10 kPa以上。在鍋爐負荷波動或二次風門投自動且開度＜15%時，可將二次風調(diào)門撤至手動，并調(diào)整二次風機出力，保證上、下二次風門檔板開度均大于15%，各側二次風流量大于100 000 m3/h。

（2）定期測量二次風管溫度，發(fā)現(xiàn)溫度異常，及時增大二次風流量，降低風管溫度。

（3）鍋爐出現(xiàn)翻床時，增加二次風管的監(jiān)控次數(shù)，并就地監(jiān)視二次風管的晃動，發(fā)現(xiàn)晃動增大時及時進行調(diào)整。

（4）鍋爐長期低負荷運行，一、二次風量較小、流速較慢，容易造成風量測點堵塞，影響一、二次風量調(diào)節(jié)，為保證風量測量的準確性，應定期吹掃一、二次風量測點，防止風量測點堵塞。

3.3 防止外置床進回灰不暢

為防止外置床灰控閥小開度卡澀，在減負荷前可根據(jù)主、再熱汽溫，將外置床灰控閥大范圍活動1～2次，能有效避免外置床灰控閥卡澀。同時，應加強對外置床差壓監(jiān)視，當差壓小于正常值（36 kPa）并出現(xiàn)灰控閥異常開大，兩側主、再熱汽溫偏差增大情況，就說明外置床灰控閥進灰不暢，此時將灰控閥錐頭吹掃風切換為壓縮空氣進行疏通，同時大范圍活動灰控閥，就能恢復外置床進灰，但處理時要做好突然大量來灰的事故預想，并加強主、再熱汽溫的調(diào)整。

4 結語

根據(jù)四川白馬300 MW CFB鍋爐長期安全運行取得的成功經(jīng)驗，對雙支腿結構鍋爐長期低負荷運行的危險點進行了詳細分析和總結，并提出了相關措施，對同類型鍋爐低負荷的安全運行，降低和避免長期低負荷運行帶來的安全威脅，有一定的借鑒意義。

[1]蔣茂慶，高洪培，鄺偉，等.300 MW循環(huán)流化床鍋爐床料翻床原因分析及運行對策[J].熱力發(fā)電，2007，36∶127-129.