基于結(jié)構(gòu)的600MW CFB鍋爐運(yùn)行分析

張宗珩?王引成

摘要：從目前國(guó)內(nèi)在建的600MW CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)上看，形似300MW褲衩腿型CFB鍋爐，因此在運(yùn)行工況和操作調(diào)整上二者必然有相通之處?？偨Y(jié)了300MW褲衩腿型CFB鍋爐在燃用風(fēng)氧化煤、煤矸石和煤泥等惡質(zhì)煤時(shí)存在的一些現(xiàn)象，以此來分析600MW CFB鍋爐在運(yùn)行調(diào)整中可能會(huì)遇到的問題，并對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：600MW CFB鍋爐；300MW CFB鍋爐；床溫；偏床

作者簡(jiǎn)介：張宗珩（1966-），男，山西右玉人，中煤平朔第一煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司總經(jīng)理，高級(jí)工程師；王引成（1971-），男，山西大同人，中煤平朔第一煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，工程師。（山西?朔州?036800）

中圖分類號(hào)：TK229.6?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）27-0147-02

就目前CFB鍋爐的發(fā)展規(guī)?？矗徽撌菃螜C(jī)容量，還是現(xiàn)役機(jī)組臺(tái)數(shù)，我國(guó)無疑已經(jīng)走在了國(guó)際前列，這主要得益于兩點(diǎn)：一是我國(guó)豐富的煤炭資源，二是CFB鍋爐的燃燒原理可以有效地控制二氧化硫、氮氧化物等有害氣體的排放，滿足環(huán)保的需要。因此，單機(jī)容量更大的CFB鍋爐的設(shè)計(jì)研發(fā)成了必然。如何避免設(shè)計(jì)上存在的先天缺陷，使之完美地投入商業(yè)運(yùn)行，是本文首要的立足點(diǎn)。

一、600MW與300MW CFB鍋爐的設(shè)備配置對(duì)比

1.相似之處

300MW與600MW 褲衩型CFB鍋爐從結(jié)構(gòu)上看主要有以下幾點(diǎn)相似之處：褲衩腿型雙床運(yùn)行；分離器兩側(cè)墻布置；外置床兩側(cè)墻布置；排渣口兩側(cè)墻布置等。

2.不同之處

從結(jié)構(gòu)上看300MW與600MW CFB鍋爐的不同之處主要是由于容量擴(kuò)大、參數(shù)的提高而增加的一些設(shè)備，比如：

（1）單側(cè)墻布置的分離器數(shù)量由2臺(tái)增加至3臺(tái)，分離器的外形尺寸及工作量也大幅提升。

（2）單側(cè)墻布置的外置床數(shù)量由2臺(tái)增加至3臺(tái)，外置床尺寸及其內(nèi)布置的受熱面面積為了滿足蒸汽參數(shù)同比增加。

（3）為了保證外循環(huán)物料的回料暢通，在側(cè)墻增加了一個(gè)回料器返料口，對(duì)床溫的均勻性控制非常有效。

（4）在爐內(nèi)褲衩腿的上方增加了水冷受熱面，由褲衩腿中間上方中空改為水冷受熱面隔斷，為了滿足調(diào)整偏床的需求，在水冷受熱面上讓管開孔。

（5）運(yùn)行參數(shù)由亞臨界提升至超臨界，爐水循環(huán)也由自然循環(huán)變?yōu)閺?qiáng)制循環(huán)直流爐。

（6）爐內(nèi)增加了屏式過熱器，滿足蒸汽參數(shù)的需要。

（7）四分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器由1臺(tái)增至2臺(tái)，保證排煙溫度在設(shè)計(jì)值。

（8）給煤方式多樣化，由單一的前后返料腿給煤增加至側(cè)墻返料腿和外置床回料腿，以及專門為煤泥設(shè)計(jì)的高壓柱塞泵給煤。

（9）由于機(jī)組容量增加一倍，爐內(nèi)正常運(yùn)行工況下加入的燃料量和產(chǎn)生的煙氣量成倍增加，NOx的排放單純依靠分段配風(fēng)、分段燃燒不能滿足排放量的需要，特設(shè)置爐內(nèi)SNCR煙氣脫硝裝置。

二、300MW褲衩腿型CFB鍋爐運(yùn)行中的一些現(xiàn)象

1.同層床溫存在明顯偏差

該爐型原設(shè)計(jì)每條給煤線沿爐側(cè)墻由前向后有三個(gè)給煤點(diǎn)，前后兩個(gè)給煤點(diǎn)分別布置在前后墻回料器返料腿上，入爐煤隨返回的外循環(huán)物料送入爐膛，而中間給煤點(diǎn)依靠一次熱風(fēng)作為撥煤風(fēng)將入爐煤播撒至爐膛。密相區(qū)床溫測(cè)點(diǎn)沿爐高度分上中下三層，每層沿爐側(cè)墻由前向后取三點(diǎn)床溫作為運(yùn)行監(jiān)視。在實(shí)際商業(yè)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)中間給煤點(diǎn)按正常比例給煤時(shí)，密相區(qū)上中下三層床溫的中間床溫測(cè)點(diǎn)都明顯較同層前后兩點(diǎn)高出約80～100℃，高出的溫度差隨煤質(zhì)的變化不等，入爐煤熱值越高偏差越大。另外，入爐煤粒度越大，機(jī)組接帶負(fù)荷越高，中間點(diǎn)溫度與前后兩點(diǎn)的溫度偏差也會(huì)明顯增大。當(dāng)燃用熱值超過3000kcal/kg的煤時(shí)，該偏差更加明顯，下部中間床溫測(cè)點(diǎn)甚至超過1000℃，局部結(jié)焦現(xiàn)象頻繁發(fā)生，導(dǎo)致排渣不暢。采用增加一次風(fēng)量來降溫時(shí)，爐膛上部溫度普遍升高，分離器出口溫度升高，排煙溫度升高，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器電流控制難度增大，鍋爐的安全運(yùn)行受到較大影響。后來放棄中間給煤點(diǎn)，情況有所好轉(zhuǎn)，但中間床溫測(cè)點(diǎn)與前后之間的偏差仍有30～80℃，見表1。

由上表不難看出：密相區(qū)上中下三層床溫測(cè)點(diǎn)均存在中間點(diǎn)高于其他兩點(diǎn)的現(xiàn)象，尤其是當(dāng)兩側(cè)床壓發(fā)生偏床時(shí)，下部床溫中間點(diǎn)更是高于其他兩點(diǎn)150～250℃，特別容易引起中間部位床面結(jié)焦，為正常運(yùn)行留下隱患。為什么會(huì)存在這種現(xiàn)象？大致原因如下：

爐膛側(cè)墻兩個(gè)外置床返料口之間距離大約6米，分別靠近爐膛前后墻返料口，也就是說，單側(cè)四個(gè)返料口聚集在前后墻與側(cè)墻夾角附近。在返料口密集的地方物料濃度相對(duì)較大，而在中間區(qū)域物料濃度相對(duì)較小。這是因?yàn)椋悍祷氐奈锪线M(jìn)入爐膛后隨即流化，由于高溫物料的表觀粘度較小、流動(dòng)性好，在快速流化的過程只有較少部分物料移動(dòng)至中間區(qū)域，所以爐內(nèi)密相區(qū)下部實(shí)際的物料濃度是不均勻的，前后大于中間。而隨前后返料口送入爐內(nèi)的原煤由于存在粒比度的問題，部分顆粒較循環(huán)物料粒度大得多，且質(zhì)量較大，尤其是原煤中煤矸石比例較大時(shí)，在密相區(qū)下部的流化過程中終端沉降速度變大，率先完成了內(nèi)循環(huán)，也就是移動(dòng)至了中間區(qū)域。這樣一來，前后返料中攜帶的較大粒度的物料和原煤集中在了床面的中間區(qū)域，物料濃度相對(duì)稀薄且含碳量相對(duì)較多的中間區(qū)域由于富氧燃燒而較前后區(qū)域溫度高也就不難理解了。

在煤質(zhì)一定的情況下，機(jī)組接帶負(fù)荷越高，入爐煤量也就越多，中間區(qū)域的燃燒份額也會(huì)同比增加，另外，入爐煤熱值越高相對(duì)越容易著火、入爐煤粒度大使中間區(qū)域燃燒份額增加，都會(huì)導(dǎo)致中間區(qū)域床溫明顯增加。

2.偏床現(xiàn)象

當(dāng)入爐煤質(zhì)較差、顆粒大或者排渣系統(tǒng)部分設(shè)備故障不能正常運(yùn)行導(dǎo)致爐內(nèi)床壓較高時(shí)，若未及時(shí)降低機(jī)組出力，排渣量與入爐煤量之間存在不平衡，爐內(nèi)床壓會(huì)持續(xù)升高。當(dāng)兩側(cè)平均床壓達(dá)到10kPa左右時(shí)，極易發(fā)生左右兩側(cè)爐室偏床。偏床發(fā)生時(shí)，床壓低側(cè)的粒度較小的循環(huán)物料和入爐煤最先被吹到床壓高側(cè)，粒度較大的床料和入爐煤此刻留了下來，此時(shí)前后兩點(diǎn)溫度不存在超溫現(xiàn)象，充分說明了床壓快速降低的一側(cè)依然存在前后區(qū)域物料濃度大于中間區(qū)域且中間區(qū)域燃燒份額相對(duì)較多這一現(xiàn)象。此時(shí)若一次風(fēng)量增加的速度和床壓低側(cè)入爐煤量減少的速度跟不上偏床的速度，密相區(qū)下部徹底進(jìn)入富氧燃燒狀態(tài)，導(dǎo)致中間點(diǎn)溫度異常升高。

導(dǎo)致偏床的原因很多，比如：褲衩腿兩側(cè)一次風(fēng)量或二次風(fēng)量手動(dòng)調(diào)整出現(xiàn)較大偏差，未及時(shí)調(diào)整至正常；床壓自動(dòng)調(diào)整失靈；長(zhǎng)時(shí)間兩側(cè)排渣不均或給煤量不均等。此種情況發(fā)生的偏床往往導(dǎo)致床溫突變、水循環(huán)變差、蒸汽參數(shù)快速下降、機(jī)組出力突降等負(fù)面影響，尤其是當(dāng)入爐煤中煤矸石比例較大時(shí)，不但熱值低，而且破碎機(jī)對(duì)粒度不易控制，入爐煤粒度較其他煤種大得多，床壓高、排渣量大是正常現(xiàn)象，此時(shí)發(fā)生偏床，還會(huì)導(dǎo)致排渣量突增，輸渣系統(tǒng)因超負(fù)荷而不正常運(yùn)行甚至故障跳閘。

當(dāng)然偏床也不是只有負(fù)面影響，比如當(dāng)單側(cè)給煤不正常或單側(cè)排渣不暢時(shí)，兩側(cè)床壓偏差會(huì)逐漸增大，此時(shí)可以通過自動(dòng)或人為調(diào)整床壓適當(dāng)偏床，使兩側(cè)床壓一致，熱量均衡，保證兩側(cè)床溫接近、水循環(huán)正常、機(jī)組出力不受影響。另外，當(dāng)床面發(fā)生局部輕微結(jié)焦或者入爐煤熱值很低且粒度大，正常流化風(fēng)無法將沉積在床面的大渣吹至排渣口，當(dāng)結(jié)焦部位或大渣聚集在靠近某一床溫測(cè)點(diǎn)時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)該床溫測(cè)點(diǎn)因取樣不到正常床料而快速下降至與流化風(fēng)接近的溫度。如果加大該側(cè)流化風(fēng)量、人為制造偏床，可以加強(qiáng)該側(cè)床料的流化，加強(qiáng)積渣的移動(dòng)，加強(qiáng)焦塊的流化以及與其他床料的摩擦、破碎，使床溫逐漸趨于正常，避免更惡劣的后果發(fā)生。

三、600MW CFB鍋爐運(yùn)行

與300MW CFB鍋爐相比，600MW CFB鍋爐的出力增加了一倍，蒸汽參數(shù)也由亞臨界提高到超臨界，入爐煤量和排渣量之間的矛盾，爐內(nèi)物料與受熱面磨損之間的矛盾，分離器效率與煙道受熱面磨損、傳熱之間的矛盾等會(huì)凸顯出來。

（1）該爐型由于在側(cè)墻增加了一個(gè)外置床返料口和回料器返料口，側(cè)墻共有四個(gè)返料口，且每個(gè)返料腿都有給煤點(diǎn)，對(duì)床溫的均勻性控制有很大幫助。由于鍋爐側(cè)墻的深度同比增加，返料量和給煤量也同比增加，所以側(cè)墻四個(gè)返料口之間的距離依然要盡可能均勻，避免床溫不均現(xiàn)象發(fā)生。

（2）對(duì)任何一種類型鍋爐的設(shè)計(jì)來說，燃料的化學(xué)和物理特性都是重要參數(shù)，因?yàn)樗鼈冇绊懼紵諝狻煔饬髁恳约霸O(shè)備的類型和大小。CFB鍋爐爐型及運(yùn)行工況的設(shè)計(jì)很重要的依據(jù)也是入爐煤質(zhì)。當(dāng)風(fēng)氧化煤、煤矸石和煤泥（煤泥量比例較?。┗鞜臒嶂挡淮笥?600kcal/kg的情況下，燃燒生成的底渣量較飛灰量大得多。

由于600MW CFB鍋爐本體外形尺寸加大，輸渣機(jī)的工作長(zhǎng)度隨之大幅增加，大約150℃的“冷渣”會(huì)長(zhǎng)時(shí)間（幾分至十幾分鐘不等）停留在輸渣機(jī)上，導(dǎo)致輸渣機(jī)的工作溫度與冷渣溫度基本接近。尤其是當(dāng)煤質(zhì)很差（熱值小于2400kcal/kg）、排渣量很大時(shí)，由于冷渣器的冷卻能力接近極限，冷渣溫度可能會(huì)超過150℃，接近滿出力運(yùn)行的輸渣機(jī)塑性變形不可避免。塑性變形后的輸渣機(jī)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)陡增，隨時(shí)都可能造成輸渣機(jī)故障停運(yùn)。這種工況下，除了快速降低機(jī)組出力別無他法?？梢?，排渣系統(tǒng)的備用容量及耐高溫性必須滿足低熱值煤和其他特殊工況的需要。當(dāng)排渣量與入爐煤量不能達(dá)到平衡時(shí)，后果可能不僅僅是降低機(jī)組出力那么簡(jiǎn)單，因床面結(jié)焦或磨損而受熱面泄漏被迫停運(yùn)的事例比比皆是，因此排渣系統(tǒng)的工作性能是保證該爐型能否安全、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。

（3）為了滿足產(chǎn)汽量，爐內(nèi)受熱面的增加是不可避免的，比如爐膛高度、寬度和深度均按比例擴(kuò)大，由于受熱面磨損與一次流化風(fēng)速有直接關(guān)系，所以爐膛高度不可能無限延伸。設(shè)計(jì)上采用垂直管圈技術(shù)的螺紋管水冷壁代替光管水冷壁，增加中間隔墻水冷受熱面，目的都是為了增加產(chǎn)汽量。

當(dāng)然，單純依賴受熱面的增大來增加蒸發(fā)量是不現(xiàn)實(shí)的，爐內(nèi)熱源的增加是必然的。相對(duì)于300MW CFB鍋爐，600MW CFB鍋爐的單位煤耗量幾乎成倍增加，循環(huán)物料量和循環(huán)倍率均成倍增加，磨損加劇無法避免。因此，除了采用受熱面金屬噴涂、防磨梁設(shè)置等措施防磨外，在設(shè)計(jì)理念上應(yīng)有所突破。如何克服傳熱與磨損之間的矛盾是該爐型能否安全、長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。

（4）由于循環(huán)灰量的大幅增加，大功率分離器的分離效率值得關(guān)注。若分離器效率不足，煙氣中飛灰量增大，飛灰含碳量增大，尾部受熱面磨損加大。此種情況下，為了保證煙道受熱面吸熱、降低排煙熱損失、保證回轉(zhuǎn)式空預(yù)器安全運(yùn)行，以及降低飛灰含碳量增大帶來的煙道后燃威脅，吹灰次數(shù)肯定增加，而吹灰次數(shù)的增加對(duì)受熱面本身就是一種威脅。

另外，分離器入口風(fēng)速的增大對(duì)其周邊受熱面磨損的不利影響是顯而易見的。

（5）當(dāng)發(fā)生單側(cè)排渣不暢或單側(cè)給煤不正常時(shí)，由于爐內(nèi)增加了中間隔墻水冷壁，調(diào)整偏床的能力、平衡兩側(cè)熱量的能力受到制約，鍋爐帶負(fù)荷能力或?qū)⒋蟠蛘劭邸?/p>

（6）CFB鍋爐輔助系統(tǒng)所配風(fēng)機(jī)的總功率較同等出力的煤粉爐要大得多。設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)出力和其產(chǎn)生的壓頭，應(yīng)考慮到最壞的工況。為了保證可以燃用規(guī)定的多種燃料，一般情況下，鍋爐最大連續(xù)出力時(shí)風(fēng)機(jī)應(yīng)有15%的最小風(fēng)量余度、25%的靜壓頭余度?？梢?，所選風(fēng)機(jī)的調(diào)整方式要靈活，運(yùn)行要節(jié)能高效，確保廠用電率在可控范圍。

另外，該爐型的設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)出對(duì)污染物排放控制的優(yōu)越性，做到控制方式靈活、多樣，控制效果快速、精確。

四、總結(jié)

綜上所述，為了保證600MW CFB鍋爐這個(gè)CFB界的龐然大物能安全、健康、穩(wěn)定、滿出力運(yùn)行，根據(jù)風(fēng)氧化煤、煤矸石等低熱值煤的燃燒特性，提出如下幾點(diǎn)建議：

密相區(qū)返料口的布置一定要力求間距均勻，防止同層床面溫度不均，在床溫測(cè)點(diǎn)的設(shè)置上盡可能在每個(gè)返料口間隔處都有；

排渣系統(tǒng)備用容量要足夠大，排渣量的控制手段要靈活，可操作性要強(qiáng)；

受熱面防磨措施一定要得當(dāng)，并且有所突破；

風(fēng)機(jī)的選型既要滿足偏床等特殊工況調(diào)整的需要，又要在調(diào)整方式上考慮有效節(jié)能；

中隔墻水冷壁由于缺乏像水冷壁那樣的外鋼梁支撐，設(shè)計(jì)中需充分考慮運(yùn)行中管道的振動(dòng)，確保任何工況下管道振動(dòng)在材料的承受強(qiáng)度范圍內(nèi)，不會(huì)因管道振動(dòng)造成鍋爐停運(yùn)。同時(shí)，對(duì)中隔墻水冷壁需充分考慮運(yùn)行中管道的膨脹，確保管道膨脹通暢，不發(fā)生管道變形。

（責(zé)任編輯：劉輝）