循環(huán)流化床鍋爐啟動優(yōu)化淺談

文 黃小琦 曹伍權(quán) 廣東粵電博賀煤電有限公司

循環(huán)流化床鍋爐燃燒穩(wěn)定，對煤種的適應(yīng)性較好，但是，因其燃燒原理及結(jié)構(gòu)特性，循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動燃油量多。某火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐投產(chǎn)初期，冷態(tài)啟動耗燃油達28t左右，通過對冷態(tài)啟動優(yōu)化操作的研究和試驗，總結(jié)出節(jié)約燃油的操作方法，降低了循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動燃油量，目前該廠兩臺循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動耗燃油降至5t左右。

1 主要參數(shù)

某火力發(fā)電廠二期工程采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設(shè)計制造的HG-440/13.7-L.WM9型循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐采用超高壓參數(shù)中間再熱機組設(shè)計，與135MW等級汽輪發(fā)電機相匹配，可配合汽輪機定滑壓啟動和運行，采用單鍋筒、自然循環(huán)，循環(huán)物料的分離采用高溫絕熱分離器。

鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形回料閥和尾部對流煙道組成，采用床上床下聯(lián)合點火的啟動方式。啟動燃燒器共10只，其中4支床下油槍，每支設(shè)計出力為0.9t/h（實際為0.9t/h）；6支床上油槍，每支設(shè)計出力為1.7t/h（實際為1.0t/h）,油槍均為機械霧化、內(nèi)回油方式油槍，燃用0號輕柴油，油槍進油壓力為3.5MPa。由錐形閥控制排渣，高溫爐渣進入滾筒冷渣機冷卻后（渣溫＜150℃），在冷渣機出口處落入二級刮板輸渣機，再輸送到斗式提升機，將爐渣送至底渣倉。

2 機組冷態(tài)啟動優(yōu)化

大型循環(huán)流化床鍋爐機組冷態(tài)啟動過程是一個復(fù)雜、不穩(wěn)定的傳熱、流動過程。由于冷態(tài)啟動前鍋爐、汽輪機各部件壓力、溫度接近環(huán)境壓力、溫度，鍋爐升溫升壓、汽輪機暖缸、暖機需要一定的時間，檢修后的機組冷態(tài)啟動過程中，發(fā)電機或汽輪機需要做多項試驗，鍋爐只能維持在低參數(shù)狀態(tài)下運行，需要消耗大量燃油。因此，合理安排機組冷態(tài)啟動步驟，盡量縮短啟動時間，可以節(jié)約大量燃油。

2.1 提高給水溫度

機組采用鍋爐、汽輪機、發(fā)電機滑壓（同時）啟動方式，可縮短整機啟動時間，有效地降低啟動油耗。鍋爐汽包上水時，在保證汽包壁溫差不超40℃前提下，盡可能的提高除氧器給水溫度，特別是鍋爐起壓后，保證省煤器出口給水溫度高于汽包壁溫20～30℃，除氧器水溫要115℃以上，縮短鍋爐汽包起壓時間，有利于節(jié)油。

2.2 啟動床料的選擇和添加

啟動床料一般采用停爐后滯留在爐內(nèi)的舊床料或重新加入經(jīng)過篩選后的新床料。通過每次鍋爐啟動前對床料的檢查，發(fā)現(xiàn)停爐后滯留在爐內(nèi)的舊床料的粒度一般偏細，即細顆粒的比重較大，這主要是由于鍋爐的運行原理造成的。在鍋爐長時間的運行當中，物料顆粒經(jīng)過爐內(nèi)的多次循環(huán)，不斷進行摩擦碰撞，細顆粒的比重會逐漸增加。這些細顆粒是參與爐內(nèi)循環(huán)和熱量傳遞的主體，它們在正常情況下都懸浮于爐膛密相區(qū)的上部和稀相區(qū)，當鍋爐停運后這些細顆粒才會全部沉積到流化床內(nèi)。而新床料一般采用篩選后合格的爐渣，因此新床料的粒度一般偏粗。

因此，在循環(huán)流化床鍋爐啟動的初始階段，選用粒度偏粗的床料的好處：一方面，在保證爐膛床溫穩(wěn)定升高的條件下，可以減少啟動耗油量；另一方面，可以保證充足的流化風量，控制點火風道壁溫，保證耐火材料溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。

當床料粒度偏粗時，隨著流化風量的增加，只有占床料比重較少的細顆粒離開床層，進入爐膛上部稀相區(qū)，而大部分粗顆粒仍然在床層內(nèi)流化，因而床層壓力和床層差壓始終十分接近。因為密相區(qū)的物料比重增大，加之粗顆粒的蓄熱能力大于細顆粒的蓄熱能力，使得密相區(qū)所占的熱量份額偏大，床溫容易提升。到啟動后期，排出粗顆粒后（如床壓偏低時加床料），粗細顆粒比重正常，從密相區(qū)帶走的熱量就多，稀相區(qū)顆粒對流換熱量上升，水冷壁換熱增強，就會導(dǎo)致鍋爐負荷上升。因此當投運冷渣器時，大量粗顆粒床料排出爐膛，所以一般情況下，啟動床料選擇合格的新床料。

經(jīng)過兩臺循環(huán)流化床鍋爐多次啟動試驗，一般在鍋爐點火后即開始添加床料，添加床料期間要保證加床料系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行，啟動床料大概用40t左右，床料加至平均床壓3.8～4.0kPa。鍋爐點火至投煤點約需3.5h，這期間如添加床料過多，需增加臨界流化風量，提升床溫的熱量必然會相應(yīng)的增加，進而增加燃油量；如添加床料過少，而較細的床料會被流化風帶走損失，床壓會下降，到達投煤溫度時如床壓太低（床料太少）會影響燃煤和床料混合加熱穩(wěn)定性，影響煤的著火燃燒，并且容易引起鍋爐結(jié)焦，床料太少也影響爐膛密相區(qū)水冷壁的換熱能力，影響鍋爐升溫升壓，也會導(dǎo)致燃油量的增加。

2.3 保證床下啟動器出力

4支床下啟動燃燒器布置在水冷風室的下部，其中心線標高為1628mm，每個床下啟動燃燒器用一個耐高溫的非金屬補償器與水冷風室相連接。每個床下啟動燃燒器主要由風室接口、非金屬補償器、熱煙氣發(fā)生器、一次風入口和油點火裝置組成。床下啟動燃燒器的配風分為二股風：第一股為燃燒風亦稱點火風，點火風口和穩(wěn)燃器進入風道，用來滿足油燃燒需要；第二投風為混合風，經(jīng)預(yù)燃室的內(nèi)外筒之間進入風道內(nèi)，補充油燃燒不足的風量，并將油燃燒產(chǎn)生的高溫煙所降到啟動所需溫度，同時這股風對燃燒筒壁起到冷卻作用，這兩股風均為一次風機出口的冷風，點火風量與混合風量隨油槍負荷的調(diào)整可參照表1。

床下油槍運行時，須調(diào)整為金黃色火焰，火焰尾部無黑煙，控制油燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度達750～960℃，在保證燃油壓力3.5MPa前提下，利用調(diào)整每支油槍或總回油控制油槍出力，調(diào)整煙氣溫度。啟動器燃燒不良、油燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度太低時，將影響啟動過程中床料的換熱，增加燃油量。一般情況下，4支床下啟動前運行即可將床溫提升至投煤溫度，盡可能不投入床上油槍運行，減少燃油量。

表1 床下油槍負荷與配風變化參考表

表2 某廠4號流化床鍋爐機組采用不同煤種冷態(tài)啟動對比表

2.4 選擇揮發(fā)分高的煤種及合適的煤粒度

每次計劃性停運機組時，將某一原煤倉（每臺爐有兩個原煤倉）燒空，在機組啟動前，往該原煤倉上揮發(fā)分較高的煤用于啟動時用煤。揮發(fā)分高的煤種，在較低的溫度下，揮發(fā)分就可以析出并著火，一方面使得煤粉顆粒表面積增大，另一方面揮發(fā)分燃燒放出熱量，從而更快地提高了煤粉顆粒的溫度，使煤粉盡快著火。選擇揮發(fā)分高的煤種，可以有效地降低投煤床溫，縮短床料加熱及燃油時間，對節(jié)省燃油起到極大的作用。

因為在一定的煤粉濃度下，煤粉越細，進行燃燒反應(yīng)的表面積就越大，而煤粉本身的熱阻減小，因此可以加快化學(xué)反應(yīng)速度，更快地達到著火，所以要采用合適的燃煤粒度。

通過表2中數(shù)據(jù)對比，無煙煤啟動時床溫達631℃投煤，煙煤啟動時床溫達365℃即可投煤，煙煤揮發(fā)分為37.11%，無煙煤揮發(fā)分為10.2%，煙煤揮發(fā)分較高、著火點明顯較低，縮短了投煤時間，縮短啟動油槍運行時間，節(jié)油效果明顯。

2.5 控制好一、二次風量

一次風量能確保床料能夠完全流化，二次風量能提供燃燒所需氧量和防止床料返回二次風箱的前提下，盡量取較少風量。在投煤前后總風量控制較小，對鍋爐主、再汽溫的控制和減少減溫水量非常有利，也減少了因風量過大影響密相區(qū)床料的換熱效果，并降低風機出力。一般點火后一次風量控制在120000Nm3/h，投煤前增加10000Nm3/h風量（即130000Nm3/h），二次風量控制在60000Nm3/h運行，待機組并網(wǎng)后，在加負荷過程中，根據(jù)燃燒負荷情況，對一、二次風量進行調(diào)整。

3 結(jié)論

通過上述啟動優(yōu)化措施，循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動時基本不需投運床上啟動燃燒器，這既能節(jié)省大量燃油，又可避免投床上燃燒器時增加減溫水量，因投入床上燃燒器時，床上燃燒器是直接加熱風，只能局部對床料的加熱，并且投入床上燃燒器后增加了二次風量（油槍風），為鍋爐的安全、經(jīng)濟運行創(chuàng)造了有利條件，降低了循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動成本，提升循環(huán)流化床機組在電力行業(yè)的競爭能力。