410 t/h循環(huán)流化床鍋爐操作優(yōu)化

王東波

【摘 要】文章以某石化自備電廠410 t/h循環(huán)流化床鍋爐為例，研究并分析了循環(huán)流化床鍋爐啟停與運(yùn)行時(shí)的操作策略，針對性地提出了具體的優(yōu)化操作措施，通過實(shí)施優(yōu)化后的操作措施取得了良好的效果，為機(jī)組的安全長周期運(yùn)行打下基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】CFB鍋爐；運(yùn)行調(diào)整；啟停；優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】TK229.66 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）08-0034-03

0 引言

某石化自備電廠的2臺(tái)410 t/h循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）于2009年12月相繼投產(chǎn)并為下游1 350萬t/a煉油裝置提供動(dòng)力保障，該項(xiàng)目自運(yùn)行以來一直存在一些問題，但通過不斷地優(yōu)化操作和研究鍋爐發(fā)生故障的原因，并針對性地提出解決措施，使該項(xiàng)目CFB鍋爐長周期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行近400 d，達(dá)到國內(nèi)同類裝置先進(jìn)水平。

1 CFB鍋爐概況

410 t/h CFB鍋爐的過熱器出口壓力為9.81 MPa，過熱器出口溫度為540 ℃。設(shè)計(jì)煤種為低位發(fā)熱量為32.28 MJ/kg的無煙煤。有2個(gè)緊湊的水冷式旋風(fēng)分離器，其中爐膛、水冷式旋風(fēng)分離器、“J”形返料器組成物料熱循環(huán)回路。爐膛內(nèi)布置膜式水冷壁，其中上部布置8片蒸汽冷卻屏，爐膛底部是水冷式布風(fēng)板與“Τ”形定向風(fēng)帽，左、右布置冷渣器各1臺(tái)，豎井煙道布置了低溫過熱器、再熱器、省煤器與空氣預(yù)熱器等。爐膛下部前墻布置4個(gè)給煤口、2個(gè)再循環(huán)飛灰添加口，下部前墻及后墻各布置2個(gè)石灰石口。爐膛布風(fēng)板下方為水冷風(fēng)室，熱一次風(fēng)可通過點(diǎn)火風(fēng)道進(jìn)入水冷風(fēng)室，環(huán)形二次風(fēng)布置于爐膛前后墻。采用床下熱煙氣點(diǎn)火形式，在爐膛水冷風(fēng)室下方布置2支點(diǎn)火油槍，點(diǎn)火以后產(chǎn)生的熱煙氣被送入兩側(cè)的水冷風(fēng)室。鍋爐風(fēng)系統(tǒng)由1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)引風(fēng)機(jī)高壓返料風(fēng)機(jī)組成。采用爐內(nèi)石灰石脫硫，脫硫效率在Ca/S摩爾比可達(dá)95.6%。

2 鍋爐啟動(dòng)

2.1 點(diǎn)火及啟動(dòng)

正常情況下，410 t/h CFB鍋爐的啟動(dòng)是采用床下點(diǎn)火的方式。首先，由2支床下油槍開始啟動(dòng)點(diǎn)火，這時(shí)為滿足爐膛爐墻升溫要求，通過調(diào)節(jié)床下點(diǎn)火油槍出力并協(xié)調(diào)流化風(fēng)量達(dá)到要求，按照FW推薦的CFB鍋爐升溫升壓曲線，保持床溫的平均升溫速率為28～56 ℃/h，煙氣溫升的加熱速率嚴(yán)禁超過112 ℃/h。在鍋爐蒸汽流量小于10%時(shí)，應(yīng)保持旋風(fēng)分離器入口煙溫低于482 ℃管子的最高設(shè)計(jì)金屬溫度。當(dāng)開始提高鍋爐汽包的壓力時(shí)，汽包金屬壁金屬壁溫的變化應(yīng)限制在28～56 ℃/h，汽包壓力限制在大約280 kPa/h的上升速率；隨后逐漸加大每支油槍柴油量，床溫升溫速率控制為0.6～1 ℃/min，床溫升至500～530 ℃，時(shí)間控制在1.5 h；當(dāng)床溫升至530 ℃后，可以向床內(nèi)進(jìn)行脈動(dòng)進(jìn)煤，必須確認(rèn)床溫至少升高8 ℃及煙氣中過氧量開始降低，方可繼續(xù)脈動(dòng)進(jìn)煤。投煤后要求升溫速率控制在4 ℃/min，讓床溫逐漸從580 ℃上升至800 ℃，時(shí)間控制為3 h。在升負(fù)荷的過程中，應(yīng)逐漸降油量，油槍慢慢退出運(yùn)行。其次，通過調(diào)整進(jìn)煤量來適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量調(diào)節(jié)要求，這需要把床溫控制在850 ℃左右。整個(gè)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間大概需要8～10 h。具體的410 t/h CFB鍋爐的升溫升壓控制曲線如圖1所示。

2.2 操作要點(diǎn)

鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火時(shí)，主要通過調(diào)整油量與流化風(fēng)量的方式來控制床面溫度，增加油量與流化風(fēng)量將會(huì)明顯提高鍋爐的煙氣溫度，但升溫速度受到耐火材料的應(yīng)力限制，應(yīng)將熱煙氣溫度控制在不超過980 ℃，并防止因風(fēng)室超溫而導(dǎo)致點(diǎn)火油槍聯(lián)鎖跳停。當(dāng)煙氣溫度達(dá)到950 ℃時(shí)，通過調(diào)節(jié)一次風(fēng)量控制床層升溫。例如，提高一次風(fēng)量，會(huì)使床溫的升溫減慢。但一次風(fēng)量過大，又會(huì)造成流化風(fēng)與物料的換熱明顯減少，從而使豎井煙道內(nèi)煙溫上升，排煙溫度上升。所以，需要保持適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)量，剛好使流化床處于微流化或鼓泡床的工作狀態(tài)，然后適當(dāng)減小油量，更好地保持床層的升溫速率，提高熱煙氣與床料之間的換熱率，最后達(dá)到節(jié)省燃油、減少鍋爐從點(diǎn)火到帶負(fù)荷的時(shí)間的目的。

投油的整個(gè)過程中，應(yīng)調(diào)整一、二次風(fēng)流量的分配。在整個(gè)啟動(dòng)過程，不同階段都會(huì)有不同的最佳用風(fēng)量。由于一、二次風(fēng)的用途復(fù)雜，所以其風(fēng)量、風(fēng)壓的調(diào)整具有多樣化的特點(diǎn)。首先，應(yīng)保證熱一次風(fēng)量要求，這關(guān)系到床下點(diǎn)火風(fēng)道的溫度和床溫。其次，投煤階段合理控制播煤風(fēng)量（熱二次風(fēng)量），使脈動(dòng)投煤階段煤粒均勻地播撒，更有利于保持床溫均勻。

為避免冷渣器結(jié)焦，在床壓允許的范圍，即4.5～6.5 kPa，冷渣器不宜過早投入運(yùn)行，若過早投入運(yùn)行，未燃盡的煤進(jìn)入冷渣器后容易發(fā)生二次燃燒，導(dǎo)致超溫結(jié)焦。

鍋爐設(shè)定的投煤床層溫度為595 ℃，但因煤種不同與油槍問題，投煤的床溫也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，本項(xiàng)目投煤允許床溫由原來的595 ℃變更為495 ℃。根據(jù)鍋爐啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，如果采用煙煤作為點(diǎn)火燃料，由于煙煤揮發(fā)分高、容易著火，床溫的變化與給煤量呈現(xiàn)出較好的對應(yīng)關(guān)系，床溫平穩(wěn)、易控；如果采用石油焦作為點(diǎn)火燃料，相反由于石油焦揮發(fā)分低、著火點(diǎn)高，床溫在500 ℃左右時(shí)仍難以點(diǎn)燃，當(dāng)床溫升至700 ℃，石油焦將迅速地燃燒放熱，床溫迅速上升容易引起爆燃，難以控制。

2.3 影響點(diǎn)火過程的其他因素

點(diǎn)火前應(yīng)控制料層高度在400～500 mm，即床壓差為4.5～5.5 kPa。如果床層過低，會(huì)使蓄熱量小，就不能保證投煤穩(wěn)定性，投煤后的燃燒難以有效控制；如果床層太高，又會(huì)使加熱床料的熱量增加，流化風(fēng)量要求提高，結(jié)果導(dǎo)致升溫階段的時(shí)間大大變長。

床料粒度太粗與太細(xì)，也不利于點(diǎn)火啟動(dòng)。粒度應(yīng)盡量控制在規(guī)定范圍內(nèi)，推薦值為>2.8 mm，28.06%；2.8～0.45 mm，50.66%；<0.45 mm，21.28%。這樣，啟動(dòng)的流化風(fēng)量較小，傳熱比較均勻。盡量減少大顆粒份額，可以增加煤的表面積，加快其揮發(fā)份逸出，提高燃料的著火特性；點(diǎn)火后期則相反，應(yīng)提高大顆粒份額，可以增強(qiáng)床層顆粒濃度與蓄熱能力，提高升溫速率，縮短升溫的時(shí)間。

3 鍋爐正常運(yùn)行

正常運(yùn)行鍋爐床溫為820～880 ℃。運(yùn)行中，在床內(nèi)給的燃料不變的情況下，增加熱一次流化風(fēng)量，床溫會(huì)下降，反之床溫上升。如果保持一次風(fēng)量不變的情況下，加大給煤量，床溫會(huì)上升，反之會(huì)下降。在保證工況運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，運(yùn)行時(shí)負(fù)荷調(diào)節(jié)可通過調(diào)整給煤量來實(shí)現(xiàn)目的，同時(shí)適當(dāng)?shù)馗淖円淮物L(fēng)量來維持床溫。當(dāng)然，改變運(yùn)行工況，也需通過改變煤、風(fēng)的比例來實(shí)現(xiàn)，以快速響應(yīng)外界要求。出現(xiàn)床溫偏差問題時(shí)，通過保證床內(nèi)流化良好、均勻地給煤以減小偏差。

床壓是通過調(diào)節(jié)冷渣器的出力和給煤量來保持穩(wěn)定性的。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，床壓一般保持為4～6 kPa。保持床壓，除了可以滿足鍋爐正常的負(fù)荷需求外，也能對冷渣器的運(yùn)行起到穩(wěn)定作用，而且還能夠達(dá)到鍋爐運(yùn)行效率高、經(jīng)濟(jì)性好的目的。流化床內(nèi)的床壓偏低，則易造成布風(fēng)板金屬溫度過熱，會(huì)影響床內(nèi)流化，產(chǎn)生異常運(yùn)行情況，進(jìn)而演化為溝流、流化死區(qū)，進(jìn)一步使床溫不穩(wěn)定和燃燒惡化；床壓過高往往因流化風(fēng)量增大，使床溫控制困難、冷渣器負(fù)荷超載、水冷壁磨損加劇，降低了鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在鍋爐投產(chǎn)初期，多次發(fā)生冷渣器進(jìn)渣管堵塞、分離室至1#冷卻室的排渣通道“貓洞”堵塞、旋轉(zhuǎn)排渣閥堵轉(zhuǎn)、排渣閥連接銷拉斷等現(xiàn)象，通過改善入爐煤粒度、改進(jìn)運(yùn)行操作、改進(jìn)給煤機(jī)運(yùn)行方式、提高冷渣器一次風(fēng)量等有效措施，能消除冷渣器堵塞的問題，而冷渣器穩(wěn)定運(yùn)行往往又是保持床壓穩(wěn)定的重要條件。

4 停爐操作

鍋爐停爐過程操作包括從額定負(fù)荷逐漸減小到滅火停爐的整個(gè)操作過程。操作程序主要分兩大階段。第一階段是負(fù)荷逐漸降低階段，操作為先緩慢將負(fù)荷減至200 t/h左右，然后穩(wěn)定一段時(shí)間，此過程的床溫變化率要保持穩(wěn)定，而且需要控制在-3～-5 ℃/min范圍。在床溫減低到760 ℃以后，可以進(jìn)入第二階段，這一過程床溫波動(dòng)較大，僅通過調(diào)整給煤量和流化風(fēng)量難以滿足要求，這時(shí)床溫變化率加大，給煤不能充分燃燒，此時(shí)，需通過啟動(dòng)2支油槍來提高油量，從而控制床溫的下降速度，防止床溫下降過快。當(dāng)床溫降至650 ℃時(shí)，停止給煤機(jī)，但確保最低一次風(fēng)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)的氧量上升19%以上時(shí)，確認(rèn)爐內(nèi)的燃料情況，直到燃盡。當(dāng)床溫進(jìn)一步降到400 ℃時(shí)，鍋爐開始停爐冷卻，關(guān)閉所有風(fēng)機(jī)運(yùn)行，自然冷卻到110 ℃以下，可進(jìn)行通風(fēng)冷卻。

停爐過程中，汽包金屬降溫速率小于56 ℃/h，同時(shí)應(yīng)該保證汽包上下壁溫差小于56 ℃，爐膛出口的旋風(fēng)分離器金屬降速低于112 ℃/h。停爐降溫的過程中，也應(yīng)該同時(shí)確保爐墻正常的降溫速度。停爐過程還要保證爐膛內(nèi)燃料燃盡，防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦。所以，在未使鍋爐充分冷卻、氧量尚未接近或到達(dá)空氣中的比例之前，應(yīng)繼續(xù)保持鍋爐的各風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

鍋爐在熄火停爐以后，如果爐膛內(nèi)仍存在大量的熱床料，這時(shí)會(huì)使鍋爐汽包壁的上下金屬溫差不易控制，那么，操作上可以將汽包維持在高水位，目的是讓汽包處于爐水的保護(hù)下，保持壁溫在允許的溫度差范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

雖然410 t/h CFB鍋爐的啟動(dòng)過程復(fù)雜，但是經(jīng)過優(yōu)化后可以將鍋爐點(diǎn)火時(shí)間控制在8～10 h，柴油量控制在40 t以內(nèi)，正常運(yùn)行時(shí)鍋爐最大穩(wěn)定負(fù)荷為410 t/h，最低穩(wěn)定負(fù)荷為200 t/h，使該項(xiàng)目410 t/h CFB鍋爐長周期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行近400 d。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]