個淺談440 t/h循環(huán)流化床鍋爐摻燒無煙煤時如何優(yōu)化運行參數(shù)及點火操作要點

(華電天津分公司，天津 300000)

0 引 言

煤炭是我國的主要能源，循環(huán)流化床鍋爐(以下簡稱CFB)是上個世紀90年代迅速發(fā)展起來的，在燃煤鍋爐占有一席之地。CFB燃燒方式有別于常規(guī)煤粉爐，其CFB下部密相區(qū)存有大量的高溫床料，如按總量計算，投煤量所占僅為1.5%左右，這些高溫物料在5分鐘內(nèi)能把燃料加熱到著火溫度，這是CFB主要的優(yōu)點。因有衛(wèi)燃帶(底火)燃燒穩(wěn)定性好不易滅火、可燃用燃料范圍寬，在難燃煤種、低熱值煤種摻配燃燒利用方面發(fā)揮了重要作用。

1 燃用無煙煤

國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整供給側改革，燃煤鍋爐用煤相對緊張，鍋爐設計煤種無法保證，合理控制入爐煤價格，拓寬CFB鍋爐用煤范圍；同時山西晉城、福建龍巖等地無煙煤儲量豐富，煤炭低廉，有效降低發(fā)電供熱成本，燃用無煙煤是有可以的。

廠燃用是山西晉城無煙煤礦業(yè)的成莊礦和寺河礦，在燃用無煙煤時出現(xiàn)各種各樣的現(xiàn)象，如：床溫高、床壓低、帶負荷困難、飛灰含碳量高、啟動困難等，鍋爐點火時會因運行人員操作不當時可能出現(xiàn)爆燃的現(xiàn)象，導致受熱面短時溫度上升過快，結合流化床燃燒特點，根據(jù)負荷曲線，合理摻燒無煙煤。

1.1 無煙煤特性

無煙煤是具有最長的地質(zhì)年齡和最高的碳化程度煤種，其表面顏色為黑色，斷口面有金屬光澤，用手指摩擦無煙煤不致染污；且不易破碎，燃燒時火焰短而少煙，便于運輸和貯存；固定碳的含量高達90%以上，揮發(fā)分、水分、灰分含量低，工業(yè)分析見表1。

表1該廠無煙煤的工業(yè)分析

通過以上分析，可以看出無煙煤的發(fā)熱量高，意味著C含量高而其它元素如H、O、N、S等含量較小，在受熱裂解時，就會放出較少的揮發(fā)份，著火困難不易燃盡，燃燒效率低。

1.2 鍋爐和輸煤系統(tǒng)概況

電廠擁有2臺135 MW CFB鍋爐，與東方汽輪機N135-13.24/535/535型汽輪機和山東濟南發(fā)電設備廠WX21Z—OJS.461.401型135MW密閉循環(huán)式空氣冷卻發(fā)電機配套。鍋爐詳細參數(shù)見表2。

表2鍋爐銘牌

CFB鍋爐采用床下點火。左右兩側點火風道中各配備一只油槍燃燒器，點火增壓風機負責提供燃燒用風，兩只油槍的每小時最大耗油量2.5 t。兩只油槍將床溫加熱至600 ℃后，啟動給煤機調(diào)整給煤量，溫升率控制在1.5 ℃/min內(nèi)，最大不超3 ℃/min。油燃燒器詳情見表3。

表3油燃燒器技術特性

這個廠以鐵路來煤為主，汽車來煤為輔，鐵路來煤卸煤是通過二臺門式斗鏈卸車機加二臺橋式抓斗起重機。采用皮帶式進行輸送煤炭，由A、B側組成，運行方式為一運一備。皮帶輸送煤量400 t/h，V=2.0 m/s。能夠滿足摻燒輸送能力。

2 優(yōu)化運行參數(shù)提高鍋爐效率

燃煤電(熱)廠主要成本是煤炭，根據(jù)當前煤炭市場行情，加上車板費，其燃料成本高達70%以上；同時面對電價競價上網(wǎng)、鍋爐利用小時降低、檢修維護材料成本高，燃煤發(fā)電廠生存環(huán)境嚴峻，合理摻燒是有必要的，能夠有效降低發(fā)電成本，當燃用非設計煤種(無煙煤)會帶來一系列的問題，因其煤種低位發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分發(fā)生改變，會影響CFB鍋爐相關參數(shù)，如：床溫、床壓、飛灰含碳、灰渣、輔機電耗、受熱面磨損、鍋爐效率等。為保證鍋爐安全經(jīng)濟運行，對床層壓力、床層溫度、飛灰含碳和轉機電耗等重要參數(shù)，進行必要優(yōu)化調(diào)整，使之滿足安全可靠節(jié)能環(huán)保要求。

2.1 摻燒摻配簡析

CFB摻燒方式是將不同煤種按照一定的原則均勻混合在一起，與煤粉爐分倉摻燒完全不同。CFB鍋爐如果摻燒不當?shù)脑?，CFB鍋爐會出現(xiàn)效率降低、床溫升高、床壓降低、煤耗增大、風機電耗上升、環(huán)保排放超標等情況，因此摻燒的合理性十分重要。

根據(jù)CFB鍋爐蒸發(fā)量和燃燒情況，制定合理配煤的方案，使CFB鍋爐在安全經(jīng)濟環(huán)保的條件下可靠運行。卸煤時堆煤，按照煤炭低位發(fā)熱量和全硫，分區(qū)域存放，使用推煤機和抓斗均勻摻配；鍋爐上煤時摻燒，使用抓斗取煤，將無煙煤和煙煤充分混合在同一條輸煤皮帶上進行摻配。無煙煤摻燒比例按照1∶1(全硫小于0.7)；1∶2(全硫大于0.7小于1.0)；1∶3(全硫大于1.0小于2.5)。

2.2 優(yōu)化床壓以滿足鍋爐負荷

CFB鍋爐帶負荷依靠循環(huán)物料，物料主要包含煤炭、石灰石顆粒、亞硫酸鈣、硫酸鈣、燃燒后生成的灰分等，這些固體物料是CFB鍋爐重要傳熱介質(zhì)。鍋爐負荷增加時，物料向爐膛內(nèi)受熱面(水冷壁、屏過及屏再等)傳遞熱量增加，使鍋爐的產(chǎn)汽量上升；如果此時爐膛內(nèi)物料不夠，受熱面吸收熱量不足，導致爐膛內(nèi)傳熱率低，鍋爐蒸發(fā)量不能滿足生產(chǎn)要求。

當燃用無煙煤時，鍋爐帶同樣的負荷，給煤量減少，灰分量變小，床壓降低，物料會減少，不利于鍋爐帶滿負荷。床層壓力低時，物料量少，儲熱量也少，爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)內(nèi)物料循環(huán)率低，鍋爐帶負荷困難。為保證鍋爐正常帶負荷，鍋爐運行中應將床壓控制在11～12 kPa，床壓控制通過冷渣器轉速調(diào)整或返料器底部排放細灰。

2.3 優(yōu)化床溫提高燃燒效率

CFB鍋爐床溫高低，影響床料結焦安全性和環(huán)保指標排放及鍋爐燃燒效率改變，所以燃用無煙煤時，首先考慮鍋爐安全環(huán)?？煽窟\行，其次考慮經(jīng)濟運行。當燃用無煙煤時，無煙煤工業(yè)分析得出灰熔點變形溫度是1 350 ℃，要控制料層床溫始終低于灰熔點150 ℃以上，不發(fā)生高溫結焦事故。無煙煤的低位發(fā)熱量高達6 500 kcal，對爐膛內(nèi)受熱面?zhèn)鳠嵊绊戄^大，屏式受熱面和床層溫度出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，控制受熱面不超溫，保證鍋爐燃燒效率，根據(jù)灰熔點溫度，經(jīng)過多次摸索，優(yōu)化床溫在890～950 ℃之間，平衡了安全和經(jīng)濟二者的關系。

2.4 優(yōu)化一二次配風方式降低飛灰含碳

飛灰含碳對于CFB鍋爐影響嚴重，這些未燃盡飛灰在尾部受熱面上積聚，達到可燃條件時會發(fā)生飛灰再燃燒事故，損壞省煤器和空預器；由于無煙煤可燃基揮發(fā)分一般在6.5%～10%范圍，可以看出揮發(fā)分很低，難于著火和飛灰含碳量高，飛灰含碳達到一定時，機械熱損增大，影響鍋爐經(jīng)濟性。

飛灰含碳高的一般原因有揮發(fā)分低、燃燒時間不夠、含氧量不足、分離器效率低、燃煤粒徑分布不合理等方面。降低飛灰含碳量方法有，提高燃燒溫度，加快揮發(fā)分析出，促進燃燒；優(yōu)化一、二次配風方式，調(diào)整一次風量在13～16萬，保證一次流化風量安全，減少夾帶和揚析，調(diào)整二次風壓6 kPa，增加二次的剛性，消除貧氧區(qū)，二次風量根據(jù)氧量調(diào)整，實現(xiàn)分級送風，從而降低飛灰含碳量。利用檢修時對分離器中心筒進行檢查應完好無變形；定期對粗碎和細碎及滾筒篩進行檢查裝置設備完好無磨損。

2.5 優(yōu)化送風量降低風機電耗

CFB鍋爐風機電耗占廠用電的60%左右，合理降低風機電耗是有必要的，另外風量的增大導致鍋爐受熱面磨損加劇，增加受熱面爆管概率。

一次風機作用充分流化床料、提供一定的氧氣、冷卻床層溫度；二次風機要求風速大于一次風速，實現(xiàn)分級燃燒控制還原氣氛，調(diào)節(jié)氧量。在床料充分流化的條件下(床溫正常、排渣良好)，優(yōu)化一次風量，減少一次風機電耗，同時磨損量與風速三次方成正比，減少受熱面磨損量，提高鍋爐安全可靠運行；將下二次風門關至50%，上二次風門全開100%，優(yōu)化二次送風量，增強二次風穿透擾動效果，實現(xiàn)分級燃燒，控制環(huán)保指標；合理降料層阻力，減少風機出口阻力，即減少風機電耗。

3 摻燒無煙煤對鍋爐點火啟動時影響

燃用設計煤種時，可燃基揮發(fā)分在25%～28%煙煤著火容易，床層溫度在450 ℃時開始脈沖投煤。該廠在燃用無煙煤點火時，床溫550 ℃開始脈沖投煤，因著火困難，未燃燒的煤積聚起來，后期出現(xiàn)床溫變化率達35 ℃/min出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，汽溫、汽壓大幅度上升，超過溫升曲線范圍，汽輪機差脹超標跳機，鍋爐受熱面出現(xiàn)嚴重熱偏差，嚴重威脅機組安全運行。

3.1 燃用無煙煤點火的操作要點

CFB鍋爐點火啟動前，保證布風板上有合格的床料。啟動物料較厚時，物料多，需要的熱量也多，油槍耗油量增多，延長啟動時間；啟動物料較薄時，物料少，容易導致布風板過熱，嚴重時床料結焦，所以啟動物料厚度決定鍋爐啟動速度和安全性，通?？刂茊游锪虾穸仍?50～800 mm，床料粒度在9 mm以下，啟動物料中含碳量小于1%，保證鍋爐安全和經(jīng)濟運行。點火前對給煤機入口煤進行化驗揮發(fā)分含量；點火前油槍霧化試驗合格；爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)投入正常。

一、二次配風非常重要。若是配風不合理，風量過大，熱量和床料損失多，床溫上升率達不到要求，影響啟動點火時間，耗油量增加；風量過小，冷態(tài)床料流化不均勻，容易產(chǎn)生床層結焦，據(jù)統(tǒng)計分析CFB鍋爐結焦60%的情況發(fā)生在點火投煤階段，點火初期控制一次風量10萬/小時，二次風量3萬/小時，二次風門開至20%，可以合理平衡安全與經(jīng)濟之間的關系。

首先啟動一側油槍，半個小時后切換另外一側，控制床溫升速率80～100 ℃/h，點火后加強對點火風道巡視；床溫升至450 ℃時暖爐60分鐘，使鍋爐金屬和澆注料膨脹均勻；床溫超過500 ℃時，增加一次風量至臨界流化風量以上(12萬)，使床料流化，建立物料循環(huán)；床溫升至595 ℃時，準備啟動給煤機進行點動投煤，控制給煤機最小的流量，在爐前墻傾聽落煤管內(nèi)的聲音，監(jiān)視煙氣含氧量和床溫變化率，控制最大不超變化率3 ℃/min；床溫達到690 ℃時，就地通過觀火孔能夠看到火星，緩慢增加一次風量至13萬/小時，同時增加煤量，監(jiān)視煙氣含氧量有無降低及床溫變化率增大現(xiàn)象，根據(jù)氧量變化率運行人員及時調(diào)整給煤量；按上述操作緩慢將床溫升至890 ℃，全面檢查鍋爐整體膨脹情況。

通過以上可以看出來，把握好以下操作要點，床料厚度和粒度合格、油槍著火良好、一二次配風合理、暖爐時間足夠、投煤時機適當，控制住以上要點，能夠有效避免鍋爐在點火過程中出現(xiàn)爆燃和結焦事故，使鍋爐安全穩(wěn)定投入運行。

4 結束語

根據(jù)CFB鍋爐的特點，燃用性價比高的無煙煤，從而提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。該廠在燃用無煙煤點火時對出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象進行認真總結，經(jīng)過摸索和大量的試驗，成功解決了由于無煙煤的熱值高揮發(fā)份低，點火困難問題；由于煤質(zhì)偏離設計煤質(zhì)較大，通過不斷優(yōu)化運行參數(shù)，鍋爐可以狀態(tài)良好穩(wěn)定運行，為同類型電廠在摻燒無煙煤時，提供了一定經(jīng)驗。