循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)中的問題及改進(jìn)措施

和秋軍

摘要：循環(huán)流化床鍋爐具備污染物把控成本低、對(duì)燃煤的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，然而冷啟動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)、成本高是限制其進(jìn)步的弊端。對(duì)于該鍋爐在啟動(dòng)時(shí)多次出現(xiàn)油槍熄火、床溫溫度波動(dòng)等情況，經(jīng)過對(duì)油槍進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)點(diǎn)火操作進(jìn)行整改、對(duì)床料的厚度進(jìn)行啟動(dòng)、再分配煤粉粒徑等技術(shù)手段，對(duì)它的點(diǎn)火效率進(jìn)行提升，以此來對(duì)點(diǎn)火的成本進(jìn)行減小。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;冷態(tài)啟動(dòng);運(yùn)行探討

引言

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是一種新型鍋爐，燃料種類繁多，污染物排放幾乎為零。 由于其燃燒原理與煤粉爐的燃燒原理不一樣，因此在裝置啟動(dòng)時(shí)會(huì)受到各種條件的限制，并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、燃料消耗高以及風(fēng)道燃燒器溫度過熱等情況。所以，對(duì)其如何能夠更安全、更經(jīng)濟(jì)、更有負(fù)荷地進(jìn)行啟動(dòng)，同時(shí)符合國(guó)家有關(guān)節(jié)能降耗的標(biāo)準(zhǔn)是一門值得探討的課程。某鋼鐵廠有一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，主要負(fù)責(zé)該鋼鐵集團(tuán)公司總廠和礦山的電力生產(chǎn)。它是生產(chǎn)過程里的關(guān)鍵能源生產(chǎn)單位，預(yù)計(jì)年發(fā)電量為13.5億千瓦時(shí)。

1.現(xiàn)狀分析

該燃煤鍋爐是根據(jù)循環(huán)流化原理安排煤的燃燒過程，其主要特點(diǎn)是大量攜帶燃料的高溫固體顆粒物所進(jìn)行的循環(huán)燃燒。固體顆粒充盈整個(gè)熔爐，處于懸浮且強(qiáng)烈混合的燃燒模式，然而，與一般的燃煤爐中發(fā)生的純懸浮燃燒過程相比，該燃燒室中的顆粒濃度比燃煤爐中的濃度大得多，同時(shí)有著明顯的揪粒成閉和在床層物料中顆粒間混合，顆粒與氣體之間的相對(duì)速度較大，這明顯與基于氣動(dòng)運(yùn)輸辦法的煤粉的懸浮燃燒過程全部不同。

該鍋爐在低溫狀態(tài)下啟動(dòng)，首先床下風(fēng)道的油槍開始工作，爐床溫度的加熱速率通過把控點(diǎn)火油槍的輸出和油槍的數(shù)量來管理，當(dāng)床層溫度升至560 ℃時(shí)，開始進(jìn)行脈沖供煤，根據(jù)煤燃燒的響應(yīng)速度和床層溫度的變化情況，在取得平均床層溫度與氧氣含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系之后，油槍的出力可以慢慢減少，煤量的脈沖增加量根據(jù)床溫可以平穩(wěn)提高。當(dāng)平均床溫達(dá)到700 ℃時(shí)，根據(jù)燃燒情況，風(fēng)道燃燒器的油槍將停止運(yùn)行。

以現(xiàn)在的裝置冷態(tài)啟動(dòng)問題來說，從點(diǎn)火到投煤燃燒穩(wěn)定退出油槍，關(guān)鍵問題如下：

（1）油槍多次熄火，油料燃燒不充足，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)環(huán)保在線監(jiān)督體系都沒辦法投入，環(huán)保壓力大;（2）床料粒徑差異大，前后壁床層溫度差異大，造成鍋爐受熱面出現(xiàn)傳熱不均衡，對(duì)它的運(yùn)行安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。（3）鍋爐升溫和增壓速度緩慢，風(fēng)道燃燒器壁溫超過規(guī)劃值（1 150℃），床溫僅升高30℃/ h，與規(guī)劃值（≤100）℃/ h）相差甚遠(yuǎn)，比較高的燃油消耗、裝置啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，很難達(dá)到它規(guī)劃的參數(shù)值。

2.問題產(chǎn)生的主要原因

2.1啟動(dòng)料層厚度不合理，燃煤粒徑大、小不均勻

（1）點(diǎn)火初期，鍋爐床料厚度偏于設(shè)計(jì)值上限，床層溫度溫升緩慢，油槍出力隨之增大，導(dǎo)致點(diǎn)火風(fēng)道壁溫瞬時(shí)超溫，運(yùn)行人員采用大風(fēng)量進(jìn)行降溫，隨之造成燃燒上移，床料局部流化不良而分層，導(dǎo)致蓄熱能力降低，投煤初期床層溫度更加不穩(wěn)定，引起鍋爐床溫大幅波動(dòng)或上升緩慢，不易帶負(fù)荷。

（2）觀察分析初期點(diǎn)火各項(xiàng)數(shù)據(jù)，燃煤粒徑d50數(shù)值偏大，鍋爐原料設(shè)計(jì)主要為攀枝花周邊煤矸石，其煤的品質(zhì)差異很大，時(shí)常出現(xiàn)大塊煤矸石與細(xì)料抱團(tuán)粘結(jié)后堵塞碎煤機(jī)的底篦，降低其透料性，亦即降低破碎機(jī)出力，特別是當(dāng)煤粘結(jié)嚴(yán)重時(shí)，部分大顆粒通過旁路大量涌入爐膛，造成爐膛床層壓力偏高;為避免鍋爐啟動(dòng)初期爐膛結(jié)焦，用高壓一次風(fēng)量進(jìn)行強(qiáng)制流化，導(dǎo)致鍋爐燃煤分層，大顆粒在密相區(qū)運(yùn)動(dòng)，只有相當(dāng)小一部分顆粒到稀相區(qū)，傳熱效果不明顯，床層溫度呈單調(diào)遞減，鍋爐啟動(dòng)過程中升溫升壓速度緩慢，投油運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2點(diǎn)火操作不當(dāng)，油槍點(diǎn)火困難及不完全

（1）循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年來興起的環(huán)保型鍋爐，屬于微正壓爐，區(qū)別于負(fù)壓煤粉爐。鍋爐采用中心回油式油槍，通過機(jī)組軟邏輯判斷油槍出力正常與否，為最大限度實(shí)現(xiàn)風(fēng)道燃燒器燃燒穩(wěn)定，控制系統(tǒng)捕捉到油槍兩次壓力異常后關(guān)閉油系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

（2）風(fēng)道燃燒器主、副流化風(fēng)量配比不當(dāng)，火焰根部脫火或缺氧，造成油槍燃燒時(shí)好時(shí)壞，嚴(yán)重影響燃燒效果甚至頻繁熄火。

3.解決措施

3.1動(dòng)態(tài)調(diào)整一、二次風(fēng)風(fēng)壓，嚴(yán)格控制床料厚度及入爐煤顆粒

（1）徹底解決床料厚度偏離設(shè)計(jì)值引起床溫不平衡問題，組織各類專業(yè)人員對(duì)機(jī)組點(diǎn)火初期的各項(xiàng)問題進(jìn)行攻關(guān)，分析認(rèn)為，問題的解決從運(yùn)行的角度入手，在不影響環(huán)保排放指標(biāo)的條件下，可以改變一、二次風(fēng)量配比，適當(dāng)增加二次風(fēng)壓，降低一次風(fēng)剛性擾動(dòng)，保證爐膛橫斷面環(huán)流貧氧區(qū)有充分的氧氣供應(yīng)的同時(shí)，嚴(yán)格控制床料厚度在 700～800 mm，加速高濃度物料顆粒的傳質(zhì)和載熱過程，促進(jìn)爐膛內(nèi)部物料的溫度平衡。

（2）根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)嚴(yán)格控制入廠煤的各種指標(biāo)，煤場(chǎng)實(shí)行定制化管理。當(dāng)儲(chǔ)煤量達(dá)到要求時(shí)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷合理安排進(jìn)煤時(shí)間并進(jìn)行劃區(qū)域堆放，嚴(yán)格控制粒度≤10 mm，杜絕因進(jìn)煤干濕程度不一，部分濕煤堵塞破碎系統(tǒng)底篦，降低其透料性，降低破碎機(jī)出力，造成大量粗顆粒通過旁路涌入爐膛，導(dǎo)致床料厚度偏厚引起床溫不均。

3.2油槍改造

為徹底解決發(fā)電廠原點(diǎn)火系統(tǒng)霧化效果較差，容易出現(xiàn)噴嘴堵塞，冷爐點(diǎn)火時(shí)冒黑煙現(xiàn)象嚴(yán)重，節(jié)能降耗及環(huán)保壓力大的問題。將油槍改為壓縮空氣霧化油燃燒器油槍，利用流體力學(xué)兩相流理論，將低壓霧化介質(zhì)（壓縮空氣）注入到低壓油里面，在固定的混合腔內(nèi)混合，形成油包氣的特定流態(tài)——?dú)馀萘?，利用氣泡的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、變形，直至在槍頭出口處形成氣泡內(nèi)外壓力差，通過其壓差使氣泡漲裂霧化燃燒，加之其結(jié)構(gòu)特性，燃燒比較完全。解決了冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，油槍熄火，煙囪冒黑煙現(xiàn)象等問題，且大幅降低了節(jié)能降耗及環(huán)保壓力。

3.3 強(qiáng)化冷態(tài)啟動(dòng)前期工作

（1）點(diǎn)火前確認(rèn)油槍燃油壓力、控制邏輯正常，做到風(fēng)量、油壓匹配，確保一次性點(diǎn)火成功。（2）熟練掌握冷態(tài)啟動(dòng)的相關(guān)控制邏輯，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)參數(shù)異常時(shí)，運(yùn)行人員安全、快速調(diào)回正常參數(shù)，最大限度減小設(shè)備損壞，降低點(diǎn)火成本。（3）鍋爐啟動(dòng)初期入爐煤熱值和揮發(fā)份按設(shè)計(jì)值高限配比，嚴(yán)格執(zhí)行脈沖給煤規(guī)定。動(dòng)態(tài)調(diào)整燃油風(fēng)量，根據(jù)氧量將一、二次風(fēng)量調(diào)至最佳比例。

3.4煤場(chǎng)實(shí)行定制化管理，控制好入爐煤粒度

依據(jù)鍋爐規(guī)劃的參數(shù)，嚴(yán)格監(jiān)控進(jìn)煤的各種標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行量身定制的管理。在儲(chǔ)煤量符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須按照機(jī)組負(fù)荷合理地安排進(jìn)煤時(shí)間，并且必須將煤堆放在指定區(qū)域內(nèi)，以防止程度不一樣的干濕煤，其中部分濕煤沒有翻曬就進(jìn)入破碎系統(tǒng)，造成該體系的底篦被堵塞，降低它的滲透性，就是減少破碎機(jī)的出力，使大量的粗顆粒通過旁路流入熔爐。

結(jié)語

因?yàn)樵撳仩t具備粉煤鍋爐不能相比較的各種優(yōu)勢(shì)，并且在火電行業(yè)得到廣泛認(rèn)可，然而，因?yàn)橹T如設(shè)計(jì)、安裝、操作等的各種原因的限制，在冷啟動(dòng)的初始階段的能量節(jié)省和消耗的減少總是不能令人滿意。經(jīng)過油槍、煤粉粒度和運(yùn)行方式（床溫的優(yōu)化）的改進(jìn)，對(duì)它的冷啟動(dòng)問題基本得到了處理，電廠每年啟動(dòng)約3次，每年至少節(jié)省50噸，總體上節(jié)能降耗成本至少80萬元，節(jié)能環(huán)保壓力也大大減輕。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁鼎成，楊國(guó)明，張香蘭，劉德錢，劉金昌，解強(qiáng).循環(huán)流化床粉煤灰合成地聚物反應(yīng)機(jī)制及工藝參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J/OL].煤炭學(xué)報(bào)：1-11[2021-03-19].https：//doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.QJ20.2021.

[2]陳磊，黃孺國(guó).大型煤化工裝置循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期運(yùn)行研究與探索[J].化肥設(shè)計(jì)，2021，59（01）：45-47+56.

[3]楊瑯.循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能增效改造總結(jié)[J].節(jié)能與環(huán)保，2021（02）：34-35.

[4]楊國(guó)鋒，李光輝.循環(huán)流化床鍋爐爆管原因分析及解決措施[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2021（03）：95-96+99.

[5]周厚勇.循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)中的問題及改進(jìn)措施[J].冶金動(dòng)力，2020（12）：40-43.

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