350 MW超臨界循環(huán)流化床機組啟動優(yōu)化措施及節(jié)能分析

顏 毅，邱祥萬

(1.黔西南州元豪投資有限公司，貴州 興義 562400；2.重慶杰沃科技有限公司，重慶 401320)

火力發(fā)電廠是能源消耗大戶，提高能源利用率和降低能源消耗是發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)努力追求的目標(biāo)。在機組啟動過程中須根據(jù)實際運行情況，不斷優(yōu)化機組啟動方式，總結(jié)經(jīng)驗，以達到節(jié)能增效的目的。超臨界機組參數(shù)高，水質(zhì)要求嚴(yán)格，沖洗耗水量大，機組全冷態(tài)啟動所需時間較長。因此，減少機組啟動期間輔機電量、燃煤(油)和水等能源的損耗，對于提高機組的經(jīng)濟效益有著重要的意義。

1 設(shè)備簡介

某廠鍋爐型號為DG1127/25.4—Ⅱ1，是由東方鍋爐股份有限公司自主研發(fā)的350 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒方式，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進行氣固分離，一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機雙列配置，點火油槍配置6支床上油槍和4支床下油槍，出力分別為1 500 kg/h和1 190～1 350 kg/h。汽輪機是東方汽輪機有限公司生產(chǎn)的350 MW超臨界、 一次中間再熱、單軸、高中壓合缸、兩缸兩排汽、濕冷、凝汽式汽輪機，型號為N350-24.2/566/566-3，1臺機組配置2臺50%容量汽泵，兩臺機組共用1臺35%容量電泵，工作時根據(jù)需要將電泵切換至某臺機組運行。

2 傳統(tǒng)啟動方式能耗介紹

按廠家提供的機組冷態(tài)啟動曲線和說明書中的規(guī)定，從鍋爐點火啟動到機組并網(wǎng)約14 h，在實際啟動中，進行部分優(yōu)化后啟動后也大約需要13 h才能并網(wǎng)，機組冷態(tài)啟動1次約耗油80 t，啟動用電量約10萬kW·h，啟動用煤量約150 t標(biāo)煤。按現(xiàn)有柴油、煤、電價計算，每次冷態(tài)啟動費用為70余萬元(未計算啟動用水)。機組啟動成本高，給企業(yè)帶來負(fù)效益，同時也不符合國家節(jié)能降耗要求。

3 機組啟動的優(yōu)化措施

3.1 利用汽泵前置泵上水

鍋爐啟動時通常采用電泵上水，鍋爐沖洗和啟動時要求流量較小，電動給水泵較多時間處于再循環(huán)狀態(tài)，給水泵有效功率利用率低，給水泵耗電量大。電動給水泵額定功率為6 000 kW/h，是全廠功率最大的設(shè)備，一直使用電泵上水將造成很大浪費。機組冷態(tài)啟動點火前采用汽泵前置泵上水，流量易控制，壓頭較低，在滿足鍋爐上水的同時可以很好地避開電泵上水帶來的副作用，同時也節(jié)約大量的廠用電，對于降低機組啟動能耗具有積極的意義。

3.2 利用臨機加熱啟動[1-2]

在機組啟動前，可采用再沸騰加除氧器，并啟動給水泵前置泵進行冷態(tài)沖洗，直至除氧器水溫達到100～110 ℃。利用鄰機輔汽系統(tǒng)向2 #高壓加熱器供汽，將鍋爐溫度緩慢提升至180～190 ℃時，再進行熱態(tài)沖洗，熱態(tài)沖洗合格再點火啟動。在整個機組啟動過程中，鄰機輔助蒸汽對2#高壓加熱器持續(xù)加熱以提高給水溫度，給水將鍋爐各部件有效加熱，可增加啟動速度，減少投油量。

3.3 采用汽動給水泵啟動

鍋爐點火前至機組并網(wǎng)，全程利用汽動給水泵完成。首先利用臨機輔汽沖轉(zhuǎn)1臺小機完成鍋爐冷態(tài)大流量沖洗直到機組點火，再沖轉(zhuǎn)另外1臺小機至3 000 r/min備用，在機組并網(wǎng)前再并入系統(tǒng)運行，保證并網(wǎng)后機組的安全。

3.4 單側(cè)一次風(fēng)機啟動

循環(huán)流化床鍋爐普遍存在風(fēng)機選型偏大的問題，風(fēng)機出力裕量大。同時在傳統(tǒng)的機組啟動方式中，為保證運行安全，均使用雙側(cè)一次風(fēng)機啟動方式。這樣不但消耗了較大的廠用電量，而且大風(fēng)量會將床料熱量帶走。根據(jù)經(jīng)驗，循環(huán)流化床鍋爐單側(cè)一次風(fēng)機在并網(wǎng)后，接帶負(fù)荷在20%～25%都能保證機組安全運行，鍋爐點火后保持單側(cè)一次風(fēng)機運行，并網(wǎng)后再啟動另外一側(cè)一次風(fēng)機并入系統(tǒng)運行，這樣可大大節(jié)約啟動電量。

3.5 選擇床料粒徑和料層厚度

當(dāng)粒徑大于8 mm的料粒達到15%以上時，鍋爐將會出現(xiàn)流化不良現(xiàn)象[3]。如果細(xì)顆粒太多則會在啟動過程中被帶出爐膛，浪費熱量。啟動過程中的床料粒徑一般控制在0.2～5 mm，0.2 mm以下的不應(yīng)超過20%。床料過厚會增加燃油耗量，床料層過薄會使床壓過低，鍋爐各區(qū)溫度都會呈現(xiàn)出升高趨勢，進而導(dǎo)致投煤后床溫升高過快不容易控制，影響機組安全穩(wěn)定啟動[4]。

循環(huán)流化床鍋爐啟動床料是有一定要求的，廠家規(guī)定床層厚度為800 mm，為了減少流化后床料流失，采用低床層進行機組啟動，可使床溫達到投煤點時間大大縮短，油槍撤出時間大大提前，油耗也就降低。另外，為了解決低床料啟動過程中床溫高的問題，在料倉內(nèi)存放一定的床料，根據(jù)床溫適時進行補充，保證床溫在可控范圍內(nèi)。降低床料厚度[5]至660 mm左右，中期加適當(dāng)床料，控制床溫溫升。通過低床料啟動的優(yōu)化，床溫達到投煤點時間由原來的6 h縮短到4 h，從投煤到燃燒穩(wěn)定達到退出油槍條件的時間由原來的2 h縮短為1 h。機組冷態(tài)啟動油耗由原來的80 t，減少到現(xiàn)在的14 t，節(jié)油效果明顯。

3.6 點火用煤的選擇

3.6.1 揮發(fā)分的影響

煤的著火性能主要指標(biāo)是著火溫度。但煤的著火溫度并不是一個物理常數(shù)，只是在一定條件下得到的相應(yīng)特性值。煙煤中揮發(fā)分主要是氫元素，發(fā)熱量為碳的3～8倍，煤中揮發(fā)分越高，對著火越有利。

圖1 著火溫度與可燃基揮發(fā)分的關(guān)系

3.6.2 水分和灰分的影響

燃煤的水分對鍋爐工作的影響很大。燃煤中水分多，需要大部分熱量將其加熱到飽和溫度，再加熱到過熱蒸汽溫度，大量熱量被煤中水吸收，影響煤吸熱，增加著火時間。加熱灰分需要大量的熱量，會妨礙可燃質(zhì)與氧的接觸，增加燃料著火和燃燒的困難，同時影響火焰?zhèn)鞑ニ俣?。如圖2所示。

圖2 煤中灰分、水分對理論燃燒溫度的影響

鍋爐點火時對煤質(zhì)的要求較高，選用煙煤啟動時投煤溫度可降低到350 ℃[6]，煙煤揮發(fā)分應(yīng)在25%[7]以上，全水(Mt)水分不應(yīng)高于5%，內(nèi)水水分在(Mad)3%以下，灰分控制在30%以下，這樣停油槍時間可減少2 h。

3.7 增大油槍出力

循環(huán)流化床鍋爐床溫盡快達到投煤溫度的另一個關(guān)鍵，就是床下油槍的出力，床上油槍為輔[8]。油槍出力大，燃燒溫度高，床溫上升快。針對實際情況對床上油槍霧化片規(guī)格進行改造，A1、A3床上油槍由1.2 t/h增大到現(xiàn)在的1.5 t/h，A2、A4床上油槍由0.8 t/h增大到現(xiàn)在的1.35 t/h，出力增大，溫升也就加快了。如果床溫上升過快可以采用降低燃油母管壓力的方式來調(diào)整油槍出力，或者采用切換油槍運行方式給予解決，二者都能很好地控制床溫的溫升率，在保證機組安全的同時，減少燃油消耗。

3.8 降低一次、二次風(fēng)量啟動

3.8.1 一次風(fēng)量的控制

傳統(tǒng)的啟動方式通常都在冷態(tài)啟動前，對鍋爐床料做流化試驗以確定流化風(fēng)量。在鍋爐點火初期，為防止物料流化狀態(tài)不良，通常會加大最低流化風(fēng)量，但會造成點火后大量熱量被流化風(fēng)帶走，鍋爐升溫緩慢。經(jīng)過實踐，當(dāng)投入流化風(fēng)量為正常臨界風(fēng)量的40%～55%即可[9]。當(dāng)煤已經(jīng)穩(wěn)定燃燒后再逐漸開大主風(fēng)門。

3.8.2 二次風(fēng)量的控制

在鍋爐未投煤前，鍋爐氧量偏高，不需要補充助燃風(fēng)，此時啟動二次風(fēng)機完全就是為了滿足鍋爐啟動條件。二次風(fēng)機啟動后，即使在最低出力的情況下，也將造成大量的熱量被二次風(fēng)帶走，同時氧量過高，對機組啟動期間SO2的控制相當(dāng)不利。脫硫系統(tǒng)必須多啟動1臺或2臺漿液循環(huán)泵，以在啟動時達到排放標(biāo)準(zhǔn)，增加機組啟動用電量。在啟動初期增加二次風(fēng)點火條件，機組并網(wǎng)后啟動二次風(fēng)機，可逐漸加大二次風(fēng)量，降低啟動用電量。

3.9 減少鍋爐沖洗水浪費

機組啟動化驗通常不會被大家所忽略，大多數(shù)按照每小時化驗1次的要求執(zhí)行。這樣將造成機組沖洗水浪費，特別是到?jīng)_洗后期，如果不縮短化驗時間，將造成沖洗水大量浪費，同時也會影響機組啟動節(jié)點推進。機組啟動要求化驗班人員每隔半小時進行1次水質(zhì)化驗，值長實時掌握水質(zhì)情況，減少鍋爐沖洗水的浪費。

4 節(jié)能效益分析

設(shè)備技術(shù)改造和優(yōu)化啟動運行方式的節(jié)油、節(jié)電效果顯著。機組純冷態(tài)啟動時，鍋爐上水到機組并網(wǎng)的時間按13 h計算，節(jié)能效果分析如下。

4.1 改進啟動上水方式

機組冷態(tài)啟動過程中，6 kV電動給水泵平均電流由230 A轉(zhuǎn)換為380 V汽動給水泵前置泵，從鍋爐上水到機組并網(wǎng)按13 h計算，綜合節(jié)約廠用電量2.5萬kW·h。

4.2 鍋爐鄰機加熱

利用鄰機輔汽加熱系統(tǒng)加熱鍋爐給水，節(jié)約點火用油5 t左右。節(jié)約啟動時間1 h。

4.3 調(diào)整一、二次風(fēng)量

啟動過程中一次風(fēng)機電流下降40 A，引風(fēng)機平均電流為170 A，二次風(fēng)機在機組并網(wǎng)前未投入運行，從鍋爐點火到機組并網(wǎng)用時按13 h計算。單側(cè)風(fēng)機啟動每次可以節(jié)約廠用電約2.3萬kW·h。

4.4 采用低床層、采用煙煤啟動方式

實行低床層，采用優(yōu)質(zhì)啟動煤、油槍增出力等綜合措施進行優(yōu)化后，床溫達到投煤點時間由原來的6 h縮短到4 h，從投煤到燃燒穩(wěn)定達到退出油槍條件時間由原來的2 h縮短為1 h。

機組冷態(tài)啟動共計9 h，啟動時間縮短4 h，啟動油耗14 t、標(biāo)煤130 t，電量6萬kW·h，按現(xiàn)有柴油、標(biāo)煤和電費計算，冷態(tài)啟動費用約為30萬元(未計算啟動用水)，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)語

隨著電力市場需求的提升，機組調(diào)峰運行要求變高，機組調(diào)度停運次數(shù)變多。大部分機組都屬于冷態(tài)啟動，每次啟動給電廠帶來大量的人力、物力浪費，各電廠都在努力降低啟動能耗。在保證安全的條件下，只有在啟動過程中不斷地摸索與創(chuàng)新，才能給企業(yè)節(jié)約啟動資金，這同時也是國家節(jié)能降耗的必然要求。