350MW超臨界CFB鍋爐吹管技術(shù)探討

段 寶

（西安交通大學 能源與動力工程學院 西安 710049）

350 MW超臨界CFB鍋爐兼?zhèn)涑R界參數(shù)和循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的優(yōu)點，參數(shù)高、效率高、有深度調(diào)峰性能，燃用煤質(zhì)適應性強，有采取廉價爐內(nèi)石灰石脫硫及生成NOx含量低等優(yōu)勢，現(xiàn)正成為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機組的主要發(fā)展趨勢[1]。蒸汽吹管是新建鍋爐投運前的重要試運步驟，吹管質(zhì)量和工藝的控制直接影響鍋爐和汽輪機的安全運行。超臨界CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)和運行方式與同等級的超臨界煤粉鍋爐及亞臨界CFB鍋爐存在較大區(qū)別，鍋爐蒸汽吹管有差異。本文結(jié)合某2×350 MW機組的2臺超臨界CFB鍋爐實際吹管過程，對過程進行全面分析，針對性提出燃燒、給水控制要點和注意事項。

1 設備介紹

某2×350 MW機組，鍋爐均采取東方鍋爐廠設計、生產(chǎn)的DG1235/25.4-Ⅱ1超臨界CFB直流鍋爐，單爐膛、M型布置、平衡通風、一次中間再熱、采用3臺高溫蒸汽冷卻式旋風分離器進行氣固分離，其下部各布置1臺“U”閥回料器；不帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)，在負荷≥30%BMCR后，進入直流運行；鍋爐采取床下油槍點火，設置4個床下點火風道，分別從爐膛后側(cè)進入風室；前墻水冷壁下部收縮段沿寬度方向均勻均等布置10個給煤口，爐后水冷壁下部均等布置5個排渣口，鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 吹管與烘爐的結(jié)合

循環(huán)流化床鍋爐首次點火、蒸汽吹管前一階段須與點火風道、水冷風室、爐膛密相區(qū)及返料器內(nèi)的澆注料的中高溫烘爐工作相結(jié)合。中溫烘爐階段：該鍋爐投入4支點火風道內(nèi)床下油槍后，控制鍋爐平均床溫約350 ℃，維持約36 h，限定鍋爐升溫升壓的速率，此階段因燃燒能力低、蓄熱有限，僅能進行低壓力工況（不超過4.5 MPa）的試吹工作，且蒸汽溫度低（主蒸汽溫度僅可維持260～290 ℃）。高溫烘爐階段：鍋爐投煤升床溫，也須控制平均床溫約600 ℃，維持約12 h；此工況相較正常鍋爐吹管的燃燒量、平均床溫稍偏低（正常吹管時平均床溫約620～660 ℃），但可較好地將吹管與高溫烘爐結(jié)合，保證1 h約3次的降壓吹管參數(shù)。烘爐結(jié)束后，鍋爐須完全冷卻，進入爐內(nèi)或點火風道內(nèi)檢查澆注料[1]，增加停爐冷卻時間，其對于下階段鍋爐點火及其耗油量有很大影響；下階段點火投煤后可適當提高床溫，增加燃燒水平，保證正常的吹管參數(shù)。

#1鍋爐完成點火、中高溫烘爐及蒸汽吹管工作，累計耗油量502 t、耗煤1016 t，其中平均床溫350 ℃的中溫烘爐階段耗油量累計147 t；#2鍋爐完成點火、中高溫烘爐及蒸汽吹管工作，累計耗油量448 t、耗煤980 t，其中平均床溫350 ℃的中溫烘爐階段耗油量累計122 t。

3 吹管方法選擇和參數(shù)控制

3.1 吹管方法選擇

結(jié)合整個機組的制水量、吹管臨時系統(tǒng)管道的承溫能力及鍋爐控制等多方面因素，綜合判斷采取降壓吹管方法還是穩(wěn)壓吹管方法[2]。該新建機組制水量總計約為100 t/h，并考慮到再熱器至消音器外排的吹管臨時系統(tǒng)管道許用溫度為500 ℃，決定該機組采取降壓吹管的方法。實踐證明：降壓吹管相對安全可靠。如采取穩(wěn)壓吹管，須充分考慮：因吹管過程中過熱蒸汽未經(jīng)汽輪機做功冷卻而直接進入再熱器二次受熱，且因大量補水過程中除氧器加熱能力有限，給水溫度低（甚至在40 ℃以下），及其燃燒迅速增加等原因造成的過熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度迅速增加及防止臨時管道超溫的事宜；并在穩(wěn)壓吹管過程中須投入過熱器、再熱器減溫水，且燃燒量大，鍋爐控制相對復雜，風險點高；同時穩(wěn)壓吹管應進一步提高吹管臨時管道材質(zhì)，保證安全裕量。

3.2 吹管參數(shù)提高

350 MW超臨界CFB鍋爐因結(jié)構(gòu)、受熱面布置及其提高蒸汽參數(shù)的需求，鍋爐熱系統(tǒng)布置3臺汽冷式的旋風分離器，爐內(nèi)增設中溫屏式受熱面，及其中溫和高溫屏式受熱面管排管徑設置等原因，使鍋爐過熱器阻力相比同等級亞臨界CFB鍋爐、超臨界煤粉鍋爐有明顯增加，BMCR工況過熱器阻力已至1.93 MPa。為保證鍋爐吹管系數(shù)和指令，須提高吹管初參數(shù)，即開啟臨沖門時鍋爐汽水分離器工質(zhì)壓力為8.3～9.0 MPa，已接近或超過了660 MW等級的超臨界煤粉鍋爐吹管壓力，為保證吹管系統(tǒng)安全，相對臨時系統(tǒng)管道、臨沖門的承壓能力也需進一步提高。

投煤燃燒的吹管階段，350 MW超臨界CFB鍋爐的過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度約為440～455 ℃，相比同等級亞臨界CFB鍋爐和超臨界煤粉鍋爐的吹管時蒸汽溫度高。分析主要原因，因流化床燃燒煤種差，該鍋爐實際燃燒干燥無灰基揮發(fā)分約29%，穩(wěn)定燃燒的基礎溫度已至630～660 ℃，爐內(nèi)布置大量的屏式受熱面相對熱流密度大、換熱能力強[3]；且該350 MW等級超臨界CFB鍋爐未設計爐水循環(huán)泵，為保證最低的省煤器入口流量，使大量的工質(zhì)和熱量外排，及其吹管過程中給水溫度低等造成的產(chǎn)汽量少，蒸汽溫度偏高。

因超臨界CFB鍋爐吹管初參數(shù)壓力和溫度高，且鍋爐蓄熱量大，單次吹管時間長，臨沖門開啟至全部關(guān)閉時間已超過3 min，同等級鍋爐吹管參數(shù)比較，見表2。為保證吹管工作的安全，對于臨時管道的材質(zhì)、焊接質(zhì)量和膨脹、支吊、支撐等要求更高；對于吹管臨時系統(tǒng)檢查驗收，及其吹管過程中暖管、膨脹檢查，及其防止超溫超壓的調(diào)整工作必須予以重視。

表2 吹管參數(shù)比較

4 調(diào)整控制

4.1 燃燒控制

●4.1.1 前期投油燃燒

鍋爐點火、烘爐及吹管第一階段，流化風量在175～185 kNm3/h的微流化狀態(tài)，投入4支點火風道床下油槍，通過調(diào)節(jié)油槍出力，控制點火風道煙氣溫度和床溫溫升速率；因床下油槍長期投入，須加強檢查和調(diào)整，防止點火風道超溫燒損。床壓由7.7 kPa經(jīng)過40余小時下降至4.1 kPa，物料損失過多，須及時補充床料；維持鍋爐正壓，增加鍋爐內(nèi)循環(huán)量和旋風分離器的分離效率，有利于減緩床料損失[4]。因未投煤，床溫較低且物料循環(huán)量有限，鍋爐升溫升壓速率較慢，蒸汽溫度偏低，平均床溫至440 ℃未投煤前，主蒸汽溫度僅為290 ℃左右。為提高吹管效果，增加工質(zhì)比熱容，在后續(xù)吹管過程中須投煤升床溫。

●4.1.2 投煤燃燒

在吹管第一階段后期或第二階段，依據(jù)實際燃用煤種情況及時投煤增加燃燒。須合理控制投煤量、床溫、蒸汽溫度：既要保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，度過低床溫區(qū)域的燃燒不穩(wěn)定階段；又要防止因投煤量過多、床溫相對過高而造成的蒸汽溫度高、臨時系統(tǒng)超溫、升壓過快、吹管間隔時間過短，同時因大量可燃物聚集而造成的床溫升速率過快或爆燃的問題或風險。合理投煤，建議在沿爐膛寬度方向的左側(cè)、中間、右側(cè)至少投運1臺給煤機，有利于維持床溫和爐膛出口煙氣溫度的均勻性，避免因燃燒偏差造成的汽溫偏差。

通過實踐摸索，該電廠實際燃用干燥無灰基揮發(fā)份約29%、低位發(fā)熱量約13 813～14 232 kJ（3 300～3 400 kcal）的煤種，正常吹管時：投煤量約35～40 t/h、床溫控制在620～650 ℃，既能保證燃燒穩(wěn)定，也能控制主汽溫度和再熱汽溫在430～450℃，吹管間隔時間約12～17 min，圖1為吹管期間給煤量與床溫、蒸汽溫度的變化曲線。需要強調(diào)的是：1）鍋爐投煤量少，平均床溫低于590 ℃，易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況，可通過床溫變化率、氧量變化判定。2）投煤量過多，平均床溫超過675 ℃，爐膛出口煙氣溫度已超過540 ℃，主汽和再熱汽溫則易超過480 ℃，甚至更高，有臨時系統(tǒng)超溫風險；吹管間隔明顯縮短至10 min內(nèi)，鍋爐受熱面和蒸汽管道及臨時系統(tǒng)的熱應力交錯頻繁；且床溫如繼續(xù)升高，爐內(nèi)積蓄的固定碳燃燒份額明顯突升，在吹管階段須面臨床溫二次飛升的問題，如控制不當易造成爆燃結(jié)焦，且進一步造成汽溫、汽壓突升。

圖1 吹管給煤量與床溫、蒸汽溫度的變化曲線

4.2 給水控制

因該超臨界CFB鍋爐未設計爐水循環(huán)泵，如啟動初期嚴格控制省煤器入口流量大于本生流量312 t/h，大量的工質(zhì)和熱量外排，不僅受到化學制水和鍋爐外排水能力的限制，而且鍋爐升溫升壓過于緩慢[4]。通過摸索，在啟動階段，依據(jù)床溫高低確定基本給水流量，并結(jié)合361閥開度及其水冷壁壁溫偏差和增長速率進行微調(diào)整，如出現(xiàn)壁溫上漲速率過快或熱偏差大及時增加水量10～30 t/h，既保證水冷壁安全又能節(jié)約水量，保證合理的鍋爐升溫升壓速率，節(jié)約鍋爐啟動、烘爐及其吹管時間，對于節(jié)油也有很大幫助。該超臨界CFB鍋爐典型的鍋爐啟動、吹管期間的給水流量控制變化如圖2所示。

圖2 鍋爐啟動階段給水流量控制示意圖

降壓吹管時，超臨界CFB鍋爐補水操作與其他機組吹管補水相同，克服臨沖門開啟和關(guān)閉時，壓力突變造成虛假水位的影響，依據(jù)單次吹管時間、外排量及分離器水位適當增加給水量。

因超臨界CFB鍋爐特性，停爐壓火后為保證水冷壁安全，防止超溫燒損及管束間較大的熱偏差，依據(jù)床溫的高低必須給予不同的給水流量進行冷卻，至床溫下降至400 ℃停止上水時，汽水分離器壓力已下降至0.9～1.1 MPa，可帶壓放水。平均床溫為610～640 ℃時，以約180～200 t/h給水流量冷卻，約90 min床溫下降至400 ℃停止上水，相比同等級亞臨界CFB鍋爐冷卻速率快，可及時進行吹管停爐后換水，改善汽水品質(zhì)。

4.3 其他注意事項

吹管階段，鍋爐床溫不能保證爐內(nèi)固定碳的完全燃燒，須利用排渣，減少大顆粒固定碳的聚集，避免發(fā)生爆燃或結(jié)焦問題。即使床壓不高，也可間斷性的排渣；并加強對爐渣可燃物的化驗，如超過15%的可燃物并有繼續(xù)增加的趨勢，可增加啟動床料、排渣或停爐后對原物料予以全部置換[5]。

在吹管投煤過程中，要合理地控制一次流化風量。在保證充分流化和傳熱時，避免因一次流化風量過大使爐內(nèi)稀相區(qū)水冷壁吸熱份額明顯增加，導致臨沖門關(guān)閉后鍋爐主汽壓力增長過快或吹管間隔時間明顯縮短；控制一次流化風量，也有利于減少因水冷壁吸熱及其煙氣排放造成的熱損失，便于維持床溫穩(wěn)定。

流化床鍋爐本身的煙氣中灰量大，吹管時鍋爐處于長期低負荷運行階段，煙氣流速低，鍋爐旋風分離器進出口的水平煙道、空氣預熱器至除塵器入口的水平煙道積灰嚴重；同時為節(jié)約電耗，單臺引風機運行時，造成停運引風機對應的煙道積灰愈加嚴重；該電廠#1機組吹管期間，因#1引風機長期停運，其對應側(cè)至除塵器入口的水平煙道積灰平均高度大于0.6 m，嚴重影響系統(tǒng)設備運行。在停爐后階段，應及時對易積灰的煙道進行檢查、清理，且應切換風機運行。

5 結(jié)論

1）超臨界CFB鍋爐吹管前期與中高溫烘爐結(jié)合進行，尤其是中溫烘爐階段，受制維持床溫的影響明顯，吹管參數(shù)低，且時間長、油耗大。

2）綜合機組制水量、臨時管道材質(zhì)等因素推薦采取降壓吹管的方法，控制相對簡單，安全可靠；相比較超臨界CFB鍋爐吹管參數(shù)較高，進而臨時系統(tǒng)的要求須進一步提高。

3）前期未投煤前采取措施減少物料的損失，投煤后在保證穩(wěn)定燃燒的前提下，合理控制投煤量、床溫、汽溫的關(guān)系，防止因投煤量過大造成臨時系統(tǒng)超溫、吹管頻次超標等問題；結(jié)合水冷壁壁溫偏差及溫升速率的情況，應適當減少給水流量，并注意吹管停爐壓火時依照床溫繼續(xù)補水冷卻。

4）超臨界CFB鍋爐吹管還應采取有效措施減少爐內(nèi)物料可燃物聚積，解決流化風量過高造成的鍋爐起壓較快、熱損失增加及其長期低負荷運行尾部煙道積灰量大等問題。