段 寶

（西安交通大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)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(diǎn)，參數(shù)高、效率高、有深度調(diào)峰性能，燃用煤質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，有采取廉價(jià)爐內(nèi)石灰石脫硫及生成NOx含量低等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)正成為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的主要發(fā)展趨勢(shì)[1]。蒸汽吹管是新建鍋爐投運(yùn)前的重要試運(yùn)步驟，吹管質(zhì)量和工藝的控制直接影響鍋爐和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。超臨界CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式與同等級(jí)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(jī)組的2臺(tái)超臨界CFB鍋爐實(shí)際吹管過程，對(duì)過程進(jìn)行全面分析，針對(duì)性提出燃燒、給水控制要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

1 設(shè)備介紹

某2×350 MW機(jī)組，鍋爐均采取東方鍋爐廠設(shè)計(jì)、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(fēng)、一次中間再熱、采用3臺(tái)高溫蒸汽冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，其下部各布置1臺(tái)“U”閥回料器；不帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，在負(fù)荷≥30%BMCR后，進(jìn)入直流運(yùn)行；鍋爐采取床下油槍點(diǎn)火，設(shè)置4個(gè)床下點(diǎn)火風(fēng)道，分別從爐膛后側(cè)進(jìn)入風(fēng)室；前墻水冷壁下部收縮段沿寬度方向均勻均等布置10個(gè)給煤口，爐后水冷壁下部均等布置5個(gè)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(diǎn)火、蒸汽吹管前一階段須與點(diǎn)火風(fēng)道、水冷風(fēng)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(diǎn)火風(fēng)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(jìn)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(shí)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(jìn)入爐內(nèi)或點(diǎn)火風(fēng)道內(nèi)檢查澆注料[1]，增加停爐冷卻時(shí)間，其對(duì)于下階段鍋爐點(diǎn)火及其耗油量有很大影響；下階段點(diǎn)火投煤后可適當(dāng)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(diǎn)火、中高溫烘爐及蒸汽吹管工作，累計(jì)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(jì)147 t；#2鍋爐完成點(diǎn)火、中高溫烘爐及蒸汽吹管工作，累計(jì)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(jì)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(gè)機(jī)組的制水量、吹管臨時(shí)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(jī)組制水量總計(jì)約為100 t/h，并考慮到再熱器至消音器外排的吹管臨時(shí)系統(tǒng)管道許用溫度為500 ℃，決定該機(jī)組采取降壓吹管的方法。實(shí)踐證明：降壓吹管相對(duì)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(jī)做功冷卻而直接進(jìn)入再熱器二次受熱，且因大量補(bǔ)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(shí)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(duì)復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)高；同時(shí)穩(wěn)壓吹管應(yīng)進(jìn)一步提高吹管臨時(shí)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(tái)汽冷式的旋風(fēng)分離器，爐內(nèi)增設(shè)中溫屏式受熱面，及其中溫和高溫屏式受熱面管排管徑設(shè)置等原因，使鍋爐過熱器阻力相比同等級(jí)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(shí)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(jí)的超臨界煤粉鍋爐吹管壓力，為保證吹管系統(tǒng)安全，相對(duì)臨時(shí)系統(tǒng)管道、臨沖門的承壓能力也需進(jìn)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(jí)亞臨界CFB鍋爐和超臨界煤粉鍋爐的吹管時(shí)蒸汽溫度高。分析主要原因，因流化床燃燒煤種差，該鍋爐實(shí)際燃燒干燥無灰基揮發(fā)分約29%，穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)溫度已至630～660 ℃，爐內(nèi)布置大量的屏式受熱面相對(duì)熱流密度大、換熱能力強(qiáng)[3]；且該350 MW等級(jí)超臨界CFB鍋爐未設(shè)計(jì)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(shí)間長(zhǎng)，臨沖門開啟至全部關(guān)閉時(shí)間已超過3 min，同等級(jí)鍋爐吹管參數(shù)比較，見表2。為保證吹管工作的安全，對(duì)于臨時(shí)管道的材質(zhì)、焊接質(zhì)量和膨脹、支吊、支撐等要求更高；對(duì)于吹管臨時(shí)系統(tǒng)檢查驗(yàn)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(diǎn)火、烘爐及吹管第一階段，流化風(fēng)量在175～185 kNm3/h的微流化狀態(tài)，投入4支點(diǎn)火風(fēng)道床下油槍，通過調(diào)節(jié)油槍出力，控制點(diǎn)火風(fēng)道煙氣溫度和床溫溫升速率；因床下油槍長(zhǎng)期投入，須加強(qiáng)檢查和調(diào)整，防止點(diǎn)火風(fēng)道超溫?zé)龘p。床壓由7.7 kPa經(jīng)過40余小時(shí)下降至4.1 kPa，物料損失過多，須及時(shí)補(bǔ)充床料；維持鍋爐正壓，增加鍋爐內(nèi)循環(huán)量和旋風(fēng)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(shí)際燃用煤種情況及時(shí)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(duì)過高而造成的蒸汽溫度高、臨時(shí)系統(tǒng)超溫、升壓過快、吹管間隔時(shí)間過短，同時(shí)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(fēng)險(xiǎn)。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(yùn)1臺(tái)給煤機(jī)，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(shí)踐摸索，該電廠實(shí)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(shí)：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(shí)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(qiáng)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(shí)系統(tǒng)超溫風(fēng)險(xiǎn)；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(shí)系統(tǒng)的熱應(yīng)力交錯(cuò)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(dāng)易造成爆燃結(jié)焦，且進(jìn)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(shè)計(jì)爐水循環(huán)泵，如啟動(dòng)初期嚴(yán)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(xué)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(dòng)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(zhǎng)速率進(jìn)行微調(diào)整，如出現(xiàn)壁溫上漲速率過快或熱偏差大及時(shí)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(dòng)、烘爐及其吹管時(shí)間，對(duì)于節(jié)油也有很大幫助。該超臨界CFB鍋爐典型的鍋爐啟動(dòng)、吹管期間的給水流量控制變化如圖2所示。

圖2 鍋爐啟動(dòng)階段給水流量控制示意圖

降壓吹管時(shí)，超臨界CFB鍋爐補(bǔ)水操作與其他機(jī)組吹管補(bǔ)水相同，克服臨沖門開啟和關(guān)閉時(shí)，壓力突變?cè)斐商摷偎坏挠绊?，依?jù)單次吹管時(shí)間、外排量及分離器水位適當(dāng)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?zé)龘p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(jìn)行冷卻，至床溫下降至400 ℃停止上水時(shí)，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(shí)，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(jí)亞臨界CFB鍋爐冷卻速率快，可及時(shí)進(jìn)行吹管停爐后換水，改善汽水品質(zhì)。

4.3 其他注意事項(xiàng)

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(qiáng)對(duì)爐渣可燃物的化驗(yàn)，如超過15%的可燃物并有繼續(xù)增加的趨勢(shì)，可增加啟動(dòng)床料、排渣或停爐后對(duì)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(fēng)量。在保證充分流化和傳熱時(shí)，避免因一次流化風(fēng)量過大使?fàn)t內(nèi)稀相區(qū)水冷壁吸熱份額明顯增加，導(dǎo)致臨沖門關(guān)閉后鍋爐主汽壓力增長(zhǎng)過快或吹管間隔時(shí)間明顯縮短；控制一次流化風(fēng)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(shí)鍋爐處于長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行階段，煙氣流速低，鍋爐旋風(fēng)分離器進(jìn)出口的水平煙道、空氣預(yù)熱器至除塵器入口的水平煙道積灰嚴(yán)重；同時(shí)為節(jié)約電耗，單臺(tái)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，造成停運(yùn)引風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的煙道積灰愈加嚴(yán)重；該電廠#1機(jī)組吹管期間，因#1引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期停運(yùn)，其對(duì)應(yīng)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(yán)重影響系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行。在停爐后階段，應(yīng)及時(shí)對(duì)易積灰的煙道進(jìn)行檢查、清理，且應(yīng)切換風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jìn)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(shí)間長(zhǎng)、油耗大。

2）綜合機(jī)組制水量、臨時(shí)管道材質(zhì)等因素推薦采取降壓吹管的方法，控制相對(duì)簡(jiǎn)單，安全可靠；相比較超臨界CFB鍋爐吹管參數(shù)較高，進(jìn)而臨時(shí)系統(tǒng)的要求須進(jìn)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(shí)系統(tǒng)超溫、吹管頻次超標(biāo)等問題；結(jié)合水冷壁壁溫偏差及溫升速率的情況，應(yīng)適當(dāng)減少給水流量，并注意吹管停爐壓火時(shí)依照床溫繼續(xù)補(bǔ)水冷卻。

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