600 MW超臨界CFB機組低負荷運行技術研究

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600 MW超臨界CFB機組低負荷運行技術研究

0概述

循環流化床燃燒方式采用的是低溫燃燒方式，將床溫控制在870～920℃左右，這一溫度不僅是脫硫的最佳溫度，同時也能較好地抑制NOx產生。循環流化床燃燒方式是國家推廣的潔凈煤燃燒技術之一。

四川白馬600 MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠自主研發600 MW超臨界CFB燃燒方式直流鍋爐,一次中間再熱，雙布風板單爐膛、H型布置、平衡通風，露天布置。鍋爐由主循環回路，豎井煙道、尾部煙道3部分組成，整體呈左右對稱布置，支吊在鍋爐鋼架上。采用外置式換熱器調節爐膛床溫及再熱蒸汽溫度，采用高溫冷卻式旋風分離器進行氣固分離。

東方鍋爐廠自主研發的DG 1900/25.4-II9型CFB鍋爐，將超臨界參數與之相結合，是目前世界上投運的單機容量最大的CFB鍋爐；配套汽輪機為東方汽輪機廠生產的N 600-24.2/566/566型汽輪機，配套發電機為東方電機廠生產的QFSN-600-2-22D型交流發電機。機組在四川白馬成功示范，2013年4月14日完成168 h滿負荷試運。

由于四川電網水電裝機比例高達70%左右，豐水期水電負荷高、峰谷差大，火電機組負荷率較低。在這種特殊的電網結構下，白馬600 MW CFB機組曾長期接帶50%左右低負荷運行，針對機組長期低負荷運行出現的異常工況，分析原因并制定了相應對策措施，為后續超臨界CFB機組提供借鑒。

1防止鍋爐長期低負荷結焦

該鍋爐結構為雙支腿、單爐膛、間隔中隔墻，外置床換熱。爐膛寬度約15 m，爐膛深度約28 m。每條支腿布風板尺寸寬×深約為4 m×28 m，爐膛一次流化風從爐膛后墻進入風室，風室為等壓風室。

鍋爐采用回料口、外置床給煤型式，共4條給煤線。為保證給煤的均勻性，鍋爐共設有12個給煤點，分別布置在6臺回料器至爐膛的回料器灰道和6臺外置式換熱器至爐膛的灰道上。

鍋爐單側布置有3個汽冷卻式旋風分離器，兩側共6個旋風分離器。機組長期低負荷運行時，如果參數控制調整不當，會造成爐膛局部流化不良結焦。

1.1　低負荷結焦的原因

1)布風板阻力較設計值偏低約1 kPa左右，降低了布風的均勻性。

2)布風板的深寬比過大。布風板為狹長形，寬×深約為4×28 m，一次風箱雖為等壓風箱，但布風板深寬比較大，加上安裝等原因，造成布風不均是不可避免的。

另外，由于布風板深寬比較大，爐內物料前、中、后之間的傳熱傳質能力不同，床溫分布情況為中后部低，前墻高，中間物料流化情況優于前后部分，造成局部流化不良引起結焦。

3)外循環強弱不同，影響了布風板上物料的分布。圖1為旋風分離器布置示意圖，從結構布置來看，6個外循環強弱不同，布置在前、后的4個旋風分離器撲捉的物料量要多于中間2個旋風分離器撲捉的物料量，在低負荷期間，物料流化特性較差，床溫較低，爐膛前后部分返料較多，會弱化該處的流化狀況。

圖1　旋風分離器布置示意圖

4)一次風量偏低，造成局部流化不良。

5)落煤口給煤量不均，局部給煤量偏大，造成局部超溫及局部流化不良。

6)底冷器故障，造成排渣不暢，粗顆粒床料堆積，造成局部流化惡化。

7)鍋爐“翻床”、局部超溫。

1.2　防止低負荷結焦的措施

1.2.1正常運行時的控制措施

1)鍋爐負荷穩定時，盡量使用錐形閥來調節床溫，嚴禁大幅度增減煤量。同時在增減負荷時，要控制給煤量變化速度，保證氧量≮2.0%。

2)在鍋爐正常運行過程中，運行人員應嚴密監視爐膛中、下部床溫。一旦出現任意點溫度偏離正常值，應根據負荷情況，加大一次風量至300 kNm3/h左右運行，同時調整對應位置的給煤量，直至床溫恢復正常。

3)機組低負荷連續運行超過24 h，每天定時加大一次風量至280 kNm3/h左右運行30～60 min，同時觀察爐膛中、下部床溫應正常。

4)在機組運行中，每天分析入爐煤粒度，當>8 mm的份額超過5%應調整破碎機間隙直至合格。

5)機組入爐煤量出現大幅波動時，應安排對鍋爐床溫、底冷器排渣、落煤口溫度進行巡查，發現異常及時對鍋爐配風方式進行調整。

6)加強底冷器運行狀態監視，高負荷時盡量6臺底冷器進渣運行，控制總床壓不高于38 kPa。

如果低負荷時床壓低，需退出底冷器運行，維持3條底灰線輪換運行，禁止備用時間超過24 h。

7)加強鍋爐床壓控制，總床壓最大不得高于40 kPa。如煤質差、給煤量大，應及時聯系調整煤質，控制無效可申請降低負荷運行。

1.2.2事故處理過程的控制措施

機組出現事故，鍋爐爐膛流化中斷后，應盡快恢復爐膛流化。在流化初期，應使單側一次風量達300 kNm3/h左右，爐膛床溫有明顯下降，氧量明顯上升后方可減少一次風量或塌床。消缺結束恢復過程中，初期一次風量維持約200 kNm3/h，待鍋爐兩側中上部同步上升并穩定時方可根據床溫條件，選擇直接投煤或投油。如消缺時間較長可開啟爐膛人孔門檢查爐膛床料平整程度，確認無結焦情況發生，否則應停爐處理。

2防止二次風管積灰、燒壞

白馬600 MW CFB鍋爐用風主要由2臺二次風機、2臺一次風機提供。二次風主要作用是分級燃燒，抑制NOx的產生提供燃燒空氣；二次風在鍋爐燃燒室密相區每側各有上下2層21個風口。一次風主要用于流化床料，并為燃料提供初始燃燒空氣。

2.1　低負荷二次風管積灰燒壞的原因

1)二次風流量過低；

2)二次風口各風門開度過小；

3)低負荷單臺二次風機運行，風壓控制不合理；

4)鍋爐出現翻床，床料倒灌進入二次風管。

2.2　防止二次風管積灰燒壞的措施

1)保證二次風流量正常穩定，風門流量檔板開度在10%以上,且保證空氣預熱器后二次風壓大于8.0 kPa；

2)正常運行時，控制鍋爐總床壓<32 kPa，左右側偏差不超過1 kPa；

3)鍋爐出現翻床時，調整二次風壓和風量，保證空氣預熱器后二次風壓>8.5 kPa，且床壓高側流量>床壓低側，床壓低側二次風門開度在10%以上；

4)注意運行調整時二次風門開度的“死區”，同時監控二次風流量和開度，避免出現較大偏差；

5)在減負荷，停運二次風機前，要注意適當提高運行風機的出力，保證二次風量和風壓穩定，避免出現大幅波動；

6)加強就地二次風管的檢查監視，發現漏灰、發紅等異常情況，立即提高二次風壓、風量運行，直到異常情況消除。

3防止長期低負荷時鍋爐翻床

白馬600 MW CFB鍋爐采用雙支腿單爐膛結構，布風板離隔墻高度大約9 m。當兩側出現風量、床壓等參數大幅擾動時，就會出現床料翻至其中一側，造成所說的“翻床”。鍋爐正常運行時，如果發生翻床，不及時調整處理，就會造成鍋爐正常的物料循環被中斷、爐膛超溫、一次風機失壓、汽溫汽壓大幅波動，造成鍋爐停運。

3.1　低負荷翻床的原因

1)鍋爐長時間低負荷運行，爐膛內積聚了大量細物料，造成上部差壓過大；

2)一次風、下二次風波動大；

3)鍋爐回料器、外置床回料不暢、回料波動；

4)低負荷一次風門調節性能差。

3.2　防止低負荷翻床的措施

1)控制鍋爐上部差壓，一般維持在約1.0 kPa。如果上部差壓偏高，應及時通過外置床放細灰。

2)正常運行時，控制鍋爐總床壓小于32 kPa，左右側偏差不超過1 kPa；在進行一次風量、風壓調整時，注意一次風量調節門的開度，避免出現較大偏差。

3)加強給煤線運行情況監視，注意調節同側給煤量，偏差率不超過0.65，避免中心給料機運行頻率過低跳閘，造成給煤量瞬時波動，影響CCS調節。

4)在利用BC/EF外置床灰控閥進行床溫、主汽溫調節時，注意其對床壓的影響，嚴密監視一次風的調節情況。

5)保證石灰石平穩連續加入，避免瞬時大量加入石灰石。

4防止底冷器堵塞及冷卻水管道振動

鍋爐左右側各配3臺滾筒底冷器，其冷卻水進口取自汽機凝結水調門前，回水至汽輪機6號低壓加熱器入口，與主凝結水匯合。

4.1　底冷器堵塞及冷卻水管道振動的原因

1)爐膛流化不佳，造成底冷器進口堵塞；

2)底冷器停運時，其進口管道存渣未排干凈；

3)底冷器冷卻水控制不合理，回水溫度低；

4)6號低壓加熱器疏水不暢。

4.2　防止底冷器堵塞及冷卻水管道振動的措施

1)在機組低負荷時，注意爐膛流化狀況，當出現床溫、床壓波動幅度大時，應適當增加一次風量，保證流化正常，保證底冷器進口暢通；

2)監視床壓降低的趨勢，及時對稱停運底冷器備用，并及時關閉其冷卻水，保證回水溫度在65℃以上，防止6號低壓加熱器水位出現異常及疏水管道振動；

3)停運底冷器時，應排空底冷器內存渣再停運；

4)注意底冷器冷卻水流量調節，加強監視檢查底冷器冷卻水管晃動情況，避免設備、管道損壞。

5防止A/D外置床進灰不暢

鍋爐共有6臺外置床，其中BC/EF外置床內布置過熱器，主要作用進行床溫調節。A/D外置床內布置再熱器，主要用于調節再熱汽溫，低負荷時該外置床灰控閥開度較小。

5.1　A/D外置床進灰不暢的原因

1)外置床灰控閥開度較??；

2)灰控閥錐頭積灰；

3)回料器流化風過小，回料不暢。

5.2　防止A/D外置床進灰不暢的措施

1)加強A/D外置床灰控閥開度監視，注意再熱汽溫調節，避免高、低汽溫；

2)發現A/D外置床進灰不暢，應及時對灰控閥錐頭進行吹掃，吹掃后應嚴密關閉壓縮空氣，避免吹損灰控閥；

3)發現A/D外置床進灰不暢，適當增加A/D外置床空倉、冷卻倉流化風量，并就地觀察進灰情況。

6保證發電機進相運行安全

1)調整發電機進相運行深度時，密切監視發電機各部溫度不超過允許值。若溫度超限，應及時加強調整，否則，應降負荷運行。

2)在調整發電機勵磁電流時，速度應緩慢，切勿快速大幅度調節，進相運行限制值應控制在規定范圍內，且始終保持小于低勵磁限制動作值。

3)在降低發電機勵磁時，若低勵磁限制動作，應立即停止降低勵磁，適當增加發電機勵磁，直至低勵磁限制告警信號消失。

4)當發電機進相運行時，要注意監視發電機的靜穩定運行情況，各監視參數應正常無波動情況，防止發電機發生振蕩或失步；發電機進相運行時，發電機定子電流不得超過額定值運行。

7其他注意事項

1)在低負荷時，鍋爐各風機進出口風門開度均較小，運行調整時應緩慢、平穩，避免風機在非正常工作區運行。

2)注意檢查監視各轉機冷卻水進、回水情況，避免出現堵塞或不暢情況，以避免各軸承溫度異常升高，保證轉機運行安全。

3)防止A凝結水泵振動。A凝結水泵為變頻運行，由于低負荷時凝結水調門開度不大，出現凝結水泵低頻運行時振動加大。在運行中，加強凝結水泵出口壓力、推力瓦溫監視，出現振動異常及時調整頻率、底冷器用水量或切換運行。

4)防止鍋爐給水流量低跳閘。在負荷降低(特別是負荷突降)時，應注意汽動給水泵再循環調門的開關情況，必要時手動緩慢開啟，保證給水泵流量。特別要注意再循環開啟時，鍋爐給水流量會下降，必須加強監視調整，防止鍋爐因給水流量低跳閘。

5)加強尾部煙道煙溫監視，定期吹灰，防止尾部煙道再燃燒。

8結語

DG1900/25.4-II9型鍋爐是世界上最大容量的循環流化床鍋爐，而且是首臺循環流化床燃燒方式與超臨界直流汽水系統相結合的600 MW等級鍋爐，目前在四川白馬成功示范。在投運一年多時間里，針對機組長期低負荷下出現的異常工況進行分析，并制定了相應對策措施，取得了很好的效果，保證了機組安全運行，為后續超臨界CFB機組提供相應借鑒。

參考文獻

[1]蔣茂慶，高洪培，鄺偉，等.300 MW循環流化床鍋爐床料翻床原因分析及運行對策[J].熱力發電，2007(6)：127-129.

[2]譚志茜，鄺偉，芶建兵，等.300 MW循環流化床鍋爐上部差壓及床壓優化試驗[J].熱力發電，2014(4)：128-130.

[3]吳海航，孫紀寧，王哲，等.物料量及布風板阻力對褲衩腿流化床鍋爐翻床的影響[J].動力工程學報，2014(1)：7-12.

[4]Jining Sun，Zhe Wang，Weiyu Cao，et al. Mechanism of the Impact of Particle Size Distribution to Bed-inventory Overturn for Pant-leg Circulating Fluidized Bed[J].Flow Turbulence Combustion,2013,90(4)：885-895.

[5]孫運凱，宋國良，呂清剛，等.600 MW超臨界CFB鍋爐機組定滑壓變負荷運行特性的研究[J].電站系統工程，2011(1)：9-12.

[6]胡南，李金晶，劉雪敏，等.大型CFB鍋爐床壓橫向波動的機制研究[J].中國電機工程學報，2013，33(20)：1-7.

袁杰(1968)，高級工程師，從事機組調試、運行優化及技術開發等工作。

袁杰1，鄺偉2，鄔萬竹2，廖曼2

(1.四川省電力工業調整試驗所，四川 成都610072；

2.四川白馬循環流化床示范電站有限責任公司，四川 內江641005)

摘要：中國自主研發的世界首臺600 MW等級超臨界CFB鍋爐，在四川白馬示范電站成功投運。600 MW CFB鍋爐具有大范圍的調峰能力，在四川電網火電低負荷率期間顯示了普通煤粉爐不可比擬的優勢。針對機組長期低負荷下出現的異常工況進行分析，并制定相應對策措施，取得了很好的效果，保證了機組安全穩定運行，為后續超臨界CFB機組提供了借鑒。

關鍵詞：600 MW CFB鍋爐機組；低負荷異常工況；對策措施

Abstract：The first 600 MW class supercritical CFB boiler in the world developed independently by China has been successfully put into operation in Baima of Sichuan. The 600 MW CFB boiler has a wide range of peak shaving ability, which shows the incomparable advantages over common pulverized coal fired boiler during low-load rate in Sichuan power grid. The abnormal condition occurred in lone-term low load is analyzed and the corresponding countermeasures with good effects are given, which ensures the safe and stable operation of the unit and provides a reference for the follow-up CFB supercritical unit.

Key words：600 MW CFB boiler; low-load abnormal condition; countermeasures

(收稿日期：2015-09-06)

作者簡介：

中圖分類號：TM611.1

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)01-0091-04