淺談300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)爆燃控制

張峰

摘要：循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)，就是通過外部熱源使最初加入床層上的物料溫度提高到煤著火所需的最低水平上，從而使投入的煤迅速著火，并自動(dòng)保持床層溫度在煤著火溫度的水平之上，實(shí)現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行。循環(huán)流化床鍋爐爆燃是鍋爐常見的燃燒事故，一般發(fā)生在啟動(dòng)過程初期投煤階段，此時(shí)床溫不高（500～650℃），投入的燃煤（煙煤或無(wú)煙煤）中揮發(fā)分析出并燃燒，而焦炭未完全燃燒，床料中聚集了大量的未燃盡焦炭，嚴(yán)重時(shí)床壓明顯上升。當(dāng)床溫升到焦炭著火溫度，焦炭快速燃燒，產(chǎn)生爆燃，大量熱量急劇釋放，造成床溫迅速上升，升溫率可能超過20/min℃。一旦發(fā)生嚴(yán)重爆燃將威脅鍋爐安全運(yùn)行，甚至要停爐處理。因此，做好300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過程爆燃的預(yù)防及控制工作很有意義。

關(guān)鍵詞：300MW循環(huán)流化床；鍋爐；啟動(dòng)；爆燃控制

1、300MW循環(huán)流化床鍋爐熱物料循環(huán)系統(tǒng)

本文研究的鍋爐為亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)、單鍋筒、平衡通風(fēng)鍋爐。爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構(gòu)成了循環(huán)流化床鍋爐的物料熱循環(huán)回路，煤與石灰石在燃燒室內(nèi)完成燃燒及脫硫反應(yīng)，產(chǎn)生的煙氣分別進(jìn)入4個(gè)分離器，進(jìn)行氣固兩相分離，經(jīng)過分離器凈化過的煙氣進(jìn)入尾部煙道。分離器分離下來(lái)的高溫物料一部分直接返送回爐膛，另一部分進(jìn)入外置式換熱器，外置換熱器入口設(shè)有錐型閥，通過調(diào)整錐型閥的開度來(lái)控制外置換熱器和回料閥的循環(huán)物料分配。靠近爐前的2個(gè)外置式換熱器內(nèi)布置高溫再熱器和低溫過熱器，這2個(gè)外置式換熱器的主要作用是用來(lái)調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度；靠近爐后的2個(gè)外置式換熱器內(nèi)布置一級(jí)中溫過熱器和二級(jí)中溫過熱器，這2個(gè)外置式換熱器的主要作用是用來(lái)調(diào)節(jié)床溫。

2、300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)中爆燃事故及原因分析

300MW循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火燃燒器多使用油、天然氣、液化石油氣，特別是風(fēng)道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃?xì)怏w不易擴(kuò)散，在鍋爐點(diǎn)火時(shí)易發(fā)生爆燃事故。爐膛發(fā)生爆燃的根本原因是：在爐膛的有限空間內(nèi)或鍋爐通道、煙囪道及輸送煙氣至煙囪的風(fēng)機(jī)內(nèi)，積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。爆燃事故發(fā)生的根源在于可燃物的聚集，通過分析點(diǎn)火爆燃事故產(chǎn)生的原因及條件，可以歸納出以下幾種情況容易發(fā)生爆燃事故：①輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過火花或其他的點(diǎn)火源點(diǎn)燃累積的可燃物；②重復(fù)多次未能點(diǎn)燃輔助燃料，而又不進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇祾撸瑢?dǎo)致易爆炸混合物的累積；③爐膛瞬間熄火，經(jīng)恢復(fù)并延時(shí)后，聚積的可燃物被重新引燃；④爐膛流化風(fēng)量不足，存在可燃物質(zhì)易于積累的死區(qū)，造成不完全燃燒和可燃物的積累。300MW循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)爆燃，容易造成爐膛內(nèi)該區(qū)域溫度升高很快，超過灰分的熔化溫度，會(huì)產(chǎn)生低溫結(jié)焦，造成爐內(nèi)流化不良。若低溫結(jié)焦發(fā)生在爐膛的一次風(fēng)風(fēng)帽及二次風(fēng)進(jìn)爐膛的風(fēng)管上，將進(jìn)一步惡化爐膛內(nèi)床料的流化情況。其結(jié)果是嚴(yán)重影響鍋爐設(shè)備及整個(gè)汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行。

3、300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)爆燃控制

3.1做好啟動(dòng)前的預(yù)防

啟動(dòng)床料的粒徑分布對(duì)啟動(dòng)過程影響很大，粒徑過大時(shí)，爐膛上部細(xì)顆粒不足，密相區(qū)熱量無(wú)法及時(shí)通過細(xì)顆粒攜帶傳熱給爐膛上部水冷壁，床溫高而鍋爐出力提升空間不足；反之，在啟動(dòng)過程啟動(dòng)床料過細(xì)則容易被煙氣帶走造成料層厚度不足都會(huì)影響流化均勻性，因此，應(yīng)按照規(guī)程要求嚴(yán)格檢測(cè)、控制啟動(dòng)床料粒徑分布特性和料層厚度。啟動(dòng)床料中可燃物含量過高，當(dāng)床料溫度達(dá)到可燃物著火溫度后也容易產(chǎn)生爆燃，因此要求嚴(yán)格控制啟動(dòng)床料的可燃物含量；無(wú)煙煤著火溫度較高，通常要求投煤溫度在650℃以上，盡可能不作為啟動(dòng)用煤。一般情況下，建議在煙煤著火穩(wěn)定，床溫高于650℃，可逐漸加入無(wú)煙煤；床溫高于750℃，加大無(wú)煙煤流量；床溫高于820℃，逐漸退出煙煤運(yùn)行。對(duì)入廠啟動(dòng)煙煤和無(wú)煙煤進(jìn)行著火特性和燃盡性分析，有助于運(yùn)行人員準(zhǔn)確控制投煤床溫，投煤階段啟動(dòng)用煙煤應(yīng)為純煙煤，應(yīng)盡可能避免摻雜無(wú)煙煤、煤矸石現(xiàn)象，及時(shí)排除爆燃與結(jié)焦隱患。

3.2加強(qiáng)一次風(fēng)量與二次風(fēng)量的控制

（1）一次風(fēng)量控制。一次風(fēng)量是影響床料流化質(zhì)量的關(guān)鍵因素，啟動(dòng)過程一次風(fēng)量的控制以不同料層厚度下的臨界流化風(fēng)量為底線；投煤前，在床下啟動(dòng)燃燒器出口一次風(fēng)道不超溫的前提下保持最低流化風(fēng)量運(yùn)行。投煤后，適當(dāng)提高一次風(fēng)量有助于改善上下、左右床溫分布偏差。床溫高于600℃后，煙煤燃燒穩(wěn)定，床溫上升趨勢(shì)良好逐漸加大一次風(fēng)以保障充分流化，防止局部結(jié)焦。（2）二次風(fēng)量控制。整體床溫較低階段（低于燃煤燃燒較完全的溫度，一般來(lái)說(shuō)，北方煙煤<650℃，福建煙煤<700℃）關(guān)小二次風(fēng)量，只保持少量的二次風(fēng)量以冷卻爐膛二次風(fēng)噴口即可；特別是下二次風(fēng)直通床料密相區(qū)下部，對(duì)床溫冷卻效果明顯，600℃以下低床溫階段不宜開大。

3.3完善熱控邏輯保護(hù)

（1）完善床上油槍、給煤線啟動(dòng)允許、跳閘保護(hù)邏輯。床上油槍沒有點(diǎn)火裝置，投入后依靠床料及熱風(fēng)加熱至著火溫度，因此床上油前“進(jìn)油速斷閥開信號(hào)”，在速斷閥故障或檢修時(shí)，不能正確反應(yīng)風(fēng)道燃燒器狀態(tài)，更改“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且檢測(cè)到火焰”，更可靠地保證了床上油槍安全運(yùn)行。同樣，給煤線啟動(dòng)允許及跳閘保護(hù)邏輯取自爐膛床溫和床上油槍運(yùn)行情況。床上油槍運(yùn)行信號(hào)由“進(jìn)油速斷閥開”更改為“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且油槍推進(jìn)到位”。（2）油槍吹掃控制。原邏輯油槍為手動(dòng)吹掃，且OFT動(dòng)作后仍能執(zhí)行吹掃。手動(dòng)吹掃取決于運(yùn)轉(zhuǎn)員的操作，不能保證油槍每次使用后都能吹掃，所以增加了“油槍停運(yùn)或跳閘后自動(dòng)吹掃”邏輯；MFT動(dòng)作后油槍吹掃會(huì)在滅火后仍然向爐膛送入燃料，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復(fù)歸”。（3）完善MFT，OFT保護(hù)動(dòng)作出口。按原邏輯，MFT，OFT動(dòng)作后，聯(lián)鎖關(guān)閉所有油槍速斷閥、霧化閥，退油槍、點(diǎn)火槍，但風(fēng)道、床上燃油供油母管速斷閥不聯(lián)鎖關(guān)閉，回油電動(dòng)門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態(tài)，在進(jìn)油速斷閥故障時(shí)，不能及時(shí)切斷燃料，造成事故隱患。為此，增加了MFT，OFT動(dòng)作聯(lián)鎖關(guān)閉風(fēng)道及床上燃油供油母管速斷閥，開啟回油電動(dòng)門聯(lián)鎖，確保了滅火保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

3.4完善點(diǎn)火設(shè)備及試運(yùn)程序

眾所周知，風(fēng)道燃燒器以及床上油槍是鍋爐的主要點(diǎn)火設(shè)備，點(diǎn)火以及火焰監(jiān)測(cè)裝置位于風(fēng)道燃燒器中，在具體實(shí)踐中，存在著一些安全隱患。包括這些方面的內(nèi)容：（1）進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏問題。要想對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行解決，就需要采取一系列的措施，促使檢修工藝水平得到提升，對(duì)檢修文件包制度進(jìn)行健全和完善，嚴(yán)格控制檢修質(zhì)量。油槍每次檢修之后，充油試驗(yàn)都是需要進(jìn)行的，以便對(duì)進(jìn)油速斷閥的嚴(yán)密性進(jìn)行驗(yàn)證；要對(duì)各個(gè)燃油流量計(jì)的測(cè)量精度進(jìn)行提升，將小量程油壓表給應(yīng)用過來(lái)，如果有泄露問題出現(xiàn)，可以及時(shí)采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。（2）火焰監(jiān)測(cè)裝置“偷火”問題。通過調(diào)查，有兩只風(fēng)道燃燒器分別配置于循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道，它們有三米左右的距離，因?yàn)轱L(fēng)道沒有較大的體積，如果任何一只著火，都會(huì)被另一只的火焰監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到。針對(duì)這種情況，對(duì)火檢探頭的角度和位置等進(jìn)行了調(diào)整，促使火焰監(jiān)測(cè)裝置能可靠的運(yùn)行。另外，對(duì)風(fēng)道燃燒器火焰電視進(jìn)行了增設(shè)，對(duì)其燃燒情況有效的監(jiān)視，避免出現(xiàn)一些事故。

3.5制定安全啟動(dòng)相關(guān)規(guī)定

（1）制定相關(guān)反事故措施。制定反爆燃事故措施和啟動(dòng)操作票及啟動(dòng)注意事項(xiàng)，明確鍋爐點(diǎn)火操作程序及禁止退出的保護(hù)。（2）建立保護(hù)投退管理制度。結(jié)合具體情況，對(duì)保護(hù)投退規(guī)定進(jìn)行了制定，在投退保護(hù)之前，需要經(jīng)過值長(zhǎng)投以，并且將保護(hù)名稱、批準(zhǔn)人、執(zhí)行人等相關(guān)信息詳細(xì)記錄于保護(hù)登記本中，總工程師批準(zhǔn)之后，方可以投退主保護(hù)。在每次啟動(dòng)機(jī)組之前，都需要有工作人員對(duì)保護(hù)投退情況進(jìn)行復(fù)核檢驗(yàn)，在啟動(dòng)之前，將所有的保護(hù)給投入進(jìn)來(lái)。（3）邏輯保護(hù)傳動(dòng)規(guī)定。嚴(yán)格執(zhí)行邏輯保護(hù)傳動(dòng)規(guī)定，按停機(jī)時(shí)間及檢修項(xiàng)目確定保護(hù)傳動(dòng)項(xiàng)目，堅(jiān)持保護(hù)實(shí)傳，確保保護(hù)正確動(dòng)作。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于300MW循環(huán)流化床鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)過程較長(zhǎng)，會(huì)造成爐膛內(nèi)床料越來(lái)越少，床壓越來(lái)越低，同時(shí)回料閥和外置床內(nèi)的物料也很少。在還沒有建立起正常的鍋爐內(nèi)外循環(huán)的情況下，由于爐膛內(nèi)各處的溫度偏差較大，煤進(jìn)入爐膛后容易造成燃燒不好。爐膛內(nèi)的部分區(qū)域積聚一定量的煤粒及煤的揮發(fā)分后，容易造成急劇燃燒，即發(fā)生爐膛爆燃。但只要在調(diào)試和運(yùn)行中多調(diào)整、勤分析，正確采取措施，就能降低爆燃發(fā)生的幾率，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

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（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司）