660MW CFB鍋爐“翻床”現象的成因及對策

王 鵬 石志芳

（1.蘇晉朔州煤矸石發電有限公司，山西 朔州 036006；2.山西中煤平朔宇辰有限公司，山西 朔州 036006）

0 引言

截至2021 年2 月份，我國在役超臨界CFB 機組達到49臺，其中600MW～660MW 等級3 臺，350MW 等級46 臺，分布在山西、內蒙古、遼寧、山東、廣東等27 個省份，累計容量18020MW。除此之外，還有數量龐大的亞臨界300MW級別、150MW 級別CFB 機組，高壓CFB 垃圾焚燒爐和各類供汽供暖CFB 鍋爐。生產廠家主要以東鍋、上鍋、哈鍋、濟南鍋爐、武漢鍋爐、杭州鍋爐、華光鍋爐、太原鍋爐等廠家為主。

目前國內主流的CFB 機組按單燃燒室和雙燃燒室的區別，可分為單床和雙床2 種，早期投產的300MW 級別CFB機組幾乎全部為雙床帶外置床，2010 年以后投運的300MW等級CFB 機組基本為單床，600MW 等級CFB 機組全部為雙床帶外置床。目前國內在役的雙床機組在運行中基本都發生過翻床事故，蘇晉朔州煤矸石發電有限公司2*660MW CFB機組是目前已投運單機容量最大的CFB 發電機組，在投產初期共發生3 次翻床事故，導致2 次降負荷1 次BT，直接影響機組的安全穩定運行。

1 660MW CFB鍋爐主要技術參數

DG2162/25.4-II 型鍋爐為東鍋研發設計，是目前世界最大容量的660MW 超臨界參數直流爐，該直流爐采用循環流化床燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛、雙支腿、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構，全緊身封閉、燃煤矸石鍋爐，最大連續蒸發量2162.3t/h，額定蒸汽壓力25.5 MPa，溫度571℃，主要參數詳見表1。鍋爐采用H 型布置方式，爐膛高度×寬度×深度=57000 mm×16470 mm×31410 mm。爐膛內布置9 片中隔墻水冷屏、20 片屏式過熱器，外循環回路設置有6 個汽冷式旋風分離器和對應的6 個外置床換熱器。爐膛下部為雙支腿結構，一分為二，左右布置2 個布風板，布風板之下為水冷風室；爐膛下部四周布置有6 個回料器返料口、6 個外置床返料口、6 個排渣口以及42 個二次風口，燃燒系統如圖1 所示。

表1 DG2162/25.4-II 型鍋爐主要參數

圖1 660MW CFB 鍋爐燃燒系統示意圖

2 “翻床”現象簡介

對于褲衩腿型CFB 鍋爐，雙一次風經過左右兩側布風板分別進入兩側支腿流化床料，床壓高低即代表床料量的多少。所謂“翻床”，是指雙支腿爐膛結構的CFB 鍋爐在運行

國內已投運的300MW 或600MW 雙支腿CFB 鍋爐，均不同程度出現過“翻床”現象[3]，蘇晉朔電自投產以來共發生過3 次“翻床”故障。“翻床”現象主要表現在以下5 個方面：1）爐膛兩支腿的床壓波動頻繁且波動幅度加大。在1kPa～2kPa 內波動尚可維持機組運行[4-5]，壓力偏差超過2kPa則相應的流化一次風壓力大幅波動，床壓高側爐膛一次風量大幅減小，床溫急劇升高；床壓低側爐膛一次風量大幅增加，床溫急劇下降[6]。2）兩側一次風機電流偏差大，電流值波動大。3）二次風壓力不正常波動。4）汽溫、汽壓大幅波動。5）一次風道產生強烈振動。

蘇晉朔電2020 年11 月25 日02 時30 分發生翻床事故，床料全部堆積到右側爐膛，右側一次風量為零，機組降負荷至100MW。事故發生后，采取關閉左側一次風調節擋板，右側加強排渣，增大一次風壓，右側一次風調節擋板在70%～100%反復擾動等方法，在事故發生23min 后，右側床料開始松動，30min 后床料基本平衡，開始正常升負荷，2020年11 月25 日翻床及恢復后參數曲線如圖2 所示。

圖2 2020 年11 月25 日翻床及恢復后參數曲線

通過“翻床”現象進行深入分析，發現“翻床”的發生是多因一果，具體原因如下。

2.1 入爐煤煤質變化極大

2020 年10 月至2020 年12 月底，入爐煤熱值最低為2813kcal，最高為4209 kcal；灰分最高為50.05%，最低為33.56%，最高熱值和最低熱值相差1396 kcal，對應灰分相差16.49%，入爐煤熱值和灰分統計見圖3。

圖3 2020 年10 月1 日～2021 年12 月13 日入爐煤熱值和灰分統計圖

入爐煤發熱量大幅降低、灰分增大，產生的影響有5 點：1）入爐煤發熱量大幅變化，造成爐側協調參數適應性差，風煤比、水煤比、功煤比，均需重新進行修正。2）灰分增大，鍋爐排渣量大幅增大，導致整個除渣系統出力增大，設備故障率較高，排渣不暢、不連續，造成床壓不穩定。3）灰分增大，爐內循環灰量增多，外循環開度不足，床壓變大，床層厚度增大，易漫過中隔墻，造成“翻床”。4）灰分增大，爐內循環灰量增多，外循環開度不足，造成回料器返料量大，回料器立管積灰量大，變負荷擾動時，易塌灰，大量細灰短時間進入爐膛，對床壓造成劇烈擾動。5）入爐煤粒徑不均勻，部分粒徑較大，大顆粒進入爐膛后，一次風托舉力不足以克服重力，沉積在布風板上，不僅影響床料流化，加大風壓損失，且易堵塞落渣管，造成排渣不暢。

2.2 兩側一次風風量存在偏差

CFB 熱慣性大，為響應AGC，變負荷時總風量前饋設定過大，造成一次風量變化大，對床壓擾動大。要想雙床流化床鍋爐內部的多個燃燒室能夠始終保持相等的流化風量，需要確定每側的風室風壓必須保持相同，避免翻床現象的發生[7]。但是，燃燒室在實際的運行中，要想保證風室風壓絕對的相同存在很大的難度，只能通過調整門調節的方式，確保兩側風量始終保持相對平衡穩定的狀態，當兩側風室壓力偏差低于2kPa 時，翻床風險有所降低。燃燒室在具體的運行中，經常會因為室內風量過小，而出現閥門動作超前或者滯后問題，導致兩側風室出現明顯的風壓波動現象，從而嚴重影響了兩側風室內風壓的穩定性[8]。

2.3 兩側燃燒室循環物料量不平衡

兩側燃燒室之間不存在依賴關系，彼此獨立，循環物料量通常會出現偏差現象，這無疑會導致風室壓力出現明顯的波動現象，當循環物料量偏差現象不斷加劇時，就會增加翻床風險。

2.4 其他原因

導致“翻床”現象出現的原因還包括以下2 點：1）一次風調門線性度差，擋板開度在60%以上時，調節品質差。2）參數整定過于靈敏。調節器參數整定過于靈敏，易造成過調，調節特性從振蕩至發散，最終導致“翻床”。

3 “翻床”的調整措施

3.1 保持2個燃燒室內的循環物料量平衡

兩側燃燒室內所添加的物料量應保持一致，并保證床溫的平衡性，避免因給煤量不足或者過多而導致風室壓力出現明顯的波動現象。此外，還要實時監控以下2個參數，一個是床壓；另一個是床溫。此外，還對返料系統運行狀態進行實時跟蹤和監控，判斷和分析返料系統在實際運行中是否出現運行異常問題，保證系統運行穩定。在進行排渣期間，還要對兩側燃燒室進行開啟處理，確保排渣的統一性和均勻性。

3.2 保持兩側燃燒室的一次、二次風風量相同

對兩側一次熱風門進行實時調整，以實現對左右側風量偏差的科學控制，使其偏差不超過50kNm3/h，同時，還要對兩側的二次風風量進行調整，確保兩側風量的一致性。另外，對二次風支管擋板進行檢查，確保擋板開度的一致性和統一性。

3.3 其他調整措施

“翻床”的調整措施還包括以下7 種：1）維持低床壓運行，提高床料自平衡能力。2）修正風量配比，一次風維持流化，二次風調節燃燒。3）根據入爐煤實際熱量對風煤比、水煤比、功煤比進行修正。4）調整左右側一次風門自動時開度上下限，低限15%，高限65%，增加任一側開度＜20%或＞50%光字報警，提醒運行人員及時進行手動調節。5）適當提高一次風壓，維持擋板門開度在50%以下；一次風量設定值高限由680kNm3/h 下調至625kNm3/h，滿足全行程響應要求。6）修正變負荷前饋，減小一次風量變化速率，增大一次風壓變化速率，加快一次風量對床壓響應速度，減小一次調閥動作幅度，縮短一次風量響應時間。7）多次優化調節器參數，適當減小比例帶，增大積分時間，合理引入微分環節，逐步達到最佳調節品質。

4 結語

循環流化床（CFB）鍋爐技術在我國已進入快速發展期，國神集團彬長660MW 超超臨界CFB 項目和貴陽能源集團貴州威赫電廠660MW 超超臨界CFB 項目均已開工，但是“翻床”問題仍影響機組穩定運行。蘇晉朔電2 臺機組經過上述調整后，累計穩定運行12 個月。說明通過綜合調整一次、二次風量和風壓，結合低床壓運行、床壓和給煤量隨動調整等措施，可以大幅降低翻床事故發生的概率。但是，如果要從根本上徹底解決循環流化床（CFB）的“翻床”問題，相關人員還需要再接再厲，對其成因和調整措施進行深入研究，從而完全避免翻床事故。