導讀：本文為330MW級循環流化床鍋爐冷態啟動節能優化。通過探討330MW級CFB鍋爐冷態啟動過程的各項調整措施，以達到節能環保的目的。

近年來循環流化床(CFB)鍋爐因其負荷調節比寬?燃料適用性好及污染物排放低等特點得到迅速發展?大型CFB機組在保證機組安全運行的前提下,如何縮短啟動時間?降低啟動油耗備受CFB鍋爐用戶關注?結合某330MW級CFB鍋爐冷態啟動過程,對點火準備至鍋爐連續投煤這一階段中影響啟動過程的各參數進行優化調整,縮短了啟動時間,降低了啟動油耗,對同爐型機組啟動有一定的指導意義?

1鍋爐系統

該鍋爐為DG1165-17.5-Ⅱ1型循環流化床?亞臨界?一次中間再熱?自然循環氣包爐?鍋爐燃燒系統主要由燃燒室?點火油槍系統和給煤系統組成?鍋爐燃燒室寬28275mm?深9831mm,屬典型的大寬深比爐膛?爐膛底部是由水冷壁拉稀彎曲形成的水冷風室,熱一次風從風室兩側進入,左右兩側的熱一次風道內分別布置2支床下點火油槍;鍋爐前后墻還設有共6支床上油槍,用于啟動點火和低負荷穩燃;主燃料通過爐前8臺給煤機均勻地送入爐膛?

爐膛布風主要由一次風?二次風與返料風組成?一次風分三路送入爐膛:第一路進入水冷風室通過風帽流化床料;第二路用于爐前分布式多點給煤;第三路作為密封風送入給煤機(冷風)?二次風經前后二次風箱通過上?中?下三層二次風管送入爐膛?返料風經回料閥布風板均勻地進入返料裝置?

鍋爐鄰爐加熱系統由爐底加熱和鄰爐熱風加熱組成:爐底加熱將鄰機高壓輔汽通過供汽管道引入水冷壁下聯箱,待鍋爐上水后投入,實現對水冷壁內工質的加熱;鄰爐熱風加熱利用鄰爐熱一次風加熱爐膛內的空氣和受熱面,使鍋爐在點火時已處于“熱爐”狀態,以縮短啟動時間,降低啟動能耗?

2影響啟動過程的因素

根據CFB鍋爐運行特點,影響啟動過程的因素主要有床存量?流化風量?二次風壓?點火油槍投用方式?投煤溫度和投煤方式等?

2.1床存量

床存量直接影響到CFB鍋爐的熱慣性,合理的床存量不僅有利于增加二次風的穿透性,從而改善鍋爐燃燒條件,還可以降低一次風機壓頭,降低廠用電,同時還可以大幅減少密相區磨損?在鍋爐啟動初期,床存量過大會延長啟動時間,增加燃油耗量;床存量過小,床壓過低,CFB鍋爐各區溫度都會呈現出升高趨勢,導致投煤后床溫升高過快,不容易控制,影響機組正常帶負荷?

2.2流化風量

流化風量過小可能導致流化不良,甚至造成局部低溫結焦?在保證床料正常流化的前提下,過大的流化風量又會增加床料逃逸,并帶走爐內熱量,造成熱量損失?

2.3二次風量

在鍋爐未投煤前,鍋爐氧量偏高,不需要補充助燃風,過多的二次風會增加熱量損失,在保證物料不反串至二次風管的前提下,二次風量應越小越好,因此合理的二次風壓對降低啟動油耗有很大幫助?

2.4油槍投用方式

鍋爐設計點火方式為床上及床下油槍聯合點火,這種點火方式一般先投用床下油槍至床溫500℃,再投用床上油槍,適用于燃用貧煤和無煙煤的用戶?而燃用煙煤用戶,一般投煤溫度點在450~550℃,投煤溫度較低,可不投用床上油槍?此外,床上油槍設置在中二次風管內,啟動時風口處物料濃度較低,油槍熱量極少部分被床料吸收,大部分被煙氣帶走,造成熱量損失?因此若條件允許,啟動期間應盡量避免投用床上油槍?

2.5投煤溫度與投煤方式

投煤溫度的選擇對CFB鍋爐啟動至關重要?投煤溫度過低,煤粒不能及時著火燃燒,成為爐膛的冷卻源,降低爐膛溫度,同時未燃燒的煤粒在爐內聚集,一旦著火就會引發爆燃,使爐內溫度難以控制;投煤溫度過高又會延長啟動時間,造成不必要的浪費?因此應結合科學的試驗分析來確定安全經濟的投煤溫度?此外,熱煙氣進入水冷風室后將主要從布風板中部進入床層,并且該爐型屬于大寬深比單爐膛布置,沿爐膛寬度方向床溫分布呈中間高兩邊低的趨勢,投煤方式需進行調整,以減小中間與兩側的床溫偏差?該廠鍋爐床溫測點前后墻布置,離床層中間部位有一定距離,使得監視床層溫度比實際中部床層溫度低?因此在確定投煤溫度后,應對爐膛中部實際床溫做出判斷,以確定合理的投煤時間和投煤方式?

3過程優化

3.1床存量

調試啟動期間,出于安全運行考慮,啟動床料厚度在1200mm以上,床存量偏大,犧牲了經濟性?經試驗發現,啟動床料厚度約為900mm即可保證床料不吹空,經計算此時床料堆積截面積為4.5m2,對應床料總體積約為127.6m3?若需要考慮返料器床存量,則再加上3個返料器床料量28.4m3,此時需床料156m3,對應床料厚度約1100mm,再根據床料添加系統出力提前做好上床料的準備工作,以縮短啟動準備時間?

3.2流化風量

啟動前臨界流化風量試驗得出最小流化風量在18000~19000m3/h,出于安全運行考慮,流化風量在24000m3/h左右,風量偏大?經試驗,21000m3/h風量足以使床料達到微流化狀態?由于風量測點顯示和實際風量有偏差,運行中一般利用水冷風室壓力和對應的風機電流來判斷是否達到微流化狀態?微流化狀態時水冷風室壓力約為11kPa,一次風機變頻電流約為110A?

3.3二次風壓

不同負荷下CFB爐膛壓力沿爐膛高度方向呈單調指數分布[8],高度越低,爐膛壓力越大,二次風口中下二次風口位置最低?所以保證二次風壓大于下二次風口處爐膛壓力,可防止物料反串至二次風系統?因啟動初期床料未完成篩選,床存量較大,床壓較高,此時爐膛壓力分布曲線見圖1中“床壓10kPa”曲線,下二次風口標高約11m,該處爐膛壓力約2kPa?當床料篩選基本結束,床壓保持不變,爐膛壓力分布曲線見圖1中“床壓7kPa”曲線,趨勢與“床壓10kPa”曲線類似,下二次風口處爐膛壓力約1kPa?運行中啟動一臺二次風機,并借助二次風擋板調整進行憋壓,使得二次風箱壓力高于2kPa,保證物料不反串?隨著床壓的降低,適當降低風機轉速以降低二次風箱壓力，但不能低于１kPa。

3.4投煤溫度

優化前一般在平均床溫達450℃開始投煤,因油槍出力有限,平均床溫達350℃后溫升率逐漸變緩,達投煤溫度須消耗過多的燃油?為了確定更加經濟的投煤溫度,對燃煤取樣進行熱重試驗分析,結果顯示煤樣著火溫度約為434℃;而從表1的煤質分析得知,實際燃用煤種與試驗煤種揮發分?低位發熱量十分接近,可將434℃作為實際燃用煤著火點?因實際爐內燃燒環境與試驗燃燒環境有偏差,出于安全運行考慮,選擇當局部床溫超過450℃開始進行脈沖投煤,對于這一床溫要求,僅投用床下油槍即可滿足?達投煤溫度時前墻床溫分布見圖2,此時平均床溫已達420℃,且其中測點6和測點7床溫已超過450℃,判斷附近實際床溫已超過燃煤著火點,啟動測點6和測點7之間的給煤機進行脈沖投煤,初期以8t/h出力投煤3min,幾分鐘后床溫上漲,氧量下降,表明煤已開始燃燒,待床溫緩慢上漲,氧量基本維持不變后,再進行下一次脈沖投煤,如此間斷進行至整體床溫超過450℃時,啟動其余給煤機均以脈沖投煤的方式進行給煤,并逐漸延長脈沖給煤時間,整體床溫穩定上漲后,進行連續投煤?因該爐型床溫呈中間高兩側低的分布特性,連續投煤時,盡量采用中間給煤機相對兩側給煤機出力低的給煤方式,以平衡中部和兩側的床溫偏差。

3.5爐底加熱與臨爐熱風加熱

爐底加熱是利用蒸汽加熱水的一種兩相流加熱方式,不可避免存在汽水震蕩,嚴重時還會發生“水擊”,因此合適的蒸汽參數和控制手段尤為重要?經驗證明:當蒸汽壓力為0.7MPa?溫度約為320℃時,結合供汽調整門控制供汽量,鍋爐水冷壁振動明顯減小,可長期地投用爐底加熱?對于臨爐熱風的安全使用,在保證鄰爐熱風風壓不受影響的前提下,手動控制臨爐熱風聯絡門約10%開度,利用熱風對鍋爐進行加熱,提高點火初始床溫,實現點火前鍋爐已處于“熱爐”狀態?

4優化結果

圖3優化前后平均床溫變化曲線對以上參數進行優化,并結合臨爐加熱系統的合理投用后,平均床溫隨時間的變化曲線見圖3?

與優化前床溫曲線變化趨勢相似,均在點火前期溫升速度較快,待平均床溫達350℃后溫升變緩,投煤后溫升速度又開始加快?不同在于爐底加熱與鄰爐熱風加熱的投用,使點火初始床溫由原來的43℃提高至84℃,此時汽包壁溫已達100℃,產生的少量蒸汽已對過熱汽系統進行了“預暖管”,提高了機組啟動速度?投煤溫度調整后,投煤時平均床溫423.8℃,較之前453.9℃降低了30.1K,結合床存量?流化風量和二次風壓的優化,點火油耗降低了6.4t,并且同樣達到515℃的平均床溫,優化后耗時縮短了84min,啟動速度得到很大提高?

5結語

結合某330MW級CFB鍋爐冷態啟動過程,分析了影響啟動能耗的因素,通過對床存量?流化風量?二次風壓?投煤溫度和方式等進行了優化調整,并結合鄰爐加熱系統的合理投用,得到以下結論:

(1)點火初始床溫提高了41K,點火時鍋爐已達“熱爐”狀態,產生的少量蒸汽已對過熱汽系統進行了“預暖管”,提高了機組啟動速度?

(2)啟動耗時縮短了84min,啟動油耗降低了6.4t,創造了較大的直接和間接經濟效益,節能優化效果顯著?