王金星，張佳媛，白云龍，馬 亞

(1．華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003;2．燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004;3．華能伊敏發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021134)

目前對(duì)流化床鍋爐的啟動(dòng)已經(jīng)進(jìn)行一些研究。王永益［1］總結(jié)了多臺(tái)CFB和鼓泡床鍋爐啟動(dòng)調(diào)試實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行分析。李康華等［2］針對(duì)CFB鍋爐進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)的研究。賈玉平［3］針對(duì)燃煤泥流化床鍋爐進(jìn)行了研究，探討了鍋爐啟動(dòng)及運(yùn)行特性。另外，針對(duì)CFB鍋爐的啟動(dòng)也進(jìn)行了大量探討。趙俊彬等［4］對(duì)某440 t/h CFB鍋爐壓火啟動(dòng)過(guò)程中水冷風(fēng)室發(fā)生爆燃的原因進(jìn)行分析，提出防止風(fēng)室及爐膛發(fā)生爆燃的措施。李壽軍等［5］針對(duì)300 MW CFB鍋爐壓火及熱態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中的操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行分析，得到相關(guān)結(jié)論。趙斌等［6］針對(duì)某490 t/h CFB鍋爐，對(duì)影響鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)的相關(guān)因素進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化措施。李彥龍等［7］針對(duì)3－M14型CFB鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)及調(diào)試中存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究。

近年來(lái)，CFB鍋爐的經(jīng)濟(jì)性研究逐步開(kāi)展起來(lái)。如高恒等［8］提出了提高CFB鍋爐熱效率的有效措施。梁建紅［9］對(duì)大型CFB鍋爐降低啟動(dòng)用油進(jìn)行了探索研究。

本文針對(duì)東方電廠490 t/h CFB鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究，以求從節(jié)能的角度得到優(yōu)化。

1 CFB鍋爐概況

東方電廠鍋爐為上海鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)ALSTOM公司技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的SG－490/13.8－M572型、超高壓、一次中間再熱、單鍋筒、自然循環(huán)CFB鍋爐，與2臺(tái)由南京汽輪機(jī)廠制造的150 MW超高壓中間再熱抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組相匹配，是以煤矸石為主要燃料的坑口熱電聯(lián)產(chǎn)電站。年發(fā)電量為14.85億kWh，年供熱量為290萬(wàn)GJ。

CFB鍋爐機(jī)組采用全鋼架支吊結(jié)合的固定方式、半露天布置、平衡通風(fēng)、床上點(diǎn)火方式、氣力除灰、固態(tài)機(jī)械除渣。主要由鍋筒、懸吊全膜式水冷壁爐膛、絕熱式旋風(fēng)分離器、“U”型返料器及尾部煙道對(duì)流受熱面組成。爐膛與尾部煙道之間布置2臺(tái)絕熱式旋風(fēng)分離器，其下部各布置1臺(tái)“U”型返料器，“U”型返料器和管式空氣預(yù)熱器支撐在鋼架橫梁上。鍋爐整體呈左右對(duì)稱布置，鍋爐鋼架左右兩側(cè)布置副跨，副跨內(nèi)布置平臺(tái)通道、省煤器進(jìn)口管道、主蒸汽管道、再熱器進(jìn)口管道及再熱器出口管道。在尾部煙道包覆墻中間設(shè)置隔墻包覆過(guò)熱器，將尾部煙道分隔成前后兩個(gè)煙道，在前煙道內(nèi)布置再熱器，后煙道內(nèi)按煙氣流向依次布置高溫過(guò)熱器和二級(jí)省煤器。再熱器和二級(jí)省煤器出口設(shè)置煙氣調(diào)溫?fù)醢?，通過(guò)調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度改變流經(jīng)再熱器的煙氣量，從而控制再熱蒸汽出口溫度。鍋爐采用床上啟動(dòng)點(diǎn)火方式，床上左右側(cè)墻各布置2支點(diǎn)火油槍。同時(shí)在爐膛底部布置4臺(tái)滾筒冷渣器。東方電廠CFB鍋爐主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 東方電廠490 t/h CFB鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

2 冷態(tài)試驗(yàn)

隨著CFB鍋爐向大型化發(fā)展，啟動(dòng)能耗問(wèn)題尤顯突出。在確保鍋爐安全的前提下，縮短啟動(dòng)時(shí)間、減少燃油消耗量是必須面對(duì)的實(shí)際工程難題。東方電廠1號(hào)鍋爐于2008年12月10日首次啟動(dòng)，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)前進(jìn)行了相關(guān)冷態(tài)試驗(yàn)。

2.1 料層流化均勻性

床料在流化狀態(tài)下，突然停止送風(fēng)，觀察床料的平整程度。若發(fā)現(xiàn)床面極不平整甚至有“凸起”現(xiàn)象，應(yīng)清除床料，查找原因，采取相應(yīng)措施并及時(shí)處理。

2.2 布風(fēng)板阻力

在布風(fēng)板不鋪床料的工況下，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)，調(diào)整一次風(fēng)量，記錄風(fēng)室壓力和爐內(nèi)密相區(qū)下部床壓，二者的差值即為布風(fēng)板的阻力。布風(fēng)板阻力特性曲線如圖1所示。

2.3 臨界流化風(fēng)量

料層厚度為900 mm時(shí)，初始階段隨著一次風(fēng)量增大，床壓逐漸增大，風(fēng)量超過(guò)130 000 Nm3/h時(shí)，繼續(xù)增大一次風(fēng)量，床壓將不再增大，該風(fēng)量值即為臨界流化風(fēng)量。

圖1 布風(fēng)板阻力特性曲線

2.4 料層阻力

通過(guò)測(cè)定不同風(fēng)量下的風(fēng)室壓力確定料層阻力。改變料層厚度，多次測(cè)量，得到不同料層厚度下一次風(fēng)量與風(fēng)室壓力關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 一次風(fēng)量與風(fēng)室壓力關(guān)系曲線

由圖2可知，料層越厚，其臨界流化風(fēng)量越大。試驗(yàn)時(shí)，記錄不同風(fēng)量下的風(fēng)室壓力，此時(shí)風(fēng)室壓力等于布風(fēng)板阻力與料層阻力之和，用風(fēng)室壓力減去同一風(fēng)量下的布風(fēng)板阻力就得到該料層厚度下的料層阻力。故根據(jù)布風(fēng)板阻力和料層阻力試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果，可得不同料層厚度下料層阻力和風(fēng)量之間的關(guān)系。鍋爐運(yùn)行時(shí)，依據(jù)風(fēng)室壓力、一次風(fēng)量與布風(fēng)板阻力的關(guān)系曲線，亦可判斷料層厚度。

通過(guò)分析冷態(tài)試驗(yàn)過(guò)程，風(fēng)機(jī)出力滿足運(yùn)行需要，鍋爐各部分阻力正常，兩側(cè)通風(fēng)基本均衡，布風(fēng)板阻力正常，布風(fēng)基本均勻，CFB鍋爐具備啟動(dòng)條件。

3 冷態(tài)啟動(dòng)特性

3.1 理想啟動(dòng)過(guò)程

CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程主要受一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、給煤量、床料參數(shù)、投煤溫度及溫升率等諸多因素的影響。為優(yōu)化鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程，需要對(duì)CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)影響因素及實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，參考廠家提供的理想冷態(tài)啟動(dòng)曲線(見(jiàn)圖3)作為鍋爐實(shí)際啟動(dòng)的指導(dǎo)曲線，使鍋爐啟動(dòng)過(guò)程各參數(shù)達(dá)到優(yōu)化狀態(tài)，以縮短啟動(dòng)時(shí)間，降低燃油消耗。

由圖3可見(jiàn)，在鍋爐理想冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐從啟動(dòng)點(diǎn)火至滿負(fù)荷運(yùn)行僅需7 h，且忽略了冷態(tài)啟動(dòng)影響因素對(duì)啟動(dòng)過(guò)程的影響。但實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程受各種因素的影響，并不能達(dá)到理想啟動(dòng)狀態(tài)。因此，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，需對(duì)啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)及啟動(dòng)能耗增加的原因進(jìn)行分析，并優(yōu)化冷態(tài)啟動(dòng)方案，以達(dá)到鍋爐節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.2 實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程

為分析CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程影響因素，優(yōu)化冷態(tài)啟動(dòng)方案。 通過(guò)采集東方電廠1號(hào)CFB鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中70～140 MW范圍內(nèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析變工況條件下主汽參數(shù)，一、二次風(fēng)量，平均床溫及給煤量等參數(shù)與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系，如圖4所示。

由圖4(a)可見(jiàn)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，風(fēng)量與給煤量呈正相關(guān)性?？赏ㄟ^(guò)增加給煤量和風(fēng)量調(diào)節(jié)燃燒，進(jìn)而改變負(fù)荷。因此，在進(jìn)行變工況燃燒調(diào)整時(shí)，為防止一次風(fēng)量變化影響床層流化，造成床壓波動(dòng)進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行，CFB鍋爐的燃燒調(diào)整通常是通過(guò)調(diào)整二次風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由圖4(b)可見(jiàn)，機(jī)組滑壓升負(fù)荷，主汽溫度保持在530℃左右，主汽壓力隨機(jī)組負(fù)荷而增大，并逐漸穩(wěn)定在12 MPa左右。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升至100 MW時(shí)，進(jìn)入定壓升負(fù)荷階段。

由圖4(c)可見(jiàn)，平均床溫隨機(jī)組負(fù)荷而升高，但在鍋爐機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行至5 h時(shí)，平均床溫出現(xiàn)明顯波動(dòng)，延長(zhǎng)了冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間。造成平均床溫出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)的原因是鍋爐機(jī)組在該工況下開(kāi)始投煤燃燒，油槍出力減小。因此，在CFB鍋爐機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)升負(fù)荷過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)確定最佳投煤溫度，合理延長(zhǎng)煤、油共燃時(shí)間，防止平均床溫出現(xiàn)明顯波動(dòng)。

1號(hào)CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中主汽參數(shù)隨時(shí)間的變化如圖4(d)所示。結(jié)合圖3、圖4(c)和圖4(d)對(duì)比分析鍋爐理想冷態(tài)啟動(dòng)和實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程可見(jiàn)，鍋爐實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程中機(jī)組負(fù)荷從75～135 MW約需4 h，而理想啟動(dòng)約需2 h;實(shí)際啟動(dòng)中主汽溫度由440℃升至540℃約需4 h，而理想啟動(dòng)約需3 h;在鍋爐實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中平均床溫出現(xiàn)明顯波動(dòng)，延長(zhǎng)了啟動(dòng)升溫時(shí)間。實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中由于不確定因素的影響導(dǎo)致各參數(shù)曲線與理想啟動(dòng)曲線有所偏離，延長(zhǎng)了整體啟動(dòng)時(shí)間，增加了啟動(dòng)過(guò)程中的能耗。因此，解決以上問(wèn)題并優(yōu)化CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程，是CFB鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。

圖3 東方電廠CFB鍋爐理想冷態(tài)啟動(dòng)曲線

圖4 東方電廠CFB鍋爐實(shí)際冷態(tài)啟動(dòng)曲線

4 冷態(tài)啟動(dòng)方案優(yōu)化

4.1 CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)階段

CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)按機(jī)組負(fù)荷參數(shù)可劃分為空負(fù)荷、升負(fù)荷和滿負(fù)荷3個(gè)階段。

a． 空負(fù)荷

鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)前進(jìn)行檢查試驗(yàn)，再進(jìn)行鍋爐上水及蒸汽推動(dòng)。在升溫升壓過(guò)程中防止汽包和受熱部件熱應(yīng)力過(guò)大，造成損壞。當(dāng)主汽參數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)與發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

b． 升負(fù)荷

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷暖機(jī)，進(jìn)入滑壓運(yùn)行方式。25%ECR工況時(shí)為全燒油運(yùn)行;50%ECR工況時(shí)，進(jìn)行油煤混燒工況下的燃燒調(diào)整，逐步增加燃煤，停退油槍;75%ECR工況時(shí)，進(jìn)行汽水品質(zhì)調(diào)整。

c． 滿負(fù)荷

保證升負(fù)荷工作全部結(jié)束、主要監(jiān)測(cè)儀表全部投入、高加及電除塵器投入、蒸汽品質(zhì)合格、保護(hù)全部投入、主要自動(dòng)裝置投入及吹灰系統(tǒng)正常。全面檢查、記錄設(shè)備運(yùn)行工況及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)。

4.2 CFB鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)方案優(yōu)化

a． 將沖轉(zhuǎn)前升溫速度分為2個(gè)階段，第一階段升溫速度適當(dāng)調(diào)低，在點(diǎn)火初期汽包內(nèi)外溫差較大，此時(shí)應(yīng)控制鍋爐升溫速率以防止汽包應(yīng)力過(guò)大;第二階段汽包內(nèi)外壁溫差較小且已趨于穩(wěn)定，故可適當(dāng)提高鍋爐升溫速度使啟動(dòng)速度加快。

b． 在準(zhǔn)備啟動(dòng)床料時(shí)，應(yīng)保證中寬篩分的比例，在保證安全運(yùn)行的前提下，盡量減小料層厚度，減小料層在啟動(dòng)時(shí)的吸熱量。

c． 鑒于床上啟動(dòng)點(diǎn)火熱利用率低 (一般不超過(guò)40%)，造成大量燃油浪費(fèi)，增加啟動(dòng)能耗，且易造成床料受熱不均而產(chǎn)生結(jié)焦等安全事故，可逐步進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)改造，采用床上和床下聯(lián)合點(diǎn)火配合多油槍、小油量點(diǎn)火方式，進(jìn)一步提高床料的受熱均勻性，降低啟動(dòng)油耗。在啟動(dòng)初期采用熱值較高的煤作為點(diǎn)火煤，縮短啟動(dòng)時(shí)間。

d． 用相鄰機(jī)組的抽汽 (外來(lái)蒸汽)加熱受壓部件和冷空氣，啟動(dòng)過(guò)程中各操作步驟間的配合良好，以縮短啟動(dòng)時(shí)間，優(yōu)化鍋爐的啟動(dòng)。

東方電廠CFB鍋爐投產(chǎn)初期冷態(tài)啟動(dòng)至滿負(fù)荷平均啟動(dòng)時(shí)間為12 h，平均每次啟動(dòng)油耗達(dá)50 t，且多次發(fā)生鍋爐結(jié)焦事故，使鍋爐啟動(dòng)失敗，浪費(fèi)了大量燃油和人力物力，造成經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此，本文通過(guò)對(duì)CFB鍋爐啟動(dòng)過(guò)程進(jìn)行節(jié)能分析，對(duì)能耗較大環(huán)節(jié)提出具體節(jié)能措施，得出鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)優(yōu)化方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，該方案可較大幅度提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

表2 鍋爐啟動(dòng)優(yōu)化前、后指標(biāo)對(duì)比

鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)方案優(yōu)化前、后平均啟動(dòng)時(shí)間及油耗指標(biāo)對(duì)比如表2所示，鍋爐在保證安全運(yùn)行的前提下，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)至滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，平均啟動(dòng)時(shí)間比鍋爐安裝初期啟動(dòng)時(shí)間節(jié)省4 h，平均油耗節(jié)省約20 t。

［1］ 王永益．CFB和鼓泡床鍋爐的啟動(dòng)試驗(yàn)探討［J］．山西電力，2003，23(2):16－18．

［2］ 李康華，劉寶森，崔 凱，等．130 t/h循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)調(diào)試試驗(yàn)研究 ［J］．鍋爐制造，2002，24(3):11－14．

［3］ 賈寶平．2.8 MW燃煤泥流化床鍋爐的啟動(dòng)及運(yùn)行特性［J］．鍋爐制造，2008，30(1):37－39，46．

［4］ 趙俊彬，高 紅，冷 杰．CFB鍋爐壓火啟動(dòng)風(fēng)室爆燃原因分析［J］．東北電力技術(shù)，2008，29(9):33－35．

［5］ 李壽軍，劉衛(wèi)強(qiáng)．300 MW CFB鍋爐壓火及熱態(tài)啟動(dòng)操作方法探討［J］．內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2011，29(3):102－104．

［6］ 趙 斌，李均昊，申景泉，等．490 t/h循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程分析與優(yōu)化 ［J］．發(fā)電設(shè)備，2011，25(5):301－305．

［7］ 李彥龍，陳秉正，曹艷華．CFB鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)及調(diào)試中存在問(wèn)題的處理 ［J］．東北電力技術(shù)，2007，28(7):12－14．

［8］ 高 恒，殷顯吉，潘志剛．提高CFB鍋爐熱效率的有效措施 ［J］．東北電力技術(shù)，2009，30(4):42－43．

［9］ 梁建紅．大型CFB鍋爐降低啟動(dòng)用油探索研究 ［J］．鍋爐技術(shù)，2011，42(4):27－30．