魯躍峰

(北京國電電力有限公司上灣熱電廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

循環(huán)流化床(CFB)鍋爐是低熱值燃料、難燃煤種清潔高效利用的主要技術(shù)手段，也是我國火力發(fā)電的重要組成部分[1-4]。某電廠DG 520/13.7-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過程中多次發(fā)生爐內(nèi)水冷壁泄漏被迫停機(jī)事件，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此循環(huán)流化床鍋爐防磨工作是提高循環(huán)流化床機(jī)組可靠性、降低非計(jì)劃停運(yùn)的重要措施，是發(fā)電企業(yè)一項(xiàng)重要的工作，如何通過優(yōu)化燃燒調(diào)整實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)受熱面主動(dòng)防磨尤為重要。

1 設(shè)備概況

某電廠設(shè)計(jì)配置2臺(tái)東方鍋爐有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DG 520/13.7-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐，單爐膛，一次中間再熱，懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣，島式布置。爐膛和尾部豎井，煙道之間布置有2臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器，其下部布置“J”閥回料器，尾部豎井由包墻分割在爐膛深度方向形成雙煙道結(jié)構(gòu)，前煙道布置了兩組低溫再熱器，后煙道從上到下布置有高溫過熱器、低溫過熱器，向下前后煙道合成一個(gè)在其中布置有螺旋鰭片管式省煤器。其下布置2組并列支撐的空氣預(yù)熱器，光管臥式，沿寬度方向雙進(jìn)雙出。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)(B-MCR)見表1，鍋爐水冷壁技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)(B-MCR)

表2 鍋爐水冷壁技術(shù)參數(shù)

2 存在的問題

某電廠2臺(tái)東方鍋爐有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DG 520/13.7-Ⅱ1型循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行過程中多次發(fā)生爐內(nèi)水冷壁泄漏，導(dǎo)致發(fā)生停機(jī)事件，兩次泄漏停機(jī)最短間隔為73 d，時(shí)間間隔比較短。停漏進(jìn)行防磨防爆檢查發(fā)現(xiàn)，水冷壁泄漏點(diǎn)均為磨損減薄從而發(fā)生泄漏(見圖1)，爐內(nèi)受熱面磨損整體趨勢(shì)為爐內(nèi)后墻較前墻磨損嚴(yán)重、左側(cè)較右側(cè)磨損嚴(yán)重、左右分離器入口處中下部位內(nèi)側(cè)磨損嚴(yán)重、中部4個(gè)上二次風(fēng)口澆注料上方磨損嚴(yán)重、爐前墻側(cè)兩角澆注料上方磨損嚴(yán)重，見圖2(白色區(qū)域磨損較輕，未進(jìn)行測(cè)量)。

圖1 爐內(nèi)水冷壁泄漏點(diǎn)

圖2 爐后墻水冷壁管磨損狀況

3 爐內(nèi)水冷壁磨損原因分析[4-8]

3.1 爐內(nèi)后墻較前墻磨損嚴(yán)重原因分析

3.1.1 一次風(fēng)量偏大，二次風(fēng)量偏小。使?fàn)t內(nèi)火焰中心上移、外擴(kuò)，上升物料空間區(qū)域增大，下降物料空間區(qū)域減小，下降物料向外(水冷壁)擴(kuò)散趨勢(shì)增強(qiáng)，同時(shí)使?fàn)t內(nèi)循環(huán)物料粒度增大，循環(huán)物料量增加，墻貼壁流物料量增加，加劇受熱面磨損。

3.1.2 爐內(nèi)料層厚度偏低。大幅度降低使床層物料對(duì)一次風(fēng)的勻風(fēng)作用大幅度減弱，進(jìn)入稀相區(qū)物料粒度增大，加劇受熱面磨損。

3.1.3 鍋爐前墻給煤。煤從前墻入爐后要吸熱，導(dǎo)致密相區(qū)前墻側(cè)溫度較后墻低，前墻入爐二次風(fēng)入爐后膨脹較后墻二次風(fēng)弱，使密相區(qū)前墻側(cè)壓力較后墻低，從而導(dǎo)致在前、后墻二次風(fēng)門開度相同的情況下入爐后墻二次風(fēng)量大于前墻，使?fàn)t內(nèi)火焰中心后移，后墻貼壁流物料增大，導(dǎo)致鍋爐后墻較前墻磨損嚴(yán)重。

3.2 鍋爐左側(cè)較右側(cè)磨損嚴(yán)重原因分析

鍋爐左、右側(cè)一次風(fēng)量偏差較大。機(jī)組負(fù)荷150 MW，左側(cè)一次風(fēng)量為12.5萬Nm3/h，右側(cè)風(fēng)量為8.9萬Nm3/h，左側(cè)一次風(fēng)量較右側(cè)大3.6萬Nm3/h。左、右側(cè)二次風(fēng)量偏差較大。機(jī)組負(fù)荷146 MW，左側(cè)上二次風(fēng)量為9.5萬Nm3/h，左側(cè)下二次風(fēng)量為7.2萬Nm3/h，左側(cè)二次風(fēng)量合計(jì)16.7萬Nm3/h；右側(cè)上二次風(fēng)量為4.5萬Nm3/h，左側(cè)下二次風(fēng)量為4.9萬Nm3/h，左側(cè)二次風(fēng)量合計(jì)9.4萬Nm3/h；左側(cè)二次風(fēng)量較右側(cè)大7.3萬Nm3/h?？傮w上左側(cè)一次風(fēng)量和二次風(fēng)量都比右側(cè)大。

3.3 左、右分離器入口處中下部位內(nèi)側(cè)磨損嚴(yán)重原因分析

①煙氣流在爐膛出口部位發(fā)生大角度轉(zhuǎn)向，使煙氣流以一定角度沖刷水冷壁迎風(fēng)側(cè)造成磨損，同時(shí)分離器入口處流通截面突然縮小，煙氣流流場(chǎng)發(fā)生改變，煙氣加速，導(dǎo)致磨損。②結(jié)合爐內(nèi)煙氣流向分析，主要原因是一次風(fēng)量太大，導(dǎo)致爐內(nèi)火焰中心上移、揚(yáng)析顆粒粒度增大、外循環(huán)物料量增加，同時(shí)一次風(fēng)量大幅度增加導(dǎo)致二次風(fēng)份額減少，二次風(fēng)剛度降低，影響進(jìn)入稀相區(qū)物料量增加，影響左、右分離器入口處中下部位內(nèi)側(cè)磨損較以往嚴(yán)重。③高負(fù)荷、高氧量、高床溫，使煙氣流速大幅度增加，加重磨損。④料層太薄也會(huì)導(dǎo)致?lián)P析顆粒粒度增大，也是影響左、右分離器入口處中下部位內(nèi)側(cè)磨損因素。

3.4 中部3個(gè)上二次風(fēng)口澆注料上方磨損嚴(yán)重原因分析

后墻中部3個(gè)上二次風(fēng)口澆注料上方受熱面磨損，爐膛中心線左側(cè)受熱面管壁左側(cè)磨損嚴(yán)重，爐膛中心線右側(cè)受熱面管壁右側(cè)磨損嚴(yán)重，磨損界限清晰，原因?yàn)闊煔庀蜃?、右?cè)分離器運(yùn)動(dòng)夾帶物料影響，同時(shí)，后墻較前墻二次風(fēng)量偏小，下降物料量較大。二次風(fēng)量偏小，剛度不強(qiáng)，進(jìn)入爐內(nèi)靠近后墻受熱面上升，與下降物料相撞擴(kuò)散，一是形成呈一定角度或垂直于受熱面的飛濺物料，導(dǎo)致受熱面產(chǎn)生沖擊磨損，特別是機(jī)組中低負(fù)荷段；二是增加了貼壁流物料量，加劇了沖刷磨損。一次風(fēng)量提高，爐內(nèi)火焰中心外擴(kuò)，加重了這一現(xiàn)象的發(fā)生。

3.5 爐前墻側(cè)兩角澆注料上方磨損嚴(yán)重原因分析

1號(hào)和6號(hào)給煤機(jī)給煤量較其他4臺(tái)給煤機(jī)給煤量偏大，兩角為爐膛斷面上壓力最低處，同時(shí)料層較薄(一次風(fēng)量21.4萬Nm3/h，風(fēng)室壓力11.2 kPa)見表3，導(dǎo)致爐前墻側(cè)兩角一次風(fēng)量偏小，流化不充分，使?fàn)t前墻側(cè)兩角區(qū)域下降物料量較大，加劇磨損。

表3 優(yōu)化燃燒調(diào)整前鍋爐相關(guān)參數(shù)

4 采取措施[9]

表4 優(yōu)化燃燒調(diào)整后鍋爐相關(guān)參數(shù)

4.1 降低一次風(fēng)量

參數(shù)見圖3，150 MW負(fù)荷一次風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整后降低6.4萬Nm3/h；112 MW負(fù)荷一次風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整后降低6萬Nm3/h，75 MW負(fù)荷一次風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整后降低6萬Nm3/h，降低一次風(fēng)量后，爐內(nèi)火焰中心下移，火焰中心收窄，上升氣流夾帶物料粒度減小，同時(shí)內(nèi)循環(huán)下降物料量大幅度減少，下降物料下降區(qū)域向內(nèi)(火焰中心方向)擴(kuò)展，貼壁流物料量顯著減少，有效減弱爐內(nèi)受熱面磨損。

圖3 一次風(fēng)量?jī)?yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

4.2 提高風(fēng)室壓力，增加料層厚度

參數(shù)見圖4，150 MW負(fù)荷風(fēng)室壓力優(yōu)化調(diào)整后升高0.8 kPa；112 MW負(fù)荷風(fēng)室優(yōu)化調(diào)整后升高1.2 kPa，75 MW負(fù)荷風(fēng)室優(yōu)化調(diào)整后升高0.5 kPa，提高風(fēng)室壓力，增加料層厚度，有效降低了火焰中心煙氣流速，提高爐內(nèi)四周煙氣流速，有效降低揚(yáng)析物料粒度，料層厚度增加會(huì)使?fàn)t內(nèi)燃燒更趨均勻，同時(shí)使稀相區(qū)物料濃度增加，增加換熱，降低床溫，從而進(jìn)一步降低煙氣流速，可有效降低爐內(nèi)受熱面磨損。

圖4 風(fēng)室壓力優(yōu)化調(diào)整后參數(shù)對(duì)比曲線

4.3 降低鍋爐氧量

參數(shù)見圖5，150 MW負(fù)荷氧量?jī)?yōu)化調(diào)整后降低0.5個(gè)百分點(diǎn)；112 MW負(fù)荷氧量不變，75 MW負(fù)荷氧量調(diào)整后降低0.5個(gè)百分點(diǎn)，降低氧量目的是減少相同負(fù)荷下爐內(nèi)容積流量，從而降低煙氣流速，降低爐內(nèi)受熱面磨損。

圖5 氧量?jī)?yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

4.4 優(yōu)化二次風(fēng)量調(diào)整

墻上二次風(fēng)風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)見圖6，150 MW前墻上二次風(fēng)風(fēng)門開度從100%減少至80%，112 MW前墻上二次風(fēng)風(fēng)門開度從65%減少至45%，以上負(fù)荷段減小上二次風(fēng)門開度的目的是減少前墻上二次風(fēng)量，減小爐內(nèi)火焰中心前移(向爐前墻移動(dòng))的阻力。75 MW前墻上二次風(fēng)門開度保持不變。

圖6 前墻上二次風(fēng)風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

后墻上二次風(fēng)風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)見圖7，150 MW后墻上二次風(fēng)風(fēng)門開度從80%增加至100%，112 MW后墻上二次風(fēng)風(fēng)門開度從60%增加至65%，75 MW后墻上二次風(fēng)風(fēng)門開度從20%增加至45%，增加后墻上二次風(fēng)門開度，目的是增加后墻上二次風(fēng)量，增加爐內(nèi)火焰中心前移(向爐前墻移動(dòng))的動(dòng)力，減小后墻上升物料挾帶量，拓寬后墻物料下降空間，減少后墻貼壁流物料量，從而減弱后墻水冷壁磨損。

圖7 后墻上二次風(fēng)風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

后墻下二次風(fēng)風(fēng)門和前墻下二次風(fēng)風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整，參數(shù)見圖8、圖9，150 MW后墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度和前墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度不變。112 MW后墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度和前墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度都從75%減少至45%，75 MW后墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度和前墻下二次風(fēng)風(fēng)門開度從35%減少至25%，減小前墻下二次風(fēng)門開度和后墻下二次風(fēng)門開度目的是減小下二次風(fēng)量，增加上二次風(fēng)量，特別是增加后墻上二次風(fēng)量，增加爐內(nèi)火焰中心前移(向爐前墻移動(dòng))的動(dòng)力，減小后墻上升物料挾帶量，拓寬后墻物料下降空間，減少后墻貼壁流物料量，從而減弱后墻水冷壁磨損。

圖8 后墻下二次風(fēng)門開度優(yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

圖9 前墻下二次風(fēng)門開度優(yōu)化調(diào)整前后參數(shù)對(duì)比曲線

5 結(jié)束語

該電廠通過優(yōu)化控制一次風(fēng)量、風(fēng)室壓力、鍋爐氧量、前后上下二次風(fēng)量，爐內(nèi)后墻水冷壁受熱面磨損、后墻水冷壁左右分離器入口處中下部位內(nèi)側(cè)磨損、后墻水冷壁中部4個(gè)二次風(fēng)口澆注料上方磨損、爐前墻側(cè)兩角澆注料上方水冷壁磨損等得到顯著改善，主動(dòng)防磨效果顯著，鍋爐運(yùn)行 的可靠性得到顯著提升，為機(jī)組安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。