孫后軍，張衛(wèi)志

（馬鞍山發(fā)電廠，安徽 馬鞍山 243021）

近年，在電煤價格持續(xù)上漲的趨勢下，循環(huán)流化床(英文簡稱CFB)鍋爐以其優(yōu)良的環(huán)保性能、良好的煤種適應性和高效的劣質煤燃燒等優(yōu)勢，在國內外得到了迅速發(fā)展。在我國，采用先進潔凈煤燃燒技術的大型CFB鍋爐，短短幾年就從試用轉入了推廣階段。但比較于傳統(tǒng)燃煤鍋爐，CFB鍋爐存在著諸多特殊性，加之國內在自主設計、生產、調試、運行方面的經驗不足，使用中也面臨著許多技術上的問題。目前正在推廣的300MW CFB鍋爐，其冷態(tài)啟動中，爐膛點火和投煤方面控制不好易發(fā)生爆燃的問題，就是威脅機組安全運行的隱患之一。以下結合對安徽省首臺300MW CFB機組整組啟動中的一次鍋爐爆燃分析，探討同類型鍋爐冷態(tài)啟動中爆燃事故的預防和控制措施。

1 300MW CFB鍋爐基本系統(tǒng)和物料熱循環(huán)

筆者參與調試的鍋爐型號為HG1025/17.4—L.MN36，由哈爾濱鍋爐廠設計制造，亞臨界參數、自然循環(huán)、單鍋筒；單爐膛、雙風布板；全鋼構架、露天布置；平衡通風、一次中間再熱。主要參數見表1。

鍋爐主要由單爐膛、高溫絕熱旋風分離器、回料閥、外置式換熱器、尾部對流煙道、冷渣器和回轉式空預器等部分組成，基本系統(tǒng)見圖1。單爐膛采用褲衩腿、雙布風板結構。在爐膛上部左右兩側各布置有2個高溫絕熱旋風分離器。每個分離器回料腿下布置一個回料閥和一個外置式換熱器。每個回料閥一側與爐膛相連，另一側與一個外置式換熱器相連。分離器分離下來的高溫物料一部分直接返回爐膛，另一部分進入外置式換熱器，通過調整外置換熱器入口錐型閥的開度可控制外置換熱器和回料閥的循環(huán)物料分配。在爐膛兩側下部對稱布置4個外置式換熱器?？拷鼱t前的2個內布置高溫再熱器HT R和低溫過熱器LT S，主要作用是調節(jié)再熱汽溫；靠近爐后的2個內布置中溫過熱器IT S，用于調節(jié)床溫。爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構成了CFB鍋爐的核心部分—物料熱循環(huán)回路。煤與石灰石在燃燒室內完成燃燒及脫硫反應，產生的煙氣分別進入4個分離器，經氣固分離凈化后進入鍋爐尾部煙道，依次經高溫過熱器、低溫再熱器、高溫省煤器、低溫省煤器，最后通過空氣預熱器排出。

表1 鍋爐主要設計參數

2 設計燃料指標

鍋爐設計燃煤為矸石、煤泥和中煤的混合燃料，固態(tài)排渣。設計和校核煤質分析情況見表2。

表2 設計和校核煤種分析

3 CFB鍋爐爆燃原因分析

3.1 爆燃事故經過

事故當日02:00鍋爐投油點火，機組整組啟動，14:35床溫約548℃時投煤，3個多小時后汽輪機沖轉。21:00后鍋爐下部、中部床溫部分測點顯示溫度降至500℃，隨后鍋爐BT動作，首出信號為“爐煙道頂部壓力高高(≥4000Pa)”，爐B側風道燃燒器膨脹節(jié)裂開，鍋爐熄火。

3.2 事故前運行工況

引風機1臺(乙)、高壓流化風機3臺、一次風機2臺、二次風機1臺運行；風道燃燒器共3只油槍運行，鍋爐燃煤量約為18t/h；左、右褲衩腿一次風量分別為150000和190000Nm3/h，氧量約17%。另由于運行中給煤線頻繁故障，鍋爐整體床溫一直不高，下部約在600℃，中部略高于500℃，上部約460℃，但從給煤線跳閘測點信號中反映，投煤期間上部床溫有一點經常超過1000℃，各部床溫特別是上部床溫溫差較大。事故發(fā)生在給煤線斷煤后突然恢復給煤不久。

3.3 爆燃原因分析

從調試操作方面看，爐膛溫度維持在500℃～700℃時，在給煤線頻繁發(fā)生斷煤和跳閘故障的情況下，選擇大量投煤的時機不適宜，未燃燒的煤粉在爐內積聚導致爐內爆燃。其中原因有：

(1) 發(fā)生爆燃前由于密相區(qū)上部溫度偏高，右側個別測點溫度顯示達1000℃以上。為避免該點溫度繼續(xù)上升，調試中采用了加大二次風量的辦法控制溫度。因風量過大，爐膛溫度水平偏低，使得煤粒入爐后未經充分燃燒，即被煙氣攜帶離開爐膛，帶入鍋爐尾部煙道。

(2) 由于啟動中僅啟用了乙引風機，在鍋爐煙氣流通截面寬大的情況下，單引風機運行使煙氣攜帶灰量不均勻，造成部分較細未燃盡的煤粒沉積在煙氣流動相對較緩慢的右側煙道內壁，加劇了煙道內煤粒積聚現象。

(3) 鍋爐啟動過程中，使用一次風及二次風量偏大。點火時，爐膛一次風量A側為140000 Nm3/h，B側為170000Nm3/h，二次總風量139000Nm3/h。隨著負荷增加，風量值對應增加至A側為150000 Nm3/h，B側為180000Nm3/h，二次總風量250000 Nm3/h。大風量運行造成爐內平均溫度偏低，遇有突然大量煤粒入爐后，未經充分燃燒即被煙氣攜帶離開爐膛，在旋風分離器出口水平煙道處積聚，到達爆炸極限濃度值后在一定溫度下發(fā)生了爆燃。

3.4 事故危害分析

CFB鍋爐爐膛內爆燃，容易造成爐膛內該區(qū)域溫度升高很快，超過灰分的熔化溫度，會產生低溫結焦，造成爐內流化不良。若低溫結焦發(fā)生在爐膛的一次風風帽及二次風進爐膛的風管上，將進一步惡化爐膛內床料的流化情況。其結果是嚴重影響鍋爐設備及整個汽輪機組的安全運行。這次事故后停爐檢查，現場觀察膨脹節(jié)右上角破裂，吹損了部分床槍點火裝置等設備；左右側旋風分離器出口水平段到尾部煙道膨脹節(jié)破損，其中右側膨脹節(jié)上部保溫層材料飛出掛到了鋼梁上；左、右側旋風分離器出口水平段煙道分別向外側發(fā)生位移30mm和50 mm，并壓壞了其膨脹限位；尾部煙道至空預器入口段一小部分保溫層松散；4個回料閥內床料含碳量較大，其中A，C回料閥內床料太少，已接近風帽；C埋刮板給煤機上部蓋板掀走；鍋爐右側褲衩腿內發(fā)現有大量焦塊。

4 CFB鍋爐啟動預防爆燃措施

(1) 冷態(tài)啟動前，在爐膛4 個回料閥和4個外置床內添加足夠的啟動床料，床料盡可能使用鍋爐正常運行中排放出來的循環(huán)灰，以便鍋爐啟動后盡快建立物料內循環(huán)及外循環(huán)。啟動床料在第一次啟動時可以用沙，以后也可以用底渣作為床料。如果選用沙子做啟動床料，要求控制砂子中的鈉、鉀含量，以免引起床料結焦。其中Na2O：1.0%-2.0%；K2O：2.0%-3.0%；沙子粒度：最大粒徑≤1mm(99%小于1mm）；D50=200 μm(50%小于200 μm)。

啟動床料粒度要求可參照CFB鍋爐運行說明書中提供的粒度曲線(見圖2)。尤其在采用底渣時，應盡量滿足粒度分布的要求，一般推薦粒度分布在曲線A和曲線B之間。

(2) 對應型號的CFB鍋爐在冷態(tài)點火啟動中，應考慮啟用2臺引風機同時運行，盡量保證煙氣攜帶灰量均勻。運行中，等燃燒工況穩(wěn)定后根據需要選擇引風機臺數。另外應加強對鍋爐尾部煙道吹灰，防止可燃物沉積。

(3) 在冷態(tài)啟動中，當鍋爐中床溫達到投煤允許溫度550℃時，則以最低轉速對稱投入2條給煤線。約60s后觀察床溫的變化，如床溫有所增加，同時氧量有所減小時，證明煤已開始燃燒。床溫將繼續(xù)以5℃/ mIn～8℃/mIn升溫率增加，氧量持續(xù)減小，可以較小的給煤量連續(xù)給煤。當給煤線故障停運時，必須查明原因消除故障后，方能恢復投煤，避免可燃物在未燃盡的情況下大量積聚。

(4) 點火后應根據床溫分布情況及時對給煤線前后下煤量進行調整，以消除床溫分布不均現象。300 MW CFB鍋爐啟動中，床溫在500℃～700℃時不宜大量投煤，床溫達500℃時，應按兩側對稱方式逐一啟動床槍，避免爐膛內點火后長時間處于平均溫度低的階段。

(5) 在床溫達到600℃左右時，可對稱啟動2臺高再HT R外置床和內置低過LT S、中過IT S的2個外置床流化，其對應的錐形閥開度為10%左右，以加熱它的床料。檢查外置床風量:入口500Nm3/h，空室1850Nm3/h，HT R室7600Nm3/h，LT S室7600Nm3/h。逐步開大錐形閥開度，提高過、再熱汽溫度。床溫控制在650℃～700℃之間，逐漸停止床下啟動燃燒器，同時增加給煤量。在鍋爐床溫等參數滿足要求的情況下，盡早向爐膛投煤助燃。在提高床溫的同時，煤中所含灰分也向爐膛添加循環(huán)灰，有助于建立鍋爐的熱物料內外循環(huán)。

(6) 一旦發(fā)現床溫測點偏差大，或某測點顯示溫度超過1000℃時，應立即聯(lián)系熱工，檢查確認該測點顯示是否準確。當確認該點溫度正確時，應果斷采取措施，在采用加大一次風量，調整上、下二次風量比例方法的同時，應降低該側的燃油量和給煤量，而不是單純加大風量，降低該點床溫低于1000℃，防止發(fā)生結焦。(7) 當發(fā)現爐膛內某個區(qū)域的溫度變化率迅速上升時，應將氧量、爐膛壓力、主汽壓力等參數結合起來進行判斷，如果出現與爆燃現象相吻合時，即可判斷為爐膛爆燃。此時，應當迅速采取措施，適當減少給煤量和燃油量，密切監(jiān)視爐膛壓力。當爐膛壓力偏離正常值較大時，應立即解除爐膛壓力自動調節(jié)，改用手動調節(jié)2臺引風機靜葉開度。如機組處于運行中，還應同時開大汽輪機調速汽門，增加機組負荷來降低主汽壓力，同時要密切監(jiān)視主汽溫度的過熱度，防止主汽溫度的過熱度偏低威脅汽輪機的安全運行。

5 結束語

由于300MW 循環(huán)流化床鍋爐的冷態(tài)啟動過程較長，會造成爐膛內床料越來越少，床壓越來越低，同時回料閥和外置床內的物料也很少。在還沒有建立起正常的鍋爐內外循環(huán)的情況下，由于爐膛內各處的溫度偏差較大，煤進入爐膛后容易造成燃燒不好。爐膛內的部分區(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。但只要在調試和運行中多調整、勤分析，正確采取措施，就能降低爆燃發(fā)生的幾率，保證機組安全運行。這臺機組在以后的10余次整組調試中沒再發(fā)生鍋爐爆燃，并已于2009年3月份投產。