高利智

（大同電力高級技工學校，山西 大同 037039）

300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動安全控制

高利智

（大同電力高級技工學校，山西 大同 037039）

文章針對300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中易發(fā)生的點火爆燃和結(jié)焦事故，分析了事故發(fā)生原因，從而制定出相應的預防措施，完善熱控保護邏輯、完善運行啟動控制和管理、完善點火相關(guān)設備，以達到提高鍋爐啟動安全性的目的。

300 MW循環(huán)流化床鍋爐；啟動；爆燃；結(jié)焦；安全控制

秦皇島發(fā)電有限責任公司5、6號機組采用東方鍋爐股份有限公司與法國ALSTOM公司合作設計的300 MW亞臨界機組循環(huán)流化床鍋爐，型號為DG1025/17.4-II1，是國內(nèi)首批投運的300MW循環(huán)流化床鍋爐。

循環(huán)流化床鍋爐啟動，就是通過外部熱源使最初加入床層上的物料溫度提高到煤著火所需的最低水平上，從而使投入的煤迅速著火，并自動保持床層溫度在煤著火溫度的水平之上，實現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運行。

國內(nèi)主流循環(huán)流化床鍋爐，包括300 MW循環(huán)流化床鍋爐，大多配置床下風道燃燒器和床上油槍，采用聯(lián)合啟動的形式。啟動時，先使用風道燃燒器加熱一次風，將流化的床料加熱到500℃以上，投入床上油槍，繼續(xù)升溫至600℃，然后投入給煤機運行，逐漸提高床溫、減少油量，直至停止所有油槍。

循環(huán)流化床鍋爐啟動控制存在諸多不夠完善、不夠成熟之處，啟動事故是循環(huán)流化床鍋爐多發(fā)事故，因此，認真研究循環(huán)流化床鍋爐的啟動規(guī)律，制定科學、合理的啟動控制方案，實現(xiàn)安全啟動對安全生產(chǎn)、提高機組運行效率、發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢具有重要的現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)還沒有制定出循環(huán)流化床鍋爐的運行規(guī)定，實際運行存在很多安全隱患，如過分降低投煤溫度、冷爐啟動前添加引燃煤等不規(guī)范操作，都會導致不安全現(xiàn)象乃至事故的發(fā)生。

2006年12月，江西某電廠200 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中發(fā)生尾部煙道爆燃事故，造成省煤器、空預器大面積損壞。2007年5月，本公司6號鍋爐啟動前因風道燃燒器進油速斷閥泄漏致使點火風道大量存油，幸虧及時發(fā)現(xiàn)，未釀成重大事故；2007年8月，云南某電廠300 MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中因床壓低、床溫過高發(fā)生爐膛、分離器嚴重結(jié)焦事故。

2 啟動過程中的易發(fā)事故

循環(huán)流化床鍋爐點火燃燒器多使用油、天然氣、液化石油氣，特別是風道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃氣體不易擴散，在鍋爐點火時易發(fā)生爆燃事故。

鍋爐初始投煤時，可能會由于床溫過低，燃煤進入后不能著火，導致燃煤聚集，等床溫升至著火溫度以上時，突然被引燃，造成床溫急劇升高并超限，嚴重時導致爐膛結(jié)焦；或是因床料流化不良，床層局部超溫導致結(jié)焦事故。

3 啟動事故發(fā)生的原因

3.1 點火爆燃事故

爐膛發(fā)生爆燃的根本原因是：在爐膛的有限空間內(nèi)或鍋爐通道、煙囪道及輸送煙氣至煙囪的風機內(nèi)，積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運行操作不合理、設備或控制系統(tǒng)設計不合理或者設備和控制系統(tǒng)故障所致。

爆燃事故發(fā)生的根源在于可燃物的聚集，通過分析點火爆燃事故產(chǎn)生的原因及條件，可以歸納出以下幾種情況容易發(fā)生爆燃事故：①輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過火花或其他的點火源點燃累積的可燃物；②重復多次未能點燃輔助燃料，而又不進行適當?shù)拇祾?，導致易爆炸混合物的累積；③爐膛瞬間熄火，經(jīng)恢復并延時后，聚積的可燃物被重新引燃；④爐膛流化風量不足，存在可燃物質(zhì)易于積累的死區(qū)，造成不完全燃燒和可燃物的積累。

3.2 啟動結(jié)焦事故

結(jié)焦事故是一種常見燃燒事故，無論點火或正常運行中都可能發(fā)生，原因也有多種。結(jié)焦的直接原因是局部或整體溫度超出灰熔點或燒結(jié)溫度。結(jié)焦可分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種。

當床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超溫或低溫燒結(jié)而引起的結(jié)焦叫低溫結(jié)焦，流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。

高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結(jié)焦現(xiàn)象，超溫是高溫結(jié)焦的根本原因。

啟動結(jié)焦事故發(fā)生的根源在于流化不良和床層超溫，通過分析結(jié)焦事故產(chǎn)生的原因及條件，可以歸納出以下幾種容易結(jié)焦的工況：①點火或低負荷時由于風量低、床層流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。②布風系統(tǒng)制造、安裝及檢修質(zhì)量不好，或風帽堵塞，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。③啟動床料或入爐煤粒度過大，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。④投煤時，床溫偏低，入爐煤未及時著火燃燒，導致可燃物聚集，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高，易發(fā)生高溫結(jié)焦。⑤啟動床料中可燃物超標，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高、失控，易發(fā)生高溫結(jié)焦，嚴重時可能造成結(jié)焦。

本公司5號機組2006年9月啟動時，使用給煤機往爐膛加床料，煤倉中剩余少量積煤也一起進入爐膛，啟動4 h后，當爐膛床溫接近530℃時，急劇升高，經(jīng)快速停油、加風才得到控制，床溫最高至900℃。見圖1。

4 啟動安全控制措施

圖1 啟動床料可燃物超標床溫曲線

4.1 點火爆燃事故防范措施

爐膛爆燃一般是由于運行操作不合理、設備或控制系統(tǒng)設計不合理或者設備和控制系統(tǒng)故障所致。

預防循環(huán)流化床鍋爐點火爆燃事故的關(guān)鍵是制定合理的安全啟動程序，完善點火設備試運程序、完善熱控邏輯保護，根據(jù)點火爆燃事故發(fā)生的不同情況和原因制定出以下防范措施，在遇到緊急情況時及時果斷處理。

4.1.1 完善熱控邏輯保護

4.1.1.1 完善爐膛吹掃邏輯

循環(huán)流化床鍋爐與煤粉鍋爐不同，鍋爐點火前吹掃區(qū)域包括爐膛、外置床和點火風道，按ALSTOM公司原邏輯，只要“入爐風量大于30%設計總風量”即可進行吹掃計時，但由于入爐一、二次風的作用是不一樣的，本公司根據(jù)實際運行情況，對吹掃邏輯作了更改：吹掃條件改為“一次風量大于最小流化風量且總風量大于30%設計總風量”；增加“吹掃進行中一、二次風量擋板禁止手動操作”邏輯；取消“強制吹掃結(jié)束”按鈕。確保吹掃進行并達到置換氣體，防止點火爆燃的目的。

4.1.1.2 完善床上油槍、給煤線啟動允許、跳閘保護邏輯

床上油槍沒有點火裝置，投入后依靠床料及熱風加熱至著火溫度，因此床上油前“進油速斷閥開信號”，在速斷閥故障或檢修時，不能正確反應風道燃燒器狀態(tài)，更改“進油速斷閥、霧化閥開且檢測到火焰”，更可靠地保證了床上油槍安全運行。

同樣，給煤線啟動允許及跳閘保護邏輯取自爐膛床溫和床上油槍運行情況。床上油槍運行信號由“進油速斷閥開”更改為“進油速斷閥、霧化閥開且油槍推進到位”。

4.1.1.3 完善油槍油壓、霧化蒸氣壓力高、低跳閘保護邏輯

本公司風道燃燒器和床上油槍由于系統(tǒng)設計缺乏合理性，燃油、霧化蒸氣壓力自動長期不能投入，油槍投停時，壓力波動幅度很大，油槍越少，波動幅度越大，經(jīng)常達到保護定值，自機組調(diào)試至投產(chǎn)，壓力保護一直未投入。

為此，增加了保護動作的延時，對于每條燃油管道（共4條）投入第一支油槍時，保護延時10 s動作，其余時間保護延時5 s動作。更改后，既達到了投入保護目的，又避免了保護在油槍投停時頻繁動作。

4.1.1.4 油槍吹掃控制

原邏輯油槍為手動吹掃，且OFT動作后仍能執(zhí)行吹掃。手動吹掃取決于運轉(zhuǎn)員的操作，不能保證油槍每次使用后都能吹掃，所以增加了“油槍停運或跳閘后自動吹掃”邏輯；MFT動作后油槍吹掃會在滅火后仍然向爐膛送入燃料，嚴重時會引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復歸”。

4.1.1.5 完善MFT，OFT保護動作出口

按原邏輯，MFT，OFT動作后，聯(lián)鎖關(guān)閉所有油槍速斷閥、霧化閥，退油槍、點火槍，但風道、床上燃油供油母管速斷閥不聯(lián)鎖關(guān)閉，回油電動門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態(tài)，在進油速斷閥故障時，不能及時切斷燃料，造成事故隱患。

為此，增加了MFT，OFT動作聯(lián)鎖關(guān)閉風道及床上燃油供油母管速斷閥，開啟回油電動門聯(lián)鎖，確保了滅火保護動作的可靠性。

4.1.2 完善點火設備及試運程序

鍋爐點火設備包括風道燃燒器和床上油槍，風道燃燒器帶點火及火焰監(jiān)測裝置，存在進油速斷閥內(nèi)漏、火焰監(jiān)測裝置“偷火”安全隱患。其解決措施如下：

（1）進油速斷閥內(nèi)漏。解決進油速斷閥內(nèi)漏的問題，從3方面入手：首先，提高檢修工藝水平，建立健全檢修文件包制度，嚴把檢修質(zhì)量和驗收關(guān)口；其次，每次油槍檢修后必須進行充油試驗，驗證進油速斷閥嚴密性；再次，提高各燃油流量計測量精度，安裝小量程油壓表，發(fā)生泄漏時，能及時發(fā)現(xiàn)處理，避免事故發(fā)生。

（2）火焰監(jiān)測裝置“偷火”。300 MW循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)點火風道各配置兩只風道燃燒器，相距3 m左右，因風道體積小，任意一只著火時，另一只的火焰監(jiān)測裝置也檢測到火焰，這就是風道燃燒器火焰監(jiān)測裝置“偷火”現(xiàn)象。

針對這一問題，本公司調(diào)整了火檢探頭的角度、位置和檢測強度，保證了火焰監(jiān)測裝置和滅火保護的可靠性。另外，計劃增設風道燃燒器火焰電視，監(jiān)視其燃燒情況，避免火檢故障或油槍霧化不良導致事故發(fā)生。

4.1.3 制定安全啟動相關(guān)規(guī)定

（1）制定相關(guān)反事故措施。制定反爆燃事故措施和啟動操作票及啟動注意事項，明確鍋爐點火操作程序及禁止退出的保護。

（2）建立保護投退管理制度。建立了一整套保護投退規(guī)定，保護投退必須由單元長同意，并在《保護登記本》記錄保護名稱、批準人、執(zhí)行人、投退時間等信息，主保護投退經(jīng)總工批準，保護投退執(zhí)行《保護投退卡》。每次機組啟動前，由熱工、運行指定有經(jīng)驗人員全面復核保護投退情況，啟動前投入所有保護。

（3）邏輯保護傳動規(guī)定。嚴格執(zhí)行邏輯保護傳動規(guī)定，按停機時間及檢修項目確定保護傳動項目，堅持保護實傳，確保保護正確動作。

4.2 啟動結(jié)焦事故防范措施

通過分析鍋爐啟動結(jié)焦事故的工況和原因，可得出預防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床層超溫等情況的發(fā)生。

4.2.1 保證流化質(zhì)量

流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。預防結(jié)焦事故，保證流化質(zhì)量是關(guān)鍵。

（1）合理配置鍋爐啟動床料至關(guān)重要，啟動床料應全部進行篩選，保證粒度合格，滿足粒度級配要求。啟動床料顆粒太粗，可能導致流化不良事故發(fā)生，而確保流化正常就需要較大的風量，這樣更多的點火熱量會被風帶走，使床料升溫困難，加熱時間過長；啟動床料顆粒太細，大量的細小顆粒在啟動中會被煙氣帶走，床料損失快，使料層減薄造成局部吹機穿，點火過程控制困難，易造成結(jié)焦。

試驗表明粒度為0～13 mm的床料最低流化風量是0～8 mm床料的2倍，但實際應用中一般要求在6 mm以下。同時，底料中大小顆粒的分布要適當，既要有小顆粒作為初期的傳熱源，又要有大顆粒作為后期維持床溫之用。但大顆粒的比例超過10%時將不利于初期點火，且容易出現(xiàn)床內(nèi)結(jié)焦。

為達到所需床料顆粒粒度需求，公司做了多次篩分試驗和啟動試驗，確定啟動床料粒徑dmax=6 mm，d50=1.3 mm為最佳。實際篩選時，采用10 mm孔徑的篩子按45°擺放，篩分后的床料再使用1.5 mm孔徑的篩子篩分，篩上部分為啟動床料。圖2為原設計和實際采用的啟動床料粒度分布對比圖。

圖2 啟動床料控制對比

圖3 料層阻力曲線

（2）每次啟動前進行布風均勻性和臨界流化風量試驗，避免布風裝置導致流化不良，確保風量測量裝置準確，運行風量大于臨界流化風量。圖3是本公司6號鍋爐2007年3月在料層厚度分別為1 000 mm和1 200 mm時，最小流化風量試驗曲線，從中可得出6號鍋爐最小流化風量為80 km3/h。

（3）增加了“任意側(cè)一次風量低油槍跳閘”保護，保證啟動過程中風量大于最小流化風量。

（4）控制入爐煤粒度，確保無大顆粒進入爐膛，滿足入爐煤粒度級配要求。

通過摸索和試驗，確立包括來煤控制、初選控制、細碎間隙控制、入爐煤粒度篩分制度、細碎定期調(diào)整等一整套措施，解決了入爐煤粒度控制問題。另外，每次停爐后置換合格床料也是控制床料粒度重要的手段。圖4為本公司入爐煤粒度篩分曲線。4.2.2 避免升溫過程中爆燃引起超溫

（1）嚴格控制投入床上油槍和投煤的溫度條件，禁止解除相關(guān)保護。為節(jié)約啟動燃油、加快啟動速度，降低投煤溫度是提高運行經(jīng)濟性的有效手段，也是一種趨勢。但某些電廠存在盲目降低投煤溫度的行為，結(jié)果導致嚴重結(jié)焦事故的發(fā)生。

因此，降低投煤溫度、提高經(jīng)濟性必須綜合考慮煤質(zhì)情況，必須建立在多次試驗成功的基礎上，確保入爐煤立即著火，防止可燃物聚集引起爆燃結(jié)焦事故。

圖4 入爐煤粒度篩分曲線

圖5 投煤床溫變化趨勢圖

按法國ALSTOM公司設計，本公司投煤為600℃，而燃煤揮發(fā)分較高，一般在27%左右，存在降低投煤溫度的可能性。

為此，本公司一方面在西安熱工院進行了試燒試驗，著火溫度為486℃；另一方面，多次利用啟動時機，逐步試驗降低投煤溫度，試驗證明，當爐膛中部床溫高于510℃時，燃煤入爐后1.5min內(nèi)氧量開始下降，3 min床溫開始上升，證明煤已著火。圖5為不同床溫投煤試驗曲線。

出于煤質(zhì)波動因素并保留一定安全度的考慮，本公司將投煤更改為540℃，既提高了啟動經(jīng)濟性，又保證了啟動安全。

（2）每次啟動前取樣測定床料中可燃物含量，嚴格控制啟動床料中可燃物比例不超過1%，否則必須置換床料。

（3）初次投煤應采取間斷給煤方式，根據(jù)氧量、床溫變化判斷著火情況。

5 結(jié)束語

本公司5號鍋爐2006年11月投產(chǎn)，6號鍋爐2007年3月投產(chǎn)，至今共計經(jīng)歷13次啟動，各種啟動安全措施的有效實施，未發(fā)生一起安全事故，確保了鍋爐的啟動安全。

在電網(wǎng)負荷緊張的供電形式下，本公司5、6號機組的每次安全啟動、按時并網(wǎng)發(fā)電、穩(wěn)定運行不僅有效保證了電網(wǎng)安全和正常供電，而且也為300 MW循環(huán)流化床鍋爐的啟動安全提供了很好的解決方案，成為300 MW循環(huán)流化床鍋爐安全啟動、穩(wěn)定運行的范例，促進了環(huán)保型大容量機組在國內(nèi)的發(fā)展。

The 300 MW Circulation Fluid Bed Boiler Starts the Safety Control

Gao Lizhi

This article ignition conflagration which and coking accident easy to occur in view of the 300 MW circulation fluid bed boiler startup procedure，analyzed the accident to have the reason exhaustively，thus drew up the corresponding preventive measure，perfect hot working interconnection protection logic，consummated the movement start to control and to manage，consummates the ignition related equipment，achieved enhances the boiler to start the secure goal.

300 MW circulation fluid bed boiler；start；conflagration；coking；safety control

TK229.6

A

1000-8136(2011)08-0025-04