陳馳東

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站有限責(zé)任公司，四川 內(nèi)江 641005）

我國(guó)現(xiàn)役的300 MW循環(huán)流化床（CFB）鍋爐有2種類型，一種是哈爾濱鍋爐廠和上海鍋爐廠引進(jìn)法國(guó)ALSTOM技術(shù)生產(chǎn)的雙支腿結(jié)構(gòu)雙爐室褲衩腿型，另一種是東方鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)F.W.技術(shù)生產(chǎn)的傳統(tǒng)單爐室型，二者除了爐室的不同外，還有其它布置上的差別：雙支腿結(jié)構(gòu)鍋爐將低溫和中溫過(guò)熱器、高溫再熱器布置在另外配置的外置式換熱器（簡(jiǎn)稱外置床）中，簡(jiǎn)化了爐室與煙道內(nèi)受熱面布置結(jié)構(gòu)，4個(gè)旋風(fēng)分離器布置在兩側(cè)墻，前后墻給煤、側(cè)墻排渣都是對(duì)稱布置；而傳統(tǒng)單爐室型沒(méi)有外置式換熱器，中溫過(guò)熱器和高溫再熱器布置在爐膛中，后墻有3個(gè)汽冷旋風(fēng)分離器，前墻給煤，后墻排渣。

雙支腿結(jié)構(gòu)CFB鍋爐的布置與傳統(tǒng)單爐室鍋爐不同，運(yùn)行操作也有所差異，尤其是長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)須加強(qiáng)監(jiān)控。以四川白馬300 MW CFB鍋爐為例，對(duì)雙支腿結(jié)構(gòu)CFB鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

1 鍋爐設(shè)備概況

四川白馬循環(huán)流化床鍋爐示范工程是國(guó)家“九五”期間以技貿(mào)結(jié)合方式引進(jìn)大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的依托工程。鍋爐島整套設(shè)備由法國(guó)ALSTOM公司總承包，部分鍋爐部件分包給國(guó)內(nèi)廠家制造。300 MW CFB鍋爐為雙支腿結(jié)構(gòu)爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、亞臨界自然循環(huán)汽包爐，屬于典型的雙支腿結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐。

300 MW CFB鍋爐的雙支腿爐膛結(jié)構(gòu)如圖1，爐膛下部一分為二，中間由2片膜式水冷壁隔開(kāi)，爐膛下部為獨(dú)立的雙爐膛結(jié)構(gòu)，由左右兩個(gè)支腿組成，構(gòu)成“人”字型結(jié)構(gòu)。各支腿底部流化風(fēng)室尺寸為3 958 mm×12 615 mm，左右支腿外側(cè)于爐膛左右兩側(cè)齊平。各支腿的布風(fēng)板下部為一次風(fēng)箱，其高度約3.6 m，風(fēng)箱外壁由水冷壁構(gòu)成維護(hù)結(jié)構(gòu)。在流化布風(fēng)板上部約8.5 m高度上，兩支腿合并形成一個(gè)15 051 mm×12 615 mm長(zhǎng)方形爐膛，爐膛橫截面積約190 m2。鍋爐的主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 白馬300 MW CFB鍋爐雙支腿結(jié)構(gòu)示意圖

表1 白馬300 MW CFB鍋爐主要性能參數(shù)

兩個(gè)支腿呈左右對(duì)稱布置，連接在各支腿上的一次風(fēng)、二次風(fēng)及物料等接口也對(duì)稱布置。一次風(fēng)從支腿底部的流化風(fēng)箱送入，通過(guò)均勻分布在爐底布風(fēng)板的流化風(fēng)嘴將一次風(fēng)均勻送入各支腿內(nèi)，高速的流化一次風(fēng)能很好地流化爐內(nèi)床料，實(shí)現(xiàn)可燃物質(zhì)與空氣的充分混合。同時(shí)，在各支腿的不同高度，分別在其四周布置有上、下二次風(fēng)口，鍋爐循環(huán)物料料腿分別從前后墻的支腿上返回入爐膛內(nèi)，石灰石和煤均直接送入旋風(fēng)分離器下的各料腿中與循環(huán)灰混合后返回爐膛，各外置床內(nèi)物料也從各支腿返回爐膛。鍋爐的主要配風(fēng)參數(shù)與風(fēng)機(jī)配風(fēng)參數(shù)見(jiàn)表2，3。

表3 一、二次風(fēng)機(jī)配風(fēng)參數(shù)

循環(huán)流化床鍋爐的雙支腿結(jié)構(gòu)有利于爐內(nèi)燃燒，對(duì)NOX的排放也至關(guān)重要，是CFB鍋爐最為關(guān)鍵的部件之一。采用雙支腿設(shè)計(jì)的CFB鍋爐實(shí)現(xiàn)了空氣與床料的良好混合。采用同樣的二次風(fēng)壓，由于雙支腿的截面長(zhǎng)和寬均大大減小，二次風(fēng)能夠很好穿透爐內(nèi)物料，加強(qiáng)了爐內(nèi)床料的擾動(dòng)，反之，必須提高二次風(fēng)壓。

2 鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的危險(xiǎn)點(diǎn)分析

2.1 低負(fù)荷翻床

翻床是指在運(yùn)行過(guò)程中，由于鍋爐下部采用的是雙支腿結(jié)構(gòu)形式，難以保證兩支腿的阻力特性（含流化風(fēng)嘴）完全相同，可能造成兩側(cè)支腿密相區(qū)的物料量不同，兩支腿之間出現(xiàn)較大的床壓差，使?fàn)t內(nèi)床料在短時(shí)間內(nèi)集聚在某一個(gè)支腿內(nèi)，出現(xiàn)塌床，而另一個(gè)支腿幾乎沒(méi)有床料，出現(xiàn)吹空現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生床料翻床時(shí)，最明顯的是爐膛兩支腿的床壓波動(dòng)頻繁且波動(dòng)幅度加大。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，如果失去平衡，兩支腿床壓差增大到不能承受地步，其中某一單床將出現(xiàn)吹空，而另一側(cè)出現(xiàn)塌床，整個(gè)過(guò)程將在2～3 min完成，造成停爐事故。

表2 CFB鍋爐主要配風(fēng)參數(shù)

導(dǎo)致雙支腿結(jié)構(gòu)CFB鍋爐低負(fù)荷翻床的主要原因在于其特有的爐膛結(jié)構(gòu)，在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行中，由于多種原因也可能造成翻床現(xiàn)象，主要有∶

（1）長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，石灰石大量投入或入爐煤粒度太細(xì)，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)積累大量細(xì)床料，而細(xì)床料的流動(dòng)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粗床料，在兩側(cè)風(fēng)量不均時(shí)造成翻床。

（2）鍋爐上、下二次風(fēng)配比不恰當(dāng)，使床料吹向一側(cè)。

（3）低負(fù)荷吹灰時(shí)負(fù)壓波動(dòng)，使一次風(fēng)量變化過(guò)大。

2.2 二次風(fēng)管超溫

二次風(fēng)為分段輸入，有上下、內(nèi)外之分，下二次風(fēng)口在褲衩內(nèi)側(cè)及前后墻中下部位置，距布風(fēng)板大約2 m，與密相區(qū)中部床溫測(cè)點(diǎn)基本齊平；上二次風(fēng)口則在褲衩腿四周都有分布，距布風(fēng)板大約5 m，與密相區(qū)上部床溫測(cè)點(diǎn)基本齊平。由于采用雙支腿設(shè)計(jì)的CFB鍋爐截面長(zhǎng)和寬均大大減小，所以采用相對(duì)較低的二次風(fēng)壓，也能夠很好地穿透爐內(nèi)物料，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)床料的擾動(dòng)，但鍋爐低負(fù)荷時(shí)易出現(xiàn)二次風(fēng)管超溫的現(xiàn)象。

鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)二次風(fēng)流量大，二次風(fēng)管道有足夠的二次風(fēng)量來(lái)冷卻，不存在二次風(fēng)管道超溫的危險(xiǎn)；鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)總風(fēng)量較低，二次風(fēng)管道超溫的危險(xiǎn)大大增加，分析其主要原因是：

（1）二次風(fēng)流量過(guò)低，造成某根二次風(fēng)管道超溫。

（2）鍋爐出現(xiàn)翻床，使高溫床料進(jìn)入二次風(fēng)管。

（3）二次風(fēng)壓設(shè)定不合理。

2.3 外置床灰控閥卡澀或進(jìn)灰不暢

由于雙支腿結(jié)構(gòu)的CFB鍋爐將高溫再熱器布置在外置床中，高溫灰經(jīng)灰控閥進(jìn)入外置床，再熱汽溫通過(guò)灰控閥的開(kāi)度大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于外置床進(jìn)灰量少，灰控閥開(kāi)度小，可能因長(zhǎng)期維持小開(kāi)度、低灰量運(yùn)行，發(fā)生灰控閥卡澀或外置床進(jìn)灰不暢現(xiàn)象，造成再熱汽溫降低甚至無(wú)法維持影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 有效對(duì)策

3.1 防止低負(fù)荷翻床

當(dāng)鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)密切監(jiān)視鍋爐上部壓差值，這一參數(shù)可以近似地反應(yīng)爐內(nèi)細(xì)床料量的情況。當(dāng)入爐煤粒度較細(xì)或石灰石大量投入時(shí)，如果不及時(shí)采取措施，將在爐內(nèi)積累大量細(xì)床料造成翻床。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷180 MW以下時(shí)，鍋爐上部壓差0.4～0.6 kPa是安全值，如鍋爐上部壓差超過(guò)0.6 kPa，就有翻床的危險(xiǎn)，可及時(shí)采取相應(yīng)措施：

（1）適當(dāng)調(diào)整入爐煤粒度分布，使入爐煤粒度偏粗。

（2）開(kāi)啟鍋爐排放細(xì)灰的電動(dòng)門，控制鍋爐上部壓差在0.4～0.6 kPa。

（3）根據(jù)SO2排放指標(biāo)，控制石灰石加入量，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)整石灰石粉粒度。

（4）適當(dāng)減少底灰排放，提高鍋爐運(yùn)行床壓，增加爐內(nèi)粗床料比例。

（5）吹灰時(shí)可適當(dāng)提高鍋爐負(fù)壓，防止吹灰過(guò)程中鍋爐上部產(chǎn)生正壓，引起鍋爐風(fēng)量大幅變動(dòng)，造成鍋爐翻床。

3.2 防止低負(fù)荷二次風(fēng)管燒壞

鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)總風(fēng)量較低、流速較慢，如某根二次風(fēng)管道風(fēng)量不足，與爐膛結(jié)合部會(huì)出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞二次風(fēng)管，造成二次風(fēng)管垮塌事故。另外，如果鍋爐發(fā)生低負(fù)荷翻床，二次風(fēng)不能保證足夠的風(fēng)壓，高溫床料將可能進(jìn)入二次風(fēng)管內(nèi)，造成二次風(fēng)管超溫。因此，保證鍋爐二次風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓是防止低負(fù)荷二次風(fēng)管超溫的有效手段，具體可采取以下措施：

（1）鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證二次風(fēng)流量正常穩(wěn)定，二次風(fēng)壓在10 kPa以上。在鍋爐負(fù)荷波動(dòng)或二次風(fēng)門投自動(dòng)且開(kāi)度＜15%時(shí)，可將二次風(fēng)調(diào)門撤至手動(dòng)，并調(diào)整二次風(fēng)機(jī)出力，保證上、下二次風(fēng)門檔板開(kāi)度均大于15%，各側(cè)二次風(fēng)流量大于100 000 m3/h。

（2）定期測(cè)量二次風(fēng)管溫度，發(fā)現(xiàn)溫度異常，及時(shí)增大二次風(fēng)流量，降低風(fēng)管溫度。

（3）鍋爐出現(xiàn)翻床時(shí)，增加二次風(fēng)管的監(jiān)控次數(shù)，并就地監(jiān)視二次風(fēng)管的晃動(dòng)，發(fā)現(xiàn)晃動(dòng)增大時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（4）鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，一、二次風(fēng)量較小、流速較慢，容易造成風(fēng)量測(cè)點(diǎn)堵塞，影響一、二次風(fēng)量調(diào)節(jié)，為保證風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)定期吹掃一、二次風(fēng)量測(cè)點(diǎn)，防止風(fēng)量測(cè)點(diǎn)堵塞。

3.3 防止外置床進(jìn)回灰不暢

為防止外置床灰控閥小開(kāi)度卡澀，在減負(fù)荷前可根據(jù)主、再熱汽溫，將外置床灰控閥大范圍活動(dòng)1～2次，能有效避免外置床灰控閥卡澀。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)外置床差壓監(jiān)視，當(dāng)差壓小于正常值（36 kPa）并出現(xiàn)灰控閥異常開(kāi)大，兩側(cè)主、再熱汽溫偏差增大情況，就說(shuō)明外置床灰控閥進(jìn)灰不暢，此時(shí)將灰控閥錐頭吹掃風(fēng)切換為壓縮空氣進(jìn)行疏通，同時(shí)大范圍活動(dòng)灰控閥，就能恢復(fù)外置床進(jìn)灰，但處理時(shí)要做好突然大量來(lái)灰的事故預(yù)想，并加強(qiáng)主、再熱汽溫的調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)四川白馬300 MW CFB鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行取得的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)雙支腿結(jié)構(gòu)鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析和總結(jié)，并提出了相關(guān)措施，對(duì)同類型鍋爐低負(fù)荷的安全運(yùn)行，降低和避免長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行帶來(lái)的安全威脅，有一定的借鑒意義。

[1]蔣茂慶，高洪培，鄺偉，等.300 MW循環(huán)流化床鍋爐床料翻床原因分析及運(yùn)行對(duì)策[J].熱力發(fā)電，2007，36∶127-129.