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600 MW超臨界CFB機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行技術(shù)研究

0概述

循環(huán)流化床燃燒方式采用的是低溫燃燒方式，將床溫控制在870～920℃左右，這一溫度不僅是脫硫的最佳溫度，同時(shí)也能較好地抑制NOx產(chǎn)生。循環(huán)流化床燃燒方式是國家推廣的潔凈煤燃燒技術(shù)之一。

四川白馬600 MW機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠自主研發(fā)600 MW超臨界CFB燃燒方式直流鍋爐,一次中間再熱，雙布風(fēng)板單爐膛、H型布置、平衡通風(fēng)，露天布置。鍋爐由主循環(huán)回路，豎井煙道、尾部煙道3部分組成，整體呈左右對稱布置，支吊在鍋爐鋼架上。采用外置式換熱器調(diào)節(jié)爐膛床溫及再熱蒸汽溫度，采用高溫冷卻式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。

東方鍋爐廠自主研發(fā)的DG 1900/25.4-II9型CFB鍋爐，將超臨界參數(shù)與之相結(jié)合，是目前世界上投運(yùn)的單機(jī)容量最大的CFB鍋爐；配套汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N 600-24.2/566/566型汽輪機(jī)，配套發(fā)電機(jī)為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22D型交流發(fā)電機(jī)。機(jī)組在四川白馬成功示范，2013年4月14日完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)。

由于四川電網(wǎng)水電裝機(jī)比例高達(dá)70%左右，豐水期水電負(fù)荷高、峰谷差大，火電機(jī)組負(fù)荷率較低。在這種特殊的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，白馬600 MW CFB機(jī)組曾長期接帶50%左右低負(fù)荷運(yùn)行，針對機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)的異常工況，分析原因并制定了相應(yīng)對策措施，為后續(xù)超臨界CFB機(jī)組提供借鑒。

1防止鍋爐長期低負(fù)荷結(jié)焦

該鍋爐結(jié)構(gòu)為雙支腿、單爐膛、間隔中隔墻，外置床換熱。爐膛寬度約15 m，爐膛深度約28 m。每條支腿布風(fēng)板尺寸寬×深約為4 m×28 m，爐膛一次流化風(fēng)從爐膛后墻進(jìn)入風(fēng)室，風(fēng)室為等壓風(fēng)室。

鍋爐采用回料口、外置床給煤型式，共4條給煤線。為保證給煤的均勻性，鍋爐共設(shè)有12個(gè)給煤點(diǎn)，分別布置在6臺回料器至爐膛的回料器灰道和6臺外置式換熱器至爐膛的灰道上。

鍋爐單側(cè)布置有3個(gè)汽冷卻式旋風(fēng)分離器，兩側(cè)共6個(gè)旋風(fēng)分離器。機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果參數(shù)控制調(diào)整不當(dāng)，會造成爐膛局部流化不良結(jié)焦。

1.1　低負(fù)荷結(jié)焦的原因

1)布風(fēng)板阻力較設(shè)計(jì)值偏低約1 kPa左右，降低了布風(fēng)的均勻性。

2)布風(fēng)板的深寬比過大。布風(fēng)板為狹長形，寬×深約為4×28 m，一次風(fēng)箱雖為等壓風(fēng)箱，但布風(fēng)板深寬比較大，加上安裝等原因，造成布風(fēng)不均是不可避免的。

另外，由于布風(fēng)板深寬比較大，爐內(nèi)物料前、中、后之間的傳熱傳質(zhì)能力不同，床溫分布情況為中后部低，前墻高，中間物料流化情況優(yōu)于前后部分，造成局部流化不良引起結(jié)焦。

3)外循環(huán)強(qiáng)弱不同，影響了布風(fēng)板上物料的分布。圖1為旋風(fēng)分離器布置示意圖，從結(jié)構(gòu)布置來看，6個(gè)外循環(huán)強(qiáng)弱不同，布置在前、后的4個(gè)旋風(fēng)分離器撲捉的物料量要多于中間2個(gè)旋風(fēng)分離器撲捉的物料量，在低負(fù)荷期間，物料流化特性較差，床溫較低，爐膛前后部分返料較多，會弱化該處的流化狀況。

圖1　旋風(fēng)分離器布置示意圖

4)一次風(fēng)量偏低，造成局部流化不良。

5)落煤口給煤量不均，局部給煤量偏大，造成局部超溫及局部流化不良。

6)底冷器故障，造成排渣不暢，粗顆粒床料堆積，造成局部流化惡化。

7)鍋爐“翻床”、局部超溫。

1.2　防止低負(fù)荷結(jié)焦的措施

1.2.1正常運(yùn)行時(shí)的控制措施

1)鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，盡量使用錐形閥來調(diào)節(jié)床溫，嚴(yán)禁大幅度增減煤量。同時(shí)在增減負(fù)荷時(shí)，要控制給煤量變化速度，保證氧量≮2.0%。

2)在鍋爐正常運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視爐膛中、下部床溫。一旦出現(xiàn)任意點(diǎn)溫度偏離正常值，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況，加大一次風(fēng)量至300 kNm3/h左右運(yùn)行，同時(shí)調(diào)整對應(yīng)位置的給煤量，直至床溫恢復(fù)正常。

3)機(jī)組低負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行超過24 h，每天定時(shí)加大一次風(fēng)量至280 kNm3/h左右運(yùn)行30～60 min，同時(shí)觀察爐膛中、下部床溫應(yīng)正常。

4)在機(jī)組運(yùn)行中，每天分析入爐煤粒度，當(dāng)>8 mm的份額超過5%應(yīng)調(diào)整破碎機(jī)間隙直至合格。

5)機(jī)組入爐煤量出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)，應(yīng)安排對鍋爐床溫、底冷器排渣、落煤口溫度進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)對鍋爐配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)整。

6)加強(qiáng)底冷器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，高負(fù)荷時(shí)盡量6臺底冷器進(jìn)渣運(yùn)行，控制總床壓不高于38 kPa。

如果低負(fù)荷時(shí)床壓低，需退出底冷器運(yùn)行，維持3條底灰線輪換運(yùn)行，禁止備用時(shí)間超過24 h。

7)加強(qiáng)鍋爐床壓控制，總床壓最大不得高于40 kPa。如煤質(zhì)差、給煤量大，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系調(diào)整煤質(zhì)，控制無效可申請降低負(fù)荷運(yùn)行。

1.2.2事故處理過程的控制措施

機(jī)組出現(xiàn)事故，鍋爐爐膛流化中斷后，應(yīng)盡快恢復(fù)爐膛流化。在流化初期，應(yīng)使單側(cè)一次風(fēng)量達(dá)300 kNm3/h左右，爐膛床溫有明顯下降，氧量明顯上升后方可減少一次風(fēng)量或塌床。消缺結(jié)束恢復(fù)過程中，初期一次風(fēng)量維持約200 kNm3/h，待鍋爐兩側(cè)中上部同步上升并穩(wěn)定時(shí)方可根據(jù)床溫條件，選擇直接投煤或投油。如消缺時(shí)間較長可開啟爐膛人孔門檢查爐膛床料平整程度，確認(rèn)無結(jié)焦情況發(fā)生，否則應(yīng)停爐處理。

2防止二次風(fēng)管積灰、燒壞

白馬600 MW CFB鍋爐用風(fēng)主要由2臺二次風(fēng)機(jī)、2臺一次風(fēng)機(jī)提供。二次風(fēng)主要作用是分級燃燒，抑制NOx的產(chǎn)生提供燃燒空氣；二次風(fēng)在鍋爐燃燒室密相區(qū)每側(cè)各有上下2層21個(gè)風(fēng)口。一次風(fēng)主要用于流化床料，并為燃料提供初始燃燒空氣。

2.1　低負(fù)荷二次風(fēng)管積灰燒壞的原因

1)二次風(fēng)流量過低；

2)二次風(fēng)口各風(fēng)門開度過小；

3)低負(fù)荷單臺二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，風(fēng)壓控制不合理；

4)鍋爐出現(xiàn)翻床，床料倒灌進(jìn)入二次風(fēng)管。

2.2　防止二次風(fēng)管積灰燒壞的措施

1)保證二次風(fēng)流量正常穩(wěn)定，風(fēng)門流量檔板開度在10%以上,且保證空氣預(yù)熱器后二次風(fēng)壓大于8.0 kPa；

2)正常運(yùn)行時(shí)，控制鍋爐總床壓<32 kPa，左右側(cè)偏差不超過1 kPa；

3)鍋爐出現(xiàn)翻床時(shí)，調(diào)整二次風(fēng)壓和風(fēng)量，保證空氣預(yù)熱器后二次風(fēng)壓>8.5 kPa，且床壓高側(cè)流量>床壓低側(cè)，床壓低側(cè)二次風(fēng)門開度在10%以上；

4)注意運(yùn)行調(diào)整時(shí)二次風(fēng)門開度的“死區(qū)”，同時(shí)監(jiān)控二次風(fēng)流量和開度，避免出現(xiàn)較大偏差；

5)在減負(fù)荷，停運(yùn)二次風(fēng)機(jī)前，要注意適當(dāng)提高運(yùn)行風(fēng)機(jī)的出力，保證二次風(fēng)量和風(fēng)壓穩(wěn)定，避免出現(xiàn)大幅波動(dòng)；

6)加強(qiáng)就地二次風(fēng)管的檢查監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)漏灰、發(fā)紅等異常情況，立即提高二次風(fēng)壓、風(fēng)量運(yùn)行，直到異常情況消除。

3防止長期低負(fù)荷時(shí)鍋爐翻床

白馬600 MW CFB鍋爐采用雙支腿單爐膛結(jié)構(gòu)，布風(fēng)板離隔墻高度大約9 m。當(dāng)兩側(cè)出現(xiàn)風(fēng)量、床壓等參數(shù)大幅擾動(dòng)時(shí)，就會出現(xiàn)床料翻至其中一側(cè)，造成所說的“翻床”。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)生翻床，不及時(shí)調(diào)整處理，就會造成鍋爐正常的物料循環(huán)被中斷、爐膛超溫、一次風(fēng)機(jī)失壓、汽溫汽壓大幅波動(dòng)，造成鍋爐停運(yùn)。

3.1　低負(fù)荷翻床的原因

1)鍋爐長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，爐膛內(nèi)積聚了大量細(xì)物料，造成上部差壓過大；

2)一次風(fēng)、下二次風(fēng)波動(dòng)大；

3)鍋爐回料器、外置床回料不暢、回料波動(dòng)；

4)低負(fù)荷一次風(fēng)門調(diào)節(jié)性能差。

3.2　防止低負(fù)荷翻床的措施

1)控制鍋爐上部差壓，一般維持在約1.0 kPa。如果上部差壓偏高，應(yīng)及時(shí)通過外置床放細(xì)灰。

2)正常運(yùn)行時(shí)，控制鍋爐總床壓小于32 kPa，左右側(cè)偏差不超過1 kPa；在進(jìn)行一次風(fēng)量、風(fēng)壓調(diào)整時(shí)，注意一次風(fēng)量調(diào)節(jié)門的開度，避免出現(xiàn)較大偏差。

3)加強(qiáng)給煤線運(yùn)行情況監(jiān)視，注意調(diào)節(jié)同側(cè)給煤量，偏差率不超過0.65，避免中心給料機(jī)運(yùn)行頻率過低跳閘，造成給煤量瞬時(shí)波動(dòng)，影響CCS調(diào)節(jié)。

4)在利用BC/EF外置床灰控閥進(jìn)行床溫、主汽溫調(diào)節(jié)時(shí)，注意其對床壓的影響，嚴(yán)密監(jiān)視一次風(fēng)的調(diào)節(jié)情況。

5)保證石灰石平穩(wěn)連續(xù)加入，避免瞬時(shí)大量加入石灰石。

4防止底冷器堵塞及冷卻水管道振動(dòng)

鍋爐左右側(cè)各配3臺滾筒底冷器，其冷卻水進(jìn)口取自汽機(jī)凝結(jié)水調(diào)門前，回水至汽輪機(jī)6號低壓加熱器入口，與主凝結(jié)水匯合。

4.1　底冷器堵塞及冷卻水管道振動(dòng)的原因

1)爐膛流化不佳，造成底冷器進(jìn)口堵塞；

2)底冷器停運(yùn)時(shí)，其進(jìn)口管道存渣未排干凈；

3)底冷器冷卻水控制不合理，回水溫度低；

4)6號低壓加熱器疏水不暢。

4.2　防止底冷器堵塞及冷卻水管道振動(dòng)的措施

1)在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，注意爐膛流化狀況，當(dāng)出現(xiàn)床溫、床壓波動(dòng)幅度大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加一次風(fēng)量，保證流化正常，保證底冷器進(jìn)口暢通；

2)監(jiān)視床壓降低的趨勢，及時(shí)對稱停運(yùn)底冷器備用，并及時(shí)關(guān)閉其冷卻水，保證回水溫度在65℃以上，防止6號低壓加熱器水位出現(xiàn)異常及疏水管道振動(dòng)；

3)停運(yùn)底冷器時(shí)，應(yīng)排空底冷器內(nèi)存渣再停運(yùn)；

4)注意底冷器冷卻水流量調(diào)節(jié)，加強(qiáng)監(jiān)視檢查底冷器冷卻水管晃動(dòng)情況，避免設(shè)備、管道損壞。

5防止A/D外置床進(jìn)灰不暢

鍋爐共有6臺外置床，其中BC/EF外置床內(nèi)布置過熱器，主要作用進(jìn)行床溫調(diào)節(jié)。A/D外置床內(nèi)布置再熱器，主要用于調(diào)節(jié)再熱汽溫，低負(fù)荷時(shí)該外置床灰控閥開度較小。

5.1　A/D外置床進(jìn)灰不暢的原因

1)外置床灰控閥開度較??；

2)灰控閥錐頭積灰；

3)回料器流化風(fēng)過小，回料不暢。

5.2　防止A/D外置床進(jìn)灰不暢的措施

1)加強(qiáng)A/D外置床灰控閥開度監(jiān)視，注意再熱汽溫調(diào)節(jié)，避免高、低汽溫；

2)發(fā)現(xiàn)A/D外置床進(jìn)灰不暢，應(yīng)及時(shí)對灰控閥錐頭進(jìn)行吹掃，吹掃后應(yīng)嚴(yán)密關(guān)閉壓縮空氣，避免吹損灰控閥；

3)發(fā)現(xiàn)A/D外置床進(jìn)灰不暢，適當(dāng)增加A/D外置床空倉、冷卻倉流化風(fēng)量，并就地觀察進(jìn)灰情況。

6保證發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行安全

1)調(diào)整發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度時(shí)，密切監(jiān)視發(fā)電機(jī)各部溫度不超過允許值。若溫度超限，應(yīng)及時(shí)加強(qiáng)調(diào)整，否則，應(yīng)降負(fù)荷運(yùn)行。

2)在調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流時(shí)，速度應(yīng)緩慢，切勿快速大幅度調(diào)節(jié)，進(jìn)相運(yùn)行限制值應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，且始終保持小于低勵(lì)磁限制動(dòng)作值。

3)在降低發(fā)電機(jī)勵(lì)磁時(shí)，若低勵(lì)磁限制動(dòng)作，應(yīng)立即停止降低勵(lì)磁，適當(dāng)增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，直至低勵(lì)磁限制告警信號消失。

4)當(dāng)發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，要注意監(jiān)視發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)定運(yùn)行情況，各監(jiān)視參數(shù)應(yīng)正常無波動(dòng)情況，防止發(fā)電機(jī)發(fā)生振蕩或失步；發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)定子電流不得超過額定值運(yùn)行。

7其他注意事項(xiàng)

1)在低負(fù)荷時(shí)，鍋爐各風(fēng)機(jī)進(jìn)出口風(fēng)門開度均較小，運(yùn)行調(diào)整時(shí)應(yīng)緩慢、平穩(wěn)，避免風(fēng)機(jī)在非正常工作區(qū)運(yùn)行。

2)注意檢查監(jiān)視各轉(zhuǎn)機(jī)冷卻水進(jìn)、回水情況，避免出現(xiàn)堵塞或不暢情況，以避免各軸承溫度異常升高，保證轉(zhuǎn)機(jī)運(yùn)行安全。

3)防止A凝結(jié)水泵振動(dòng)。A凝結(jié)水泵為變頻運(yùn)行，由于低負(fù)荷時(shí)凝結(jié)水調(diào)門開度不大，出現(xiàn)凝結(jié)水泵低頻運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加大。在運(yùn)行中，加強(qiáng)凝結(jié)水泵出口壓力、推力瓦溫監(jiān)視，出現(xiàn)振動(dòng)異常及時(shí)調(diào)整頻率、底冷器用水量或切換運(yùn)行。

4)防止鍋爐給水流量低跳閘。在負(fù)荷降低(特別是負(fù)荷突降)時(shí)，應(yīng)注意汽動(dòng)給水泵再循環(huán)調(diào)門的開關(guān)情況，必要時(shí)手動(dòng)緩慢開啟，保證給水泵流量。特別要注意再循環(huán)開啟時(shí)，鍋爐給水流量會下降，必須加強(qiáng)監(jiān)視調(diào)整，防止鍋爐因給水流量低跳閘。

5)加強(qiáng)尾部煙道煙溫監(jiān)視，定期吹灰，防止尾部煙道再燃燒。

8結(jié)語

DG1900/25.4-II9型鍋爐是世界上最大容量的循環(huán)流化床鍋爐，而且是首臺循環(huán)流化床燃燒方式與超臨界直流汽水系統(tǒng)相結(jié)合的600 MW等級鍋爐，目前在四川白馬成功示范。在投運(yùn)一年多時(shí)間里，針對機(jī)組長期低負(fù)荷下出現(xiàn)的異常工況進(jìn)行分析，并制定了相應(yīng)對策措施，取得了很好的效果，保證了機(jī)組安全運(yùn)行，為后續(xù)超臨界CFB機(jī)組提供相應(yīng)借鑒。

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摘要：中國自主研發(fā)的世界首臺600 MW等級超臨界CFB鍋爐，在四川白馬示范電站成功投運(yùn)。600 MW CFB鍋爐具有大范圍的調(diào)峰能力，在四川電網(wǎng)火電低負(fù)荷率期間顯示了普通煤粉爐不可比擬的優(yōu)勢。針對機(jī)組長期低負(fù)荷下出現(xiàn)的異常工況進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)對策措施，取得了很好的效果，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，為后續(xù)超臨界CFB機(jī)組提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：600 MW CFB鍋爐機(jī)組；低負(fù)荷異常工況；對策措施

Abstract：The first 600 MW class supercritical CFB boiler in the world developed independently by China has been successfully put into operation in Baima of Sichuan. The 600 MW CFB boiler has a wide range of peak shaving ability, which shows the incomparable advantages over common pulverized coal fired boiler during low-load rate in Sichuan power grid. The abnormal condition occurred in lone-term low load is analyzed and the corresponding countermeasures with good effects are given, which ensures the safe and stable operation of the unit and provides a reference for the follow-up CFB supercritical unit.

Key words：600 MW CFB boiler; low-load abnormal condition; countermeasures

(收稿日期：2015-09-06)

作者簡介：

中圖分類號：TM611.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-6954(2016)01-0091-04