王建光

（華電天津分公司 天津市 300000）

關(guān)鍵字：CFB鍋爐；無煙煤；安全；經(jīng)濟(jì)；要點(diǎn)

引言

煤炭是我國的主要能源，循環(huán)流化床鍋爐（以下簡稱CFB）是上個世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來的，在燃煤鍋爐占有一席之地。CFB燃燒方式有別于常規(guī)煤粉爐，其CFB下部密相區(qū)存有大量的高溫床料，如按總量計算，投煤量所占僅為1.5%左右，這些高溫物料在5分鐘內(nèi)能把燃料加熱到著火溫度，這是CFB主要的優(yōu)點(diǎn)。因有衛(wèi)燃帶（底火）燃燒穩(wěn)定性好不易滅火、可燃用燃料范圍寬，在難燃煤種、低熱值煤種摻配燃燒利用方面發(fā)揮了重要作用。

1 燃用無煙煤

國家產(chǎn)業(yè)調(diào)整供給側(cè)改革，燃煤鍋爐用煤相對緊張，鍋爐設(shè)計煤種無法保證，合理控制入爐煤價格，拓寬CFB鍋爐用煤范圍；同時山西晉城、福建龍巖等地?zé)o煙煤儲量豐富，煤炭低廉，有效降低發(fā)電供熱成本，燃用無煙煤是有可以的。

該廠燃用是山西晉城無煙煤礦業(yè)的成莊礦和寺河礦，在燃用無煙煤時出現(xiàn)各種各樣的現(xiàn)象，如：床溫高、床壓低、帶負(fù)荷困難、飛灰含碳量高、啟動困難等，鍋爐點(diǎn)火時會因運(yùn)行人員操作不當(dāng)時可能出現(xiàn)爆燃的現(xiàn)象，導(dǎo)致受熱面短時溫度上升過快，結(jié)合流化床燃燒特點(diǎn)，根據(jù)負(fù)荷曲線，合理摻燒無煙煤。

1.1 無煙煤特性

無煙煤是具有最長的地質(zhì)年齡和最高的碳化程度煤種，其表面顏色為黑色，斷口面有金屬光澤，用手指摩擦無煙煤不致染污；且不易破碎，燃燒時火焰短而少煙，便于運(yùn)輸和貯存；固定碳的含量高達(dá)90%以上，揮發(fā)分、水分、灰分含量低，工業(yè)分析見表1

通過以上分析，可以看出無煙煤的發(fā)熱量高，意味著C含量高而其它元素如H、O、N、S等含量較小，在受熱裂解時，就會放出較少的揮發(fā)份，著火困難不易燃盡，燃燒效率低。

1.2 鍋爐和輸煤系統(tǒng)概況

某電廠擁有2臺135MWCFB鍋爐，與東方汽輪機(jī)N135-13.24/535/535型汽輪機(jī)和山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠WX21Z—OJS.461.401型135MW密閉循環(huán)式空氣冷卻發(fā)電機(jī)配套。鍋爐詳細(xì)參數(shù)見表2

表2 鍋爐銘牌

CFB鍋爐采用床下點(diǎn)火。左右兩側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道中各配備一只油槍燃燒器，點(diǎn)火增壓風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)提供燃燒用風(fēng)，兩只油槍的每小時最大耗油量2.5噸。兩只油槍將床溫加熱至600℃后，啟動給煤機(jī)調(diào)整給煤量，溫升率控制在1.5℃/min內(nèi)，最大不超3℃/min。油燃燒器詳情見表3

表3 油燃燒器技術(shù)特性

該廠以鐵路來煤為主，汽車來煤為輔，鐵路來煤卸煤是通過二臺門式斗鏈卸車機(jī)加二臺橋式抓斗起重機(jī)。采用皮帶式進(jìn)行輸送煤炭，由A、B側(cè)組成，運(yùn)行方式為一運(yùn)一備。皮帶輸送煤量400t/h，V＝2.0m/s。能夠滿足摻燒輸送能力。

2 優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)提高鍋爐效率

眾所周知燃煤電（熱）廠主要成本是煤炭，根據(jù)當(dāng)前煤炭市場行情，加上車板費(fèi)，其燃料成本高達(dá)70%以上；同時面對電價競價上網(wǎng)、鍋爐利用小時降低、檢修維護(hù)材料成本高，燃煤發(fā)電廠生存環(huán)境嚴(yán)峻，合理摻燒是有必要的，能夠有效降低發(fā)電成本，當(dāng)燃用非設(shè)計煤種（無煙煤）會帶來一系列的問題，因其煤種低位發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)分發(fā)生改變，會影響CFB鍋爐相關(guān)參數(shù)，如：床溫、床壓、飛灰含碳、灰渣、輔機(jī)電耗、受熱面磨損、鍋爐效率等。為保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對床層壓力、床層溫度、飛灰含碳和轉(zhuǎn)機(jī)電耗等重要參數(shù)，進(jìn)行必要優(yōu)化調(diào)整，使之滿足安全可靠節(jié)能環(huán)保要求。

2.1 摻燒摻配簡析

CFB摻燒方式是將不同煤種按照一定的原則均勻混合在一起，與煤粉爐分倉摻燒完全不同。CFB鍋爐如果摻燒不當(dāng)?shù)脑?，CFB鍋爐會出現(xiàn)效率降低、床溫升高、床壓降低、煤耗增大、風(fēng)機(jī)電耗上升、環(huán)保排放超標(biāo)等情況，因此摻燒的合理性十分重要。

根據(jù)CFB鍋爐蒸發(fā)量和燃燒情況，制定合理配煤的方案，使CFB鍋爐在安全經(jīng)濟(jì)環(huán)保的條件下可靠運(yùn)行。卸煤時堆煤，按照煤炭低位發(fā)熱量和全硫，分區(qū)域存放，使用推煤機(jī)和抓斗均勻摻配；鍋爐上煤時摻燒，使用抓斗取煤，將無煙煤和煙煤充分混合在同一條輸煤皮帶上進(jìn)行摻配。無煙煤摻燒比例按照1：1（全硫小于0.7）；1：2（全硫大于 0.7 小于 1.0）；1：3（全硫大于 1.0 小于 2.5）。

2.2 優(yōu)化床壓以滿足鍋爐負(fù)荷

CFB鍋爐帶負(fù)荷依靠循環(huán)物料，物料主要包含煤炭、石灰石顆粒、亞硫酸鈣、硫酸鈣、燃燒后生成的灰分等，這些固體物料是CFB鍋爐重要傳熱介質(zhì)。鍋爐負(fù)荷增加時，物料向爐膛內(nèi)受熱面（水冷壁、屏過及屏再等）傳遞熱量增加，使鍋爐的產(chǎn)汽量上升；如果此時爐膛內(nèi)物料不夠，受熱面吸收熱量不足，導(dǎo)致爐膛內(nèi)傳熱率低，鍋爐蒸發(fā)量不能滿足生產(chǎn)要求。

當(dāng)燃用無煙煤時，鍋爐帶同樣的負(fù)荷，給煤量減少，灰分量變小，床壓降低，物料會減少，不利于鍋爐帶滿負(fù)荷。床層壓力低時，物料量少，儲熱量也少，爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)內(nèi)物料循環(huán)率低，鍋爐帶負(fù)荷困難。為保證鍋爐正常帶負(fù)荷，鍋爐運(yùn)行中應(yīng)將床壓控制在11～12Kpa，床壓控制通過冷渣器轉(zhuǎn)速調(diào)整或返料器底部排放細(xì)灰。

2.3 優(yōu)化床溫提高燃燒效率

CFB鍋爐床溫高低，影響床料結(jié)焦安全性和環(huán)保指標(biāo)排放及鍋爐燃燒效率改變，所以燃用無煙煤時，首先考慮鍋爐安全環(huán)?？煽窟\(yùn)行，其次考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)燃用無煙煤時，無煙煤工業(yè)分析得出灰熔點(diǎn)變形溫度是1350℃，要控制料層床溫始終低于灰熔點(diǎn)150℃以上，不發(fā)生高溫結(jié)焦事故。無煙煤的低位發(fā)熱量高達(dá)6500大卡，對爐膛內(nèi)受熱面?zhèn)鳠嵊绊戄^大，屏式受熱面和床層溫度出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，控制受熱面不超溫，保證鍋爐燃燒效率，根據(jù)灰熔點(diǎn)溫度，經(jīng)過多次摸索，優(yōu)化床溫在890～950℃之間，平衡了安全和經(jīng)濟(jì)二者的關(guān)系。

2.4 優(yōu)化一二次配風(fēng)方式降低飛灰含碳

飛灰含碳對于CFB鍋爐影響嚴(yán)重，這些未燃盡飛灰在尾部受熱面上積聚，達(dá)到可燃條件時會發(fā)生飛灰再燃燒事故，損壞省煤器和空預(yù)器；由于無煙煤可燃基揮發(fā)分一般在6.5～10%范圍，可以看出揮發(fā)分很低，難于著火和飛灰含碳量高，飛灰含碳達(dá)到一定時，機(jī)械熱損增大，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性。

飛灰含碳高的一般原因有揮發(fā)分低、燃燒時間不夠、含氧量不足、分離器效率低、燃煤粒徑分布不合理等方面。降低飛灰含碳量方法有，提高燃燒溫度，加快揮發(fā)分析出，促進(jìn)燃燒；優(yōu)化一、二次配風(fēng)方式，調(diào)整一次風(fēng)量在13～16萬，保證一次流化風(fēng)量安全，減少夾帶和揚(yáng)析，調(diào)整二次風(fēng)壓6KPa，增加二次的剛性，消除貧氧區(qū)，二次風(fēng)量根據(jù)氧量調(diào)整，實現(xiàn)分級送風(fēng)，從而降低飛灰含碳量。利用檢修時對分離器中心筒進(jìn)行檢查應(yīng)完好無變形；定期對粗碎和細(xì)碎及滾筒篩進(jìn)行檢查裝置設(shè)備完好無磨損。

2.5 優(yōu)化送風(fēng)量降低風(fēng)機(jī)電耗

CFB鍋爐風(fēng)機(jī)電耗占廠用電的60%左右，合理降低風(fēng)機(jī)電耗是有必要的，另外風(fēng)量的增大導(dǎo)致鍋爐受熱面磨損加劇，增加受熱面爆管概率。

一次風(fēng)機(jī)作用充分流化床料、提供一定的氧氣、冷卻床層溫度；二次風(fēng)機(jī)要求風(fēng)速大于一次風(fēng)速，實現(xiàn)分級燃燒控制還原氣氛，調(diào)節(jié)氧量。在床料充分流化的條件下（床溫正常、排渣良好），優(yōu)化一次風(fēng)量，減少一次風(fēng)機(jī)電耗，同時磨損量與風(fēng)速三次方成正比，減少受熱面磨損量，提高鍋爐安全可靠運(yùn)行；將下二次風(fēng)門關(guān)至50%，上二次風(fēng)門全開100%，優(yōu)化二次送風(fēng)量，增強(qiáng)二次風(fēng)穿透擾動效果，實現(xiàn)分級燃燒，控制環(huán)保指標(biāo)；合理降料層阻力，減少風(fēng)機(jī)出口阻力，即減少風(fēng)機(jī)電耗。

3 摻燒無煙煤對鍋爐點(diǎn)火啟動時影響

燃用設(shè)計煤種時，可燃基揮發(fā)分在25%～28%煙煤著火容易，床層溫度在450℃時開始脈沖投煤。該廠在燃用無煙煤點(diǎn)火時，床溫550℃開始脈沖投煤，因著火困難，未燃燒的煤積聚起來，后期出現(xiàn)床溫變化率達(dá)35℃/min出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，汽溫、汽壓大幅度上升，超過溫升曲線范圍，汽輪機(jī)差脹超標(biāo)跳機(jī)，鍋爐受熱面出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)崞睿瑖?yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

3.1 燃用無煙煤點(diǎn)火的操作要點(diǎn)

CFB鍋爐點(diǎn)火啟動前，保證布風(fēng)板上有合格的床料。啟動物料較厚時，物料多，需要的熱量也多，油槍耗油量增多，延長啟動時間；啟動物料較薄時，物料少，容易導(dǎo)致布風(fēng)板過熱，嚴(yán)重時床料結(jié)焦，所以啟動物料厚度決定鍋爐啟動速度和安全性，通?？刂茊游锪虾穸仍?50mm～800mm，床料粒度在9mm以下，啟動物料中含碳量小于1%，保證鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。點(diǎn)火前對給煤機(jī)入口煤進(jìn)行化驗揮發(fā)分含量；點(diǎn)火前油槍霧化試驗合格；爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)投入正常。

一、二次配風(fēng)非常重要。若是配風(fēng)不合理，風(fēng)量過大，熱量和床料損失多，床溫上升率達(dá)不到要求，影響啟動點(diǎn)火時間，耗油量增加；風(fēng)量過小，冷態(tài)床料流化不均勻，容易產(chǎn)生床層結(jié)焦，據(jù)統(tǒng)計分析CFB鍋爐結(jié)焦60%的情況發(fā)生在點(diǎn)火投煤階段，點(diǎn)火初期控制一次風(fēng)量10萬/小時，二次風(fēng)量3萬/小時，二次風(fēng)門開至20%，可以合理平衡安全與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系。

首先啟動一側(cè)油槍，半個小時后切換另外一側(cè)，控制床溫升速率80～100℃/h，點(diǎn)火后加強(qiáng)對點(diǎn)火風(fēng)道巡視；床溫升至450℃時暖爐60分鐘，使鍋爐金屬和澆注料膨脹均勻；床溫超過500℃時，增加一次風(fēng)量至臨界流化風(fēng)量以上（12萬），使床料流化，建立物料循環(huán)；床溫升至595℃時，準(zhǔn)備啟動給煤機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動投煤，控制給煤機(jī)最小的流量，在爐前墻傾聽落煤管內(nèi)的聲音，監(jiān)視煙氣含氧量和床溫變化率，控制最大不超變化率3℃/min；床溫達(dá)到690℃時，就地通過觀火孔能夠看到火星，緩慢增加一次風(fēng)量至13萬/小時，同時增加煤量，監(jiān)視煙氣含氧量有無降低及床溫變化率增大現(xiàn)象，根據(jù)氧量變化率運(yùn)行人員及時調(diào)整給煤量；按上述操作緩慢將床溫升至890℃，全面檢查鍋爐整體膨脹情況。

通過以上可以看出來，把握好以下操作要點(diǎn)，床料厚度和粒度合格、油槍著火良好、一二次配風(fēng)合理、暖爐時間足夠、投煤時機(jī)適當(dāng)，控制住以上要點(diǎn)，能夠有效避免鍋爐在點(diǎn)火過程中出現(xiàn)爆燃和結(jié)焦事故，使鍋爐安全穩(wěn)定投入運(yùn)行。

結(jié)語

根據(jù)CFB鍋爐的特點(diǎn)，燃用性價比高的無煙煤，從而提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。該廠在燃用無煙煤點(diǎn)火時對出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，經(jīng)過摸索和大量的試驗，成功解決了由于無煙煤的熱值高揮發(fā)份低，點(diǎn)火困難問題；由于煤質(zhì)偏離設(shè)計煤質(zhì)較大，通過不斷優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，鍋爐可以狀態(tài)良好穩(wěn)定運(yùn)行，為同類型電廠在摻燒無煙煤時，提供了一定經(jīng)驗。