淺談300MW循環流化床鍋爐啟動爆燃控制

張峰

摘要：循環流化床鍋爐啟動，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，實現鍋爐正常穩定運行。循環流化床鍋爐爆燃是鍋爐常見的燃燒事故，一般發生在啟動過程初期投煤階段，此時床溫不高（500～650℃），投入的燃煤（煙煤或無煙煤）中揮發分析出并燃燒，而焦炭未完全燃燒，床料中聚集了大量的未燃盡焦炭，嚴重時床壓明顯上升。當床溫升到焦炭著火溫度，焦炭快速燃燒，產生爆燃，大量熱量急劇釋放，造成床溫迅速上升，升溫率可能超過20/min℃。一旦發生嚴重爆燃將威脅鍋爐安全運行，甚至要停爐處理。因此，做好300MW循環流化床鍋爐啟動過程爆燃的預防及控制工作很有意義。

關鍵詞：300MW循環流化床；鍋爐；啟動；爆燃控制

1、300MW循環流化床鍋爐熱物料循環系統

本文研究的鍋爐為亞臨界、中間再熱、自然循環、單鍋筒、平衡通風鍋爐。爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構成了循環流化床鍋爐的物料熱循環回路，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，進行氣固兩相分離，經過分離器凈化過的煙氣進入尾部煙道。分離器分離下來的高溫物料一部分直接返送回爐膛，另一部分進入外置式換熱器，外置換熱器入口設有錐型閥，通過調整錐型閥的開度來控制外置換熱器和回料閥的循環物料分配。靠近爐前的2個外置式換熱器內布置高溫再熱器和低溫過熱器，這2個外置式換熱器的主要作用是用來調節再熱蒸汽溫度；靠近爐后的2個外置式換熱器內布置一級中溫過熱器和二級中溫過熱器，這2個外置式換熱器的主要作用是用來調節床溫。

2、300MW循環流化床鍋爐啟動中爆燃事故及原因分析

300MW循環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，在鍋爐點火時易發生爆燃事故。爐膛發生爆燃的根本原因是：在爐膛的有限空間內或鍋爐通道、煙囪道及輸送煙氣至煙囪的風機內，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、設備或控制系統設計不合理或者設備和控制系統故障所致。爆燃事故發生的根源在于可燃物的聚集，通過分析點火爆燃事故產生的原因及條件，可以歸納出以下幾種情況容易發生爆燃事故：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，而又不進行適當的吹掃，導致易爆炸混合物的累積；③爐膛瞬間熄火，經恢復并延時后，聚積的可燃物被重新引燃；④爐膛流化風量不足，存在可燃物質易于積累的死區，造成不完全燃燒和可燃物的積累。300MW循環流化床鍋爐爐膛內爆燃，容易造成爐膛內該區域溫度升高很快，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。

3、300MW循環流化床鍋爐啟動爆燃控制

3.1做好啟動前的預防

啟動床料的粒徑分布對啟動過程影響很大，粒徑過大時，爐膛上部細顆粒不足，密相區熱量無法及時通過細顆粒攜帶傳熱給爐膛上部水冷壁，床溫高而鍋爐出力提升空間不足；反之，在啟動過程啟動床料過細則容易被煙氣帶走造成料層厚度不足都會影響流化均勻性，因此，應按照規程要求嚴格檢測、控制啟動床料粒徑分布特性和料層厚度。啟動床料中可燃物含量過高，當床料溫度達到可燃物著火溫度后也容易產生爆燃，因此要求嚴格控制啟動床料的可燃物含量；無煙煤著火溫度較高，通常要求投煤溫度在650℃以上，盡可能不作為啟動用煤。一般情況下，建議在煙煤著火穩定，床溫高于650℃，可逐漸加入無煙煤；床溫高于750℃，加大無煙煤流量；床溫高于820℃，逐漸退出煙煤運行。對入廠啟動煙煤和無煙煤進行著火特性和燃盡性分析，有助于運行人員準確控制投煤床溫，投煤階段啟動用煙煤應為純煙煤，應盡可能避免摻雜無煙煤、煤矸石現象，及時排除爆燃與結焦隱患。

3.2加強一次風量與二次風量的控制

（1）一次風量控制。一次風量是影響床料流化質量的關鍵因素，啟動過程一次風量的控制以不同料層厚度下的臨界流化風量為底線；投煤前，在床下啟動燃燒器出口一次風道不超溫的前提下保持最低流化風量運行。投煤后，適當提高一次風量有助于改善上下、左右床溫分布偏差。床溫高于600℃后，煙煤燃燒穩定，床溫上升趨勢良好逐漸加大一次風以保障充分流化，防止局部結焦。（2）二次風量控制。整體床溫較低階段（低于燃煤燃燒較完全的溫度，一般來說，北方煙煤<650℃，福建煙煤<700℃）關小二次風量，只保持少量的二次風量以冷卻爐膛二次風噴口即可；特別是下二次風直通床料密相區下部，對床溫冷卻效果明顯，600℃以下低床溫階段不宜開大。

3.3完善熱控邏輯保護

（1）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，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”。（2）油槍吹掃控制。原邏輯油槍為手動吹掃，且OFT動作后仍能執行吹掃。手動吹掃取決于運轉員的操作，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”。（3）完善MFT，OFT保護動作出口。按原邏輯，MFT，OFT動作后，聯鎖關閉所有油槍速斷閥、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鎖關閉，回油電動門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態，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動作聯鎖關閉風道及床上燃油供油母管速斷閥，開啟回油電動門聯鎖，確保了滅火保護動作的可靠性。

3.4完善點火設備及試運程序

眾所周知，風道燃燒器以及床上油槍是鍋爐的主要點火設備，點火以及火焰監測裝置位于風道燃燒器中，在具體實踐中，存在著一些安全隱患。包括這些方面的內容：（1）進油速斷閥內漏問題。要想對這個問題進行解決，就需要采取一系列的措施，促使檢修工藝水平得到提升，對檢修文件包制度進行健全和完善，嚴格控制檢修質量。油槍每次檢修之后，充油試驗都是需要進行的，以便對進油速斷閥的嚴密性進行驗證；要對各個燃油流量計的測量精度進行提升，將小量程油壓表給應用過來，如果有泄露問題出現，可以及時采取針對性的應對措施。（2）火焰監測裝置“偷火”問題。通過調查，有兩只風道燃燒器分別配置于循環流化床鍋爐兩側點火風道，它們有三米左右的距離，因為風道沒有較大的體積，如果任何一只著火，都會被另一只的火焰監測裝置檢測到。針對這種情況，對火檢探頭的角度和位置等進行了調整，促使火焰監測裝置能可靠的運行。另外，對風道燃燒器火焰電視進行了增設，對其燃燒情況有效的監視，避免出現一些事故。

3.5制定安全啟動相關規定

（1）制定相關反事故措施。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。結合具體情況，對保護投退規定進行了制定，在投退保護之前，需要經過值長投以，并且將保護名稱、批準人、執行人等相關信息詳細記錄于保護登記本中，總工程師批準之后，方可以投退主保護。在每次啟動機組之前，都需要有工作人員對保護投退情況進行復核檢驗，在啟動之前，將所有的保護給投入進來。（3）邏輯保護傳動規定。嚴格執行邏輯保護傳動規定，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、結束語

綜上所述，由于300MW循環流化床鍋爐的冷態啟動過程較長，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。爐膛內的部分區域積聚一定量的煤粒及煤的揮發分后，容易造成急劇燃燒，即發生爐膛爆燃。但只要在調試和運行中多調整、勤分析，正確采取措施，就能降低爆燃發生的幾率，保證機組安全運行。

參考文獻：

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[2]循環流化床鍋爐啟動中易發生事故的分析及預防[J].趙南尚.同煤科技.2011（01）.

[3]300MW循環流化床鍋爐機組床溫特性及調整[J].劉洋，王卓.科技風.2015（23.

（作者單位：山西平朔煤矸石發電有限責任公司）