近年来循环流化床(CFB)锅炉因其负荷调节比宽､燃料适用性好及污染物排放低等特点得到迅速发展｡大型CFB机组在保证机组安全运行的前提下,如何缩短启动时间､降低启动油耗备受CFB锅炉用户关注｡结合某330MW级CFB锅炉冷态启动过程,对点火准备至锅炉连续投煤这一阶段中影响启动过程的各参数进行优化调整,缩短了启动时间,降低了启动油耗,对同炉型机组启动有一定的指导意义｡
1锅炉系统
该锅炉为DG1165-17.5-Ⅱ1型循环流化床､亚临界､一次中间再热､自然循环气包炉｡锅炉燃烧系统主要由燃烧室､点火油枪系统和给煤系统组成｡锅炉燃烧室宽28275mm､深9831mm,属典型的大宽深比炉膛｡炉膛底部是由水冷壁拉稀弯曲形成的水冷风室,热一次风从风室两侧进入,左右两侧的热一次风道内分别布置2支床下点火油枪;锅炉前后墙还设有共6支床上油枪,用于启动点火和低负荷稳燃;主燃料通过炉前8台给煤机均匀地送入炉膛｡
炉膛布风主要由一次风､二次风与返料风组成｡一次风分三路送入炉膛:第一路进入水冷风室通过风帽流化床料;第二路用于炉前分布式多点给煤;第三路作为密封风送入给煤机(冷风)｡二次风经前后二次风箱通过上､中､下三层二次风管送入炉膛｡返料风经回料阀布风板均匀地进入返料装置｡
锅炉邻炉加热系统由炉底加热和邻炉热风加热组成:炉底加热将邻机高压辅汽通过供汽管道引入水冷壁下联箱,待锅炉上水后投入,实现对水冷壁内工质的加热;邻炉热风加热利用邻炉热一次风加热炉膛内的空气和受热面,使锅炉在点火时已处于“热炉”状态,以缩短启动时间,降低启动能耗｡
2影响启动过程的因素
根据CFB锅炉运行特点,影响启动过程的因素主要有床存量､流化风量､二次风压､点火油枪投用方式､投煤温度和投煤方式等｡
2.1床存量
床存量直接影响到CFB锅炉的热惯性,合理的床存量不仅有利于增加二次风的穿透性,从而改善锅炉燃烧条件,还可以降低一次风机压头,降低厂用电,同时还可以大幅减少密相区磨损｡在锅炉启动初期,床存量过大会延长启动时间,增加燃油耗量;床存量过小,床压过低,CFB锅炉各区温度都会呈现出升高趋势,导致投煤后床温升高过快,不容易控制,影响机组正常带负荷｡
2.2流化风量
流化风量过小可能导致流化不良,甚至造成局部低温结焦｡在保证床料正常流化的前提下,过大的流化风量又会增加床料逃逸,并带走炉内热量,造成热量损失｡
2.3二次风量
在锅炉未投煤前,锅炉氧量偏高,不需要补充助燃风,过多的二次风会增加热量损失,在保证物料不反串至二次风管的前提下,二次风量应越小越好,因此合理的二次风压对降低启动油耗有很大帮助｡
2.4油枪投用方式
锅炉设计点火方式为床上及床下油枪联合点火,这种点火方式一般先投用床下油枪至床温500℃,再投用床上油枪,适用于燃用贫煤和无烟煤的用户｡而燃用烟煤用户,一般投煤温度点在450~550℃,投煤温度较低,可不投用床上油枪｡此外,床上油枪设置在中二次风管内,启动时风口处物料浓度较低,油枪热量极少部分被床料吸收,大部分被烟气带走,造成热量损失｡因此若条件允许,启动期间应尽量避免投用床上油枪｡
2.5投煤温度与投煤方式
投煤温度的选择对CFB锅炉启动至关重要｡投煤温度过低,煤粒不能及时着火燃烧,成为炉膛的冷却源,降低炉膛温度,同时未燃烧的煤粒在炉内聚集,一旦着火就会引发爆燃,使炉内温度难以控制;投煤温度过高又会延长启动时间,造成不必要的浪费｡因此应结合科学的试验分析来确定安全经济的投煤温度｡此外,热烟气进入水冷风室后将主要从布风板中部进入床层,并且该炉型属于大宽深比单炉膛布置,沿炉膛宽度方向床温分布呈中间高两边低的趋势,投煤方式需进行调整,以减小中间与两侧的床温偏差｡该厂锅炉床温测点前后墙布置,离床层中间部位有一定距离,使得监视床层温度比实际中部床层温度低｡因此在确定投煤温度后,应对炉膛中部实际床温做出判断,以确定合理的投煤时间和投煤方式｡
3过程优化
3.1床存量
调试启动期间,出于安全运行考虑,启动床料厚度在1200mm以上,床存量偏大,牺牲了经济性｡经试验发现,启动床料厚度约为900mm即可保证床料不吹空,经计算此时床料堆积截面积为4.5m2,对应床料总体积约为127.6m3｡若需要考虑返料器床存量,则再加上3个返料器床料量28.4m3,此时需床料156m3,对应床料厚度约1100mm,再根据床料添加系统出力提前做好上床料的准备工作,以缩短启动准备时间｡
3.2流化风量
启动前临界流化风量试验得出最小流化风量在18000~19000m3/h,出于安全运行考虑,流化风量在24000m3/h左右,风量偏大｡经试验,21000m3/h风量足以使床料达到微流化状态｡由于风量测点显示和实际风量有偏差,运行中一般利用水冷风室压力和对应的风机电流来判断是否达到微流化状态｡微流化状态时水冷风室压力约为11kPa,一次风机变频电流约为110A｡
3.3二次风压
不同负荷下CFB炉膛压力沿炉膛高度方向呈单调指数分布[8],高度越低,炉膛压力越大,二次风口中下二次风口位置最低｡所以保证二次风压大于下二次风口处炉膛压力,可防止物料反串至二次风系统｡因启动初期床料未完成筛选,床存量较大,床压较高,此时炉膛压力分布曲线见图1中“床压10kPa”曲线,下二次风口标高约11m,该处炉膛压力约2kPa｡当床料筛选基本结束,床压保持不变,炉膛压力分布曲线见图1中“床压7kPa”曲线,趋势与“床压10kPa”曲线类似,下二次风口处炉膛压力约1kPa｡运行中启动一台二次风机,并借助二次风挡板调整进行憋压,使得二次风箱压力高于2kPa,保证物料不反串｡随着床压的降低,适当降低风机转速以降低二次风箱压力，但不能低于１kPa。
3.4投煤温度
优化前一般在平均床温达450℃开始投煤,因油枪出力有限,平均床温达350℃后温升率逐渐变缓,达投煤温度须消耗过多的燃油｡为了确定更加经济的投煤温度,对燃煤取样进行热重试验分析,结果显示煤样着火温度约为434℃;而从表1的煤质分析得知,实际燃用煤种与试验煤种挥发分､低位发热量十分接近,可将434℃作为实际燃用煤着火点｡因实际炉内燃烧环境与试验燃烧环境有偏差,出于安全运行考虑,选择当局部床温超过450℃开始进行脉冲投煤,对于这一床温要求,仅投用床下油枪即可满足｡达投煤温度时前墙床温分布见图2,此时平均床温已达420℃,且其中测点6和测点7床温已超过450℃,判断附近实际床温已超过燃煤着火点,启动测点6和测点7之间的给煤机进行脉冲投煤,初期以8t/h出力投煤3min,几分钟后床温上涨,氧量下降,表明煤已开始燃烧,待床温缓慢上涨,氧量基本维持不变后,再进行下一次脉冲投煤,如此间断进行至整体床温超过450℃时,启动其余给煤机均以脉冲投煤的方式进行给煤,并逐渐延长脉冲给煤时间,整体床温稳定上涨后,进行连续投煤｡因该炉型床温呈中间高两侧低的分布特性,连续投煤时,尽量采用中间给煤机相对两侧给煤机出力低的给煤方式,以平衡中部和两侧的床温偏差。
3.5炉底加热与临炉热风加热
炉底加热是利用蒸汽加热水的一种两相流加热方式,不可避免存在汽水震荡,严重时还会发生“水击”,因此合适的蒸汽参数和控制手段尤为重要｡经验证明:当蒸汽压力为0.7MPa､温度约为320℃时,结合供汽调整门控制供汽量,锅炉水冷壁振动明显减小,可长期地投用炉底加热｡对于临炉热风的安全使用,在保证邻炉热风风压不受影响的前提下,手动控制临炉热风联络门约10%开度,利用热风对锅炉进行加热,提高点火初始床温,实现点火前锅炉已处于“热炉”状态｡
4优化结果
图3优化前后平均床温变化曲线对以上参数进行优化,并结合临炉加热系统的合理投用后,平均床温随时间的变化曲线见图3｡
与优化前床温曲线变化趋势相似,均在点火前期温升速度较快,待平均床温达350℃后温升变缓,投煤后温升速度又开始加快｡不同在于炉底加热与邻炉热风加热的投用,使点火初始床温由原来的43℃提高至84℃,此时汽包壁温已达100℃,产生的少量蒸汽已对过热汽系统进行了“预暖管”,提高了机组启动速度｡投煤温度调整后,投煤时平均床温423.8℃,较之前453.9℃降低了30.1K,结合床存量､流化风量和二次风压的优化,点火油耗降低了6.4t,并且同样达到515℃的平均床温,优化后耗时缩短了84min,启动速度得到很大提高｡
5结语
结合某330MW级CFB锅炉冷态启动过程,分析了影响启动能耗的因素,通过对床存量､流化风量､二次风压､投煤温度和方式等进行了优化调整,并结合邻炉加热系统的合理投用,得到以下结论:
(1)点火初始床温提高了41K,点火时锅炉已达“热炉”状态,产生的少量蒸汽已对过热汽系统进行了“预暖管”,提高了机组启动速度｡
(2)启动耗时缩短了84min,启动油耗降低了6.4t,创造了较大的直接和间接经济效益,节能优化效果显著｡
