330MW級循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動節(jié)能優(yōu)化

導(dǎo)讀：本文為330MW級循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動節(jié)能優(yōu)化。通過探討330MW級CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程的各項調(diào)整措施，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

近年來循環(huán)流化床(CFB)鍋爐因其負(fù)荷調(diào)節(jié)比寬?燃料適用性好及污染物排放低等特點得到迅速發(fā)展?大型CFB機(jī)組在保證機(jī)組安全運行的前提下,如何縮短啟動時間?降低啟動油耗備受CFB鍋爐用戶關(guān)注?結(jié)合某330MW級CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程,對點火準(zhǔn)備至鍋爐連續(xù)投煤這一階段中影響啟動過程的各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,縮短了啟動時間,降低了啟動油耗,對同爐型機(jī)組啟動有一定的指導(dǎo)意義?

1鍋爐系統(tǒng)

該鍋爐為DG1165-17.5-Ⅱ1型循環(huán)流化床?亞臨界?一次中間再熱?自然循環(huán)氣包爐?鍋爐燃燒系統(tǒng)主要由燃燒室?點火油槍系統(tǒng)和給煤系統(tǒng)組成?鍋爐燃燒室寬28275mm?深9831mm,屬典型的大寬深比爐膛?爐膛底部是由水冷壁拉稀彎曲形成的水冷風(fēng)室,熱一次風(fēng)從風(fēng)室兩側(cè)進(jìn)入,左右兩側(cè)的熱一次風(fēng)道內(nèi)分別布置2支床下點火油槍;鍋爐前后墻還設(shè)有共6支床上油槍,用于啟動點火和低負(fù)荷穩(wěn)燃;主燃料通過爐前8臺給煤機(jī)均勻地送入爐膛?

爐膛布風(fēng)主要由一次風(fēng)?二次風(fēng)與返料風(fēng)組成?一次風(fēng)分三路送入爐膛:第一路進(jìn)入水冷風(fēng)室通過風(fēng)帽流化床料;第二路用于爐前分布式多點給煤;第三路作為密封風(fēng)送入給煤機(jī)(冷風(fēng))?二次風(fēng)經(jīng)前后二次風(fēng)箱通過上?中?下三層二次風(fēng)管送入爐膛?返料風(fēng)經(jīng)回料閥布風(fēng)板均勻地進(jìn)入返料裝置?

鍋爐鄰爐加熱系統(tǒng)由爐底加熱和鄰爐熱風(fēng)加熱組成:爐底加熱將鄰機(jī)高壓輔汽通過供汽管道引入水冷壁下聯(lián)箱,待鍋爐上水后投入,實現(xiàn)對水冷壁內(nèi)工質(zhì)的加熱;鄰爐熱風(fēng)加熱利用鄰爐熱一次風(fēng)加熱爐膛內(nèi)的空氣和受熱面,使鍋爐在點火時已處于“熱爐”狀態(tài),以縮短啟動時間,降低啟動能耗?

2影響啟動過程的因素

根據(jù)CFB鍋爐運行特點,影響啟動過程的因素主要有床存量?流化風(fēng)量?二次風(fēng)壓?點火油槍投用方式?投煤溫度和投煤方式等?

2.1床存量

床存量直接影響到CFB鍋爐的熱慣性,合理的床存量不僅有利于增加二次風(fēng)的穿透性,從而改善鍋爐燃燒條件,還可以降低一次風(fēng)機(jī)壓頭,降低廠用電,同時還可以大幅減少密相區(qū)磨損?在鍋爐啟動初期,床存量過大會延長啟動時間,增加燃油耗量;床存量過小,床壓過低,CFB鍋爐各區(qū)溫度都會呈現(xiàn)出升高趨勢,導(dǎo)致投煤后床溫升高過快,不容易控制,影響機(jī)組正常帶負(fù)荷?

2.2流化風(fēng)量

流化風(fēng)量過小可能導(dǎo)致流化不良,甚至造成局部低溫結(jié)焦?在保證床料正常流化的前提下,過大的流化風(fēng)量又會增加床料逃逸,并帶走爐內(nèi)熱量,造成熱量損失?

2.3二次風(fēng)量

在鍋爐未投煤前,鍋爐氧量偏高,不需要補(bǔ)充助燃風(fēng),過多的二次風(fēng)會增加熱量損失,在保證物料不反串至二次風(fēng)管的前提下,二次風(fēng)量應(yīng)越小越好,因此合理的二次風(fēng)壓對降低啟動油耗有很大幫助?

2.4油槍投用方式

鍋爐設(shè)計點火方式為床上及床下油槍聯(lián)合點火,這種點火方式一般先投用床下油槍至床溫500℃,再投用床上油槍,適用于燃用貧煤和無煙煤的用戶?而燃用煙煤用戶,一般投煤溫度點在450~550℃,投煤溫度較低,可不投用床上油槍?此外,床上油槍設(shè)置在中二次風(fēng)管內(nèi),啟動時風(fēng)口處物料濃度較低,油槍熱量極少部分被床料吸收,大部分被煙氣帶走,造成熱量損失?因此若條件允許,啟動期間應(yīng)盡量避免投用床上油槍?

2.5投煤溫度與投煤方式

投煤溫度的選擇對CFB鍋爐啟動至關(guān)重要?投煤溫度過低,煤粒不能及時著火燃燒,成為爐膛的冷卻源,降低爐膛溫度,同時未燃燒的煤粒在爐內(nèi)聚集,一旦著火就會引發(fā)爆燃,使?fàn)t內(nèi)溫度難以控制;投煤溫度過高又會延長啟動時間,造成不必要的浪費?因此應(yīng)結(jié)合科學(xué)的試驗分析來確定安全經(jīng)濟(jì)的投煤溫度?此外,熱煙氣進(jìn)入水冷風(fēng)室后將主要從布風(fēng)板中部進(jìn)入床層,并且該爐型屬于大寬深比單爐膛布置,沿爐膛寬度方向床溫分布呈中間高兩邊低的趨勢,投煤方式需進(jìn)行調(diào)整,以減小中間與兩側(cè)的床溫偏差?該廠鍋爐床溫測點前后墻布置,離床層中間部位有一定距離,使得監(jiān)視床層溫度比實際中部床層溫度低?因此在確定投煤溫度后,應(yīng)對爐膛中部實際床溫做出判斷,以確定合理的投煤時間和投煤方式?

3過程優(yōu)化

3.1床存量

調(diào)試啟動期間,出于安全運行考慮,啟動床料厚度在1200mm以上,床存量偏大,犧牲了經(jīng)濟(jì)性?經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),啟動床料厚度約為900mm即可保證床料不吹空,經(jīng)計算此時床料堆積截面積為4.5m2,對應(yīng)床料總體積約為127.6m3?若需要考慮返料器床存量,則再加上3個返料器床料量28.4m3,此時需床料156m3,對應(yīng)床料厚度約1100mm,再根據(jù)床料添加系統(tǒng)出力提前做好上床料的準(zhǔn)備工作,以縮短啟動準(zhǔn)備時間?

3.2流化風(fēng)量

啟動前臨界流化風(fēng)量試驗得出最小流化風(fēng)量在18000~19000m3/h,出于安全運行考慮,流化風(fēng)量在24000m3/h左右,風(fēng)量偏大?經(jīng)試驗,21000m3/h風(fēng)量足以使床料達(dá)到微流化狀態(tài)?由于風(fēng)量測點顯示和實際風(fēng)量有偏差,運行中一般利用水冷風(fēng)室壓力和對應(yīng)的風(fēng)機(jī)電流來判斷是否達(dá)到微流化狀態(tài)?微流化狀態(tài)時水冷風(fēng)室壓力約為11kPa,一次風(fēng)機(jī)變頻電流約為110A?

3.3二次風(fēng)壓

不同負(fù)荷下CFB爐膛壓力沿爐膛高度方向呈單調(diào)指數(shù)分布[8],高度越低,爐膛壓力越大,二次風(fēng)口中下二次風(fēng)口位置最低?所以保證二次風(fēng)壓大于下二次風(fēng)口處爐膛壓力,可防止物料反串至二次風(fēng)系統(tǒng)?因啟動初期床料未完成篩選,床存量較大,床壓較高,此時爐膛壓力分布曲線見圖1中“床壓10kPa”曲線,下二次風(fēng)口標(biāo)高約11m,該處爐膛壓力約2kPa?當(dāng)床料篩選基本結(jié)束,床壓保持不變,爐膛壓力分布曲線見圖1中“床壓7kPa”曲線,趨勢與“床壓10kPa”曲線類似,下二次風(fēng)口處爐膛壓力約1kPa?運行中啟動一臺二次風(fēng)機(jī),并借助二次風(fēng)擋板調(diào)整進(jìn)行憋壓,使得二次風(fēng)箱壓力高于2kPa,保證物料不反串?隨著床壓的降低,適當(dāng)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以降低二次風(fēng)箱壓力，但不能低于１kPa。

3.4投煤溫度

優(yōu)化前一般在平均床溫達(dá)450℃開始投煤,因油槍出力有限,平均床溫達(dá)350℃后溫升率逐漸變緩,達(dá)投煤溫度須消耗過多的燃油?為了確定更加經(jīng)濟(jì)的投煤溫度,對燃煤取樣進(jìn)行熱重試驗分析,結(jié)果顯示煤樣著火溫度約為434℃;而從表1的煤質(zhì)分析得知,實際燃用煤種與試驗煤種揮發(fā)分?低位發(fā)熱量十分接近,可將434℃作為實際燃用煤著火點?因?qū)嶋H爐內(nèi)燃燒環(huán)境與試驗燃燒環(huán)境有偏差,出于安全運行考慮,選擇當(dāng)局部床溫超過450℃開始進(jìn)行脈沖投煤,對于這一床溫要求,僅投用床下油槍即可滿足?達(dá)投煤溫度時前墻床溫分布見圖2,此時平均床溫已達(dá)420℃,且其中測點6和測點7床溫已超過450℃,判斷附近實際床溫已超過燃煤著火點,啟動測點6和測點7之間的給煤機(jī)進(jìn)行脈沖投煤,初期以8t/h出力投煤3min,幾分鐘后床溫上漲,氧量下降,表明煤已開始燃燒,待床溫緩慢上漲,氧量基本維持不變后,再進(jìn)行下一次脈沖投煤,如此間斷進(jìn)行至整體床溫超過450℃時,啟動其余給煤機(jī)均以脈沖投煤的方式進(jìn)行給煤,并逐漸延長脈沖給煤時間,整體床溫穩(wěn)定上漲后,進(jìn)行連續(xù)投煤?因該爐型床溫呈中間高兩側(cè)低的分布特性,連續(xù)投煤時,盡量采用中間給煤機(jī)相對兩側(cè)給煤機(jī)出力低的給煤方式,以平衡中部和兩側(cè)的床溫偏差。

3.5爐底加熱與臨爐熱風(fēng)加熱

爐底加熱是利用蒸汽加熱水的一種兩相流加熱方式,不可避免存在汽水震蕩,嚴(yán)重時還會發(fā)生“水擊”,因此合適的蒸汽參數(shù)和控制手段尤為重要?經(jīng)驗證明:當(dāng)蒸汽壓力為0.7MPa?溫度約為320℃時,結(jié)合供汽調(diào)整門控制供汽量,鍋爐水冷壁振動明顯減小,可長期地投用爐底加熱?對于臨爐熱風(fēng)的安全使用,在保證鄰爐熱風(fēng)風(fēng)壓不受影響的前提下,手動控制臨爐熱風(fēng)聯(lián)絡(luò)門約10%開度,利用熱風(fēng)對鍋爐進(jìn)行加熱,提高點火初始床溫,實現(xiàn)點火前鍋爐已處于“熱爐”狀態(tài)?

4優(yōu)化結(jié)果

圖3優(yōu)化前后平均床溫變化曲線對以上參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并結(jié)合臨爐加熱系統(tǒng)的合理投用后,平均床溫隨時間的變化曲線見圖3?

與優(yōu)化前床溫曲線變化趨勢相似,均在點火前期溫升速度較快,待平均床溫達(dá)350℃后溫升變緩,投煤后溫升速度又開始加快?不同在于爐底加熱與鄰爐熱風(fēng)加熱的投用,使點火初始床溫由原來的43℃提高至84℃,此時汽包壁溫已達(dá)100℃,產(chǎn)生的少量蒸汽已對過熱汽系統(tǒng)進(jìn)行了“預(yù)暖管”,提高了機(jī)組啟動速度?投煤溫度調(diào)整后,投煤時平均床溫423.8℃,較之前453.9℃降低了30.1K,結(jié)合床存量?流化風(fēng)量和二次風(fēng)壓的優(yōu)化,點火油耗降低了6.4t,并且同樣達(dá)到515℃的平均床溫,優(yōu)化后耗時縮短了84min,啟動速度得到很大提高?

5結(jié)語

結(jié)合某330MW級CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程,分析了影響啟動能耗的因素,通過對床存量?流化風(fēng)量?二次風(fēng)壓?投煤溫度和方式等進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,并結(jié)合鄰爐加熱系統(tǒng)的合理投用,得到以下結(jié)論:

(1)點火初始床溫提高了41K,點火時鍋爐已達(dá)“熱爐”狀態(tài),產(chǎn)生的少量蒸汽已對過熱汽系統(tǒng)進(jìn)行了“預(yù)暖管”,提高了機(jī)組啟動速度?

(2)啟動耗時縮短了84min,啟動油耗降低了6.4t,創(chuàng)造了較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)能優(yōu)化效果顯著?