300 MW CFB锅炉启动中爆燃原因及预防措施

孙后军，张卫志

（马鞍山发电厂，安徽 马鞍山 243021）

近年，在电煤价格持续上涨的趋势下，循环流化床(英文简称CFB)锅炉以其优良的环保性能、良好的煤种适应性和高效的劣质煤燃烧等优势，在国内外得到了迅速发展。在我国，采用先进洁净煤燃烧技术的大型CFB锅炉，短短几年就从试用转入了推广阶段。但比较于传统燃煤锅炉，CFB锅炉存在着诸多特殊性，加之国内在自主设计、生产、调试、运行方面的经验不足，使用中也面临着许多技术上的问题。目前正在推广的300MW CFB锅炉，其冷态启动中，炉膛点火和投煤方面控制不好易发生爆燃的问题，就是威胁机组安全运行的隐患之一。以下结合对安徽省首台300MW CFB机组整组启动中的一次锅炉爆燃分析，探讨同类型锅炉冷态启动中爆燃事故的预防和控制措施。

1 300MW CFB锅炉基本系统和物料热循环

笔者参与调试的锅炉型号为HG1025/17.4—L.MN36，由哈尔滨锅炉厂设计制造，亚临界参数、自然循环、单锅筒；单炉膛、双风布板；全钢构架、露天布置；平衡通风、一次中间再热。主要参数见表1。

锅炉主要由单炉膛、高温绝热旋风分离器、回料阀、外置式换热器、尾部对流烟道、冷渣器和回转式空预器等部分组成，基本系统见图1。单炉膛采用裤衩腿、双布风板结构。在炉膛上部左右两侧各布置有2个高温绝热旋风分离器。每个分离器回料腿下布置一个回料阀和一个外置式换热器。每个回料阀一侧与炉膛相连，另一侧与一个外置式换热器相连。分离器分离下来的高温物料一部分直接返回炉膛，另一部分进入外置式换热器，通过调整外置换热器入口锥型阀的开度可控制外置换热器和回料阀的循环物料分配。在炉膛两侧下部对称布置4个外置式换热器。靠近炉前的2个内布置高温再热器HT R和低温过热器LT S，主要作用是调节再热汽温；靠近炉后的2个内布置中温过热器IT S，用于调节床温。炉膛、分离器、回料阀和外置式换热器构成了CFB锅炉的核心部分—物料热循环回路。煤与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应，产生的烟气分别进入4个分离器，经气固分离净化后进入锅炉尾部烟道，依次经高温过热器、低温再热器、高温省煤器、低温省煤器，最后通过空气预热器排出。

表1 锅炉主要设计参数

2 设计燃料指标

锅炉设计燃煤为矸石、煤泥和中煤的混合燃料，固态排渣。设计和校核煤质分析情况见表2。

表2 设计和校核煤种分析

3 CFB锅炉爆燃原因分析

3.1 爆燃事故经过

事故当日02:00锅炉投油点火，机组整组启动，14:35床温约548℃时投煤，3个多小时后汽轮机冲转。21:00后锅炉下部、中部床温部分测点显示温度降至500℃，随后锅炉BT动作，首出信号为“炉烟道顶部压力高高(≥4000Pa)”，炉B侧风道燃烧器膨胀节裂开，锅炉熄火。

3.2 事故前运行工况

引风机1台(乙)、高压流化风机3台、一次风机2台、二次风机1台运行；风道燃烧器共3只油枪运行，锅炉燃煤量约为18t/h；左、右裤衩腿一次风量分别为150000和190000Nm3/h，氧量约17%。另由于运行中给煤线频繁故障，锅炉整体床温一直不高，下部约在600℃，中部略高于500℃，上部约460℃，但从给煤线跳闸测点信号中反映，投煤期间上部床温有一点经常超过1000℃，各部床温特别是上部床温温差较大。事故发生在给煤线断煤后突然恢复给煤不久。

3.3 爆燃原因分析

从调试操作方面看，炉膛温度维持在500℃～700℃时，在给煤线频繁发生断煤和跳闸故障的情况下，选择大量投煤的时机不适宜，未燃烧的煤粉在炉内积聚导致炉内爆燃。其中原因有：

(1) 发生爆燃前由于密相区上部温度偏高，右侧个别测点温度显示达1000℃以上。为避免该点温度继续上升，调试中采用了加大二次风量的办法控制温度。因风量过大，炉膛温度水平偏低，使得煤粒入炉后未经充分燃烧，即被烟气携带离开炉膛，带入锅炉尾部烟道。

(2) 由于启动中仅启用了乙引风机，在锅炉烟气流通截面宽大的情况下，单引风机运行使烟气携带灰量不均匀，造成部分较细未燃尽的煤粒沉积在烟气流动相对较缓慢的右侧烟道内壁，加剧了烟道内煤粒积聚现象。

(3) 锅炉启动过程中，使用一次风及二次风量偏大。点火时，炉膛一次风量A侧为140000 Nm3/h，B侧为170000Nm3/h，二次总风量139000Nm3/h。随着负荷增加，风量值对应增加至A侧为150000 Nm3/h，B侧为180000Nm3/h，二次总风量250000 Nm3/h。大风量运行造成炉内平均温度偏低，遇有突然大量煤粒入炉后，未经充分燃烧即被烟气携带离开炉膛，在旋风分离器出口水平烟道处积聚，到达爆炸极限浓度值后在一定温度下发生了爆燃。

3.4 事故危害分析

CFB锅炉炉膛内爆燃，容易造成炉膛内该区域温度升高很快，超过灰分的熔化温度，会产生低温结焦，造成炉内流化不良。若低温结焦发生在炉膛的一次风风帽及二次风进炉膛的风管上，将进一步恶化炉膛内床料的流化情况。其结果是严重影响锅炉设备及整个汽轮机组的安全运行。这次事故后停炉检查，现场观察膨胀节右上角破裂，吹损了部分床枪点火装置等设备；左右侧旋风分离器出口水平段到尾部烟道膨胀节破损，其中右侧膨胀节上部保温层材料飞出挂到了钢梁上；左、右侧旋风分离器出口水平段烟道分别向外侧发生位移30mm和50 mm，并压坏了其膨胀限位；尾部烟道至空预器入口段一小部分保温层松散；4个回料阀内床料含碳量较大，其中A，C回料阀内床料太少，已接近风帽；C埋刮板给煤机上部盖板掀走；锅炉右侧裤衩腿内发现有大量焦块。

4 CFB锅炉启动预防爆燃措施

(1) 冷态启动前，在炉膛4 个回料阀和4个外置床内添加足够的启动床料，床料尽可能使用锅炉正常运行中排放出来的循环灰，以便锅炉启动后尽快建立物料内循环及外循环。启动床料在第一次启动时可以用沙，以后也可以用底渣作为床料。如果选用沙子做启动床料，要求控制砂子中的钠、钾含量，以免引起床料结焦。其中Na2O：1.0%-2.0%；K2O：2.0%-3.0%；沙子粒度：最大粒径≤1mm(99%小于1mm）；D50=200 μm(50%小于200 μm)。

启动床料粒度要求可参照CFB锅炉运行说明书中提供的粒度曲线(见图2)。尤其在采用底渣时，应尽量满足粒度分布的要求，一般推荐粒度分布在曲线A和曲线B之间。

(2) 对应型号的CFB锅炉在冷态点火启动中，应考虑启用2台引风机同时运行，尽量保证烟气携带灰量均匀。运行中，等燃烧工况稳定后根据需要选择引风机台数。另外应加强对锅炉尾部烟道吹灰，防止可燃物沉积。

(3) 在冷态启动中，当锅炉中床温达到投煤允许温度550℃时，则以最低转速对称投入2条给煤线。约60s后观察床温的变化，如床温有所增加，同时氧量有所减小时，证明煤已开始燃烧。床温将继续以5℃/ mIn～8℃/mIn升温率增加，氧量持续减小，可以较小的给煤量连续给煤。当给煤线故障停运时，必须查明原因消除故障后，方能恢复投煤，避免可燃物在未燃尽的情况下大量积聚。

(4) 点火后应根据床温分布情况及时对给煤线前后下煤量进行调整，以消除床温分布不均现象。300 MW CFB锅炉启动中，床温在500℃～700℃时不宜大量投煤，床温达500℃时，应按两侧对称方式逐一启动床枪，避免炉膛内点火后长时间处于平均温度低的阶段。

(5) 在床温达到600℃左右时，可对称启动2台高再HT R外置床和内置低过LT S、中过IT S的2个外置床流化，其对应的锥形阀开度为10%左右，以加热它的床料。检查外置床风量:入口500Nm3/h，空室1850Nm3/h，HT R室7600Nm3/h，LT S室7600Nm3/h。逐步开大锥形阀开度，提高过、再热汽温度。床温控制在650℃～700℃之间，逐渐停止床下启动燃烧器，同时增加给煤量。在锅炉床温等参数满足要求的情况下，尽早向炉膛投煤助燃。在提高床温的同时，煤中所含灰分也向炉膛添加循环灰，有助于建立锅炉的热物料内外循环。

(6) 一旦发现床温测点偏差大，或某测点显示温度超过1000℃时，应立即联系热工，检查确认该测点显示是否准确。当确认该点温度正确时，应果断采取措施，在采用加大一次风量，调整上、下二次风量比例方法的同时，应降低该侧的燃油量和给煤量，而不是单纯加大风量，降低该点床温低于1000℃，防止发生结焦。(7) 当发现炉膛内某个区域的温度变化率迅速上升时，应将氧量、炉膛压力、主汽压力等参数结合起来进行判断，如果出现与爆燃现象相吻合时，即可判断为炉膛爆燃。此时，应当迅速采取措施，适当减少给煤量和燃油量，密切监视炉膛压力。当炉膛压力偏离正常值较大时，应立即解除炉膛压力自动调节，改用手动调节2台引风机静叶开度。如机组处于运行中，还应同时开大汽轮机调速汽门，增加机组负荷来降低主汽压力，同时要密切监视主汽温度的过热度，防止主汽温度的过热度偏低威胁汽轮机的安全运行。

5 结束语

由于300MW 循环流化床锅炉的冷态启动过程较长，会造成炉膛内床料越来越少，床压越来越低，同时回料阀和外置床内的物料也很少。在还没有建立起正常的锅炉内外循环的情况下，由于炉膛内各处的温度偏差较大，煤进入炉膛后容易造成燃烧不好。炉膛内的部分区域积聚一定量的煤粒及煤的挥发分后，容易造成急剧燃烧，即发生炉膛爆燃。但只要在调试和运行中多调整、勤分析，正确采取措施，就能降低爆燃发生的几率，保证机组安全运行。这台机组在以后的10余次整组调试中没再发生锅炉爆燃，并已于2009年3月份投产。