浅谈300MW循环流化床锅炉启动爆燃控制

张峰

摘要：循环流化床锅炉启动，就是通过外部热源使最初加入床层上的物料温度提高到煤着火所需的最低水平上，从而使投入的煤迅速着火，并自动保持床层温度在煤着火温度的水平之上，实现锅炉正常稳定运行。循环流化床锅炉爆燃是锅炉常见的燃烧事故，一般发生在启动过程初期投煤阶段，此时床温不高（500～650℃），投入的燃煤（烟煤或无烟煤）中挥发分析出并燃烧，而焦炭未完全燃烧，床料中聚集了大量的未燃尽焦炭，严重时床压明显上升。当床温升到焦炭着火温度，焦炭快速燃烧，产生爆燃，大量热量急剧释放，造成床温迅速上升，升温率可能超过20/min℃。一旦发生严重爆燃将威胁锅炉安全运行，甚至要停炉处理。因此，做好300MW循环流化床锅炉启动过程爆燃的预防及控制工作很有意义。

关键词：300MW循环流化床；锅炉；启动；爆燃控制

1、300MW循环流化床锅炉热物料循环系统

本文研究的锅炉为亚临界、中间再热、自然循环、单锅筒、平衡通风锅炉。炉膛、分离器、回料阀和外置式换热器构成了循环流化床锅炉的物料热循环回路，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，进行气固两相分离，经过分离器净化过的烟气进入尾部烟道。分离器分离下来的高温物料一部分直接返送回炉膛，另一部分进入外置式换热器，外置换热器入口设有锥型阀，通过调整锥型阀的开度来控制外置换热器和回料阀的循环物料分配。靠近炉前的2个外置式换热器内布置高温再热器和低温过热器，这2个外置式换热器的主要作用是用来调节再热蒸汽温度；靠近炉后的2个外置式换热器内布置一级中温过热器和二级中温过热器，这2个外置式换热器的主要作用是用来调节床温。

2、300MW循环流化床锅炉启动中爆燃事故及原因分析

300MW循环流化床锅炉点火燃烧器多使用油、天然气、液化石油气，特别是风道燃烧器空间狭小，床上燃油雾化后与床料混合，可燃气体不易扩散，在锅炉点火时易发生爆燃事故。炉膛发生爆燃的根本原因是：在炉膛的有限空间内或锅炉通道、烟囱道及输送烟气至烟囱的风机内，积累的可燃混合物着火引起爆燃。炉膛爆燃均是由于运行操作不合理、设备或控制系统设计不合理或者设备和控制系统故障所致。爆燃事故发生的根源在于可燃物的聚集，通过分析点火爆燃事故产生的原因及条件，可以归纳出以下几种情况容易发生爆燃事故：①辅助燃料泄漏到未燃烧的炉膛中，通过火花或其他的点火源点燃累积的可燃物；②重复多次未能点燃辅助燃料，而又不进行适当的吹扫，导致易爆炸混合物的累积；③炉膛瞬间熄火，经恢复并延时后，聚积的可燃物被重新引燃；④炉膛流化风量不足，存在可燃物质易于积累的死区，造成不完全燃烧和可燃物的积累。300MW循环流化床锅炉炉膛内爆燃，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。

3、300MW循环流化床锅炉启动爆燃控制

3.1做好启动前的预防

启动床料的粒径分布对启动过程影响很大，粒径过大时，炉膛上部细颗粒不足，密相区热量无法及时通过细颗粒携带传热给炉膛上部水冷壁，床温高而锅炉出力提升空间不足；反之，在启动过程启动床料过细则容易被烟气带走造成料层厚度不足都会影响流化均匀性，因此，应按照规程要求严格检测、控制启动床料粒径分布特性和料层厚度。启动床料中可燃物含量过高，当床料温度达到可燃物着火温度后也容易产生爆燃，因此要求严格控制启动床料的可燃物含量；无烟煤着火温度较高，通常要求投煤温度在650℃以上，尽可能不作为启动用煤。一般情况下，建议在烟煤着火稳定，床温高于650℃，可逐渐加入无烟煤；床温高于750℃，加大无烟煤流量；床温高于820℃，逐渐退出烟煤运行。对入厂启动烟煤和无烟煤进行着火特性和燃尽性分析，有助于运行人员准确控制投煤床温，投煤阶段启动用烟煤应为纯烟煤，应尽可能避免掺杂无烟煤、煤矸石现象，及时排除爆燃与结焦隐患。

3.2加强一次风量与二次风量的控制

（1）一次风量控制。一次风量是影响床料流化质量的关键因素，启動过程一次风量的控制以不同料层厚度下的临界流化风量为底线；投煤前，在床下启动燃烧器出口一次风道不超温的前提下保持最低流化风量运行。投煤后，适当提高一次风量有助于改善上下、左右床温分布偏差。床温高于600℃后，烟煤燃烧稳定，床温上升趋势良好逐渐加大一次风以保障充分流化，防止局部结焦。（2）二次风量控制。整体床温较低阶段（低于燃煤燃烧较完全的温度，一般来说，北方烟煤<650℃，福建烟煤<700℃）关小二次风量，只保持少量的二次风量以冷却炉膛二次风喷口即可；特别是下二次风直通床料密相区下部，对床温冷却效果明显，600℃以下低床温阶段不宜开大。

3.3完善热控逻辑保护

（1）完善床上油枪、给煤线启动允许、跳闸保护逻辑。床上油枪没有点火装置，投入后依靠床料及热风加热至着火温度，因此床上油前“进油速断阀开信号”，在速断阀故障或检修时，不能正确反应风道燃烧器状态，更改“进油速断阀、雾化阀开且检测到火焰”，更可靠地保证了床上油枪安全运行。同样，给煤线启动允许及跳闸保护逻辑取自炉膛床温和床上油枪运行情况。床上油枪运行信号由“进油速断阀开”更改为“进油速断阀、雾化阀开且油枪推进到位”。（2）油枪吹扫控制。原逻辑油枪为手动吹扫，且OFT动作后仍能执行吹扫。手动吹扫取决于运转员的操作，不能保证油枪每次使用后都能吹扫，所以增加了“油枪停运或跳闸后自动吹扫”逻辑；MFT动作后油枪吹扫会在灭火后仍然向炉膛送入燃料，严重时会引起爆燃，所以增加了吹扫闭锁条件“OFT复归”。（3）完善MFT，OFT保护动作出口。按原逻辑，MFT，OFT动作后，联锁关闭所有油枪速断阀、雾化阀，退油枪、点火枪，但风道、床上燃油供油母管速断阀不联锁关闭，回油电动门不开，炉前各燃油管道依然处于充压状态，在进油速断阀故障时，不能及时切断燃料，造成事故隐患。为此，增加了MFT，OFT动作联锁关闭风道及床上燃油供油母管速断阀，开启回油电动门联锁，确保了灭火保护动作的可靠性。

3.4完善点火设备及试运程序

众所周知，风道燃烧器以及床上油枪是锅炉的主要点火设备，点火以及火焰监测装置位于风道燃烧器中，在具体实践中，存在着一些安全隐患。包括这些方面的内容：（1）进油速断阀内漏问题。要想对这个问题进行解决，就需要采取一系列的措施，促使检修工艺水平得到提升，对检修文件包制度进行健全和完善，严格控制检修质量。油枪每次检修之后，充油试验都是需要进行的，以便对进油速断阀的严密性进行验证；要对各个燃油流量计的测量精度进行提升，将小量程油压表给应用过来，如果有泄露问题出现，可以及时采取针对性的应对措施。（2）火焰监测装置“偷火”问题。通过调查，有两只风道燃烧器分别配置于循环流化床锅炉两侧点火风道，它们有三米左右的距离，因为风道没有较大的体积，如果任何一只着火，都会被另一只的火焰监测装置检测到。针对这种情况，对火检探头的角度和位置等進行了调整，促使火焰监测装置能可靠的运行。另外，对风道燃烧器火焰电视进行了增设，对其燃烧情况有效的监视，避免出现一些事故。

3.5制定安全启动相关规定

（1）制定相关反事故措施。制定反爆燃事故措施和启动操作票及启动注意事项，明确锅炉点火操作程序及禁止退出的保护。（2）建立保护投退管理制度。结合具体情况，对保护投退规定进行了制定，在投退保护之前，需要经过值长投以，并且将保护名称、批准人、执行人等相关信息详细记录于保护登记本中，总工程师批准之后，方可以投退主保护。在每次启动机组之前，都需要有工作人员对保护投退情况进行复核检验，在启动之前，将所有的保护给投入进来。（3）逻辑保护传动规定。严格执行逻辑保护传动规定，按停机时间及检修项目确定保护传动项目，坚持保护实传，确保保护正确动作。

4、结束语

综上所述，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。

参考文献：

[1]循环流化床锅炉燃烧控制相关问题探讨[J].张宗国.科学技术创新.2018（03）.

[2]循环流化床锅炉启动中易发生事故的分析及预防[J].赵南尚.同煤科技.2011（01）.

[3]300MW循环流化床锅炉机组床温特性及调整[J].刘洋，王卓.科技风.2015（23.

（作者单位：山西平朔煤矸石发电有限责任公司）