循环流化床锅炉冷态启动中的问题及改进措施

周厚勇

（攀钢发电厂，四川攀枝花 617000）

1 背景

循环流化床锅炉(CFB)是一种燃料范围广,污染物接近零排放的新型锅炉。因其燃烧机理区别于煤粉炉，在机组启动过程中，受多方面条件的制约，时常存在着机组启动时间长、燃油消耗高及风道燃烧器超温等问题。因此，如何更安全经济的启炉和带负荷，满足国家最新节能降耗的指标要求,是值得研究的一个课程。

攀钢发电厂现有循环流化床锅炉1 台，主要承担攀钢主体厂矿生产用电，是攀钢集团整个生产流程中重要的提供生产能源的单位，设计年发电量13.5亿kWh电。其主要技术参数见表1。

2 现状分析

循环流化床燃煤锅炉是基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为主要特征。固体颗粒充满整个炉膛，处于悬浮并强烈掺混的燃烧方式，但与常规煤粉炉中发生的单纯悬浮燃烧过程相比，颗粒在循环流化床燃烧室内的浓度远大于煤粉炉，并且存在显著的揪粒成闭和床料的颗粒间混，颗粒与气体间的相对速度大，这一点显然与基于气力输送方式的煤粉悬浮燃烧过程完全不同。传热模型参见图1、图2。

表1 锅炉主要技术参数

图1 流化形成图

图2 锅炉物料炉内外循环示意图

循环流化床锅炉冷态启动，先投运床下风道燃烧器油枪，通过控制点火油枪出力及油枪数量来控制炉膛床温升温速度，当床温升至560 ℃时开始脉冲投煤，视燃煤响应速率及床温变化趋势，获得平均床温和氧量间良好的对应关系后，可逐渐降低油枪出力，脉冲增加煤量并保持床温的稳步上升；在平均床温达700 ℃以上视燃烧情况，停运风道燃烧器油枪。

2018 年2 月～2018 年3 月，机组进行了2 次冷态启动，但因其控制逻辑及燃烧方式的改变，冷态启动时间较长，启动效果不理想。（见表2）。

表2 冷态启动时长表

从目前机组冷态启动情况来看，从点火到投煤燃烧稳定退出油枪，主要问题有以下几点：

（1）油枪熄火频繁，油料燃烧不完全,长时间内环保在线监测系统均无法投入，环保压力大；

（2）床料粒度级差大，前后墙床层温度偏差大，导致锅炉受热面传热不均匀，严重影响锅炉运行安全性。

（3）锅炉升温升压速度缓慢，风道燃烧器壁温超设计值（1 150 ℃），床温温升率仅达到30 ℃/h，距设计值（≤100 ℃/h）甚远，燃油消耗量高、机组启动时间过长，远达不到锅炉设计的参数值。温升率见图3。

图3 床温升速率缓慢

3 问题产生的主要原因

3.1 启动料层厚度不合理，燃煤粒径大、小不均匀

（1）点火初期，锅炉床料厚度偏于设计值上限，床层温度温升缓慢，油枪出力随之增大，导致点火风道壁温瞬时超温，运行人员采用大风量进行降温，随之造成燃烧上移，床料局部流化不良而分层，导致蓄热能力降低，投煤初期床层温度更加不稳定，引起锅炉床温大幅波动或上升缓慢，不易带负荷。

（2）观察分析初期点火各项数据，燃煤粒径d50数值偏大，锅炉原料设计主要为攀枝花周边煤矸石，其煤的品质差异很大，时常出现大块煤矸石与细料抱团粘结后堵塞碎煤机的底篦，降低其透料性，亦即降低破碎机出力，特别是当煤粘结严重时，部分大颗粒通过旁路大量涌入炉膛，造成炉膛床层压力偏高；为避免锅炉启动初期炉膛结焦，用高压一次风量进行强制流化，导致锅炉燃煤分层，大颗粒在密相区运动，只有相当小一部分颗粒到稀相区，传热效果不明显，床层温度呈单调递减，锅炉启动过程中升温升压速度缓慢，投油运行时间较长。

3.2 点火操作不当，油枪点火困难及不完全

（1）循环流化床锅炉是近十几年来兴起的环保型锅炉，属于微正压炉，区别于负压煤粉炉。锅炉采用中心回油式油枪，通过机组软逻辑判断油枪出力正常与否，为最大限度实现风道燃烧器燃烧稳定，控制系统捕捉到油枪两次压力异常后关闭油系统，导致机组启动时间较长。

（2）风道燃烧器主、副流化风量配比不当，火焰根部脱火或缺氧，造成油枪燃烧时好时坏，严重影响燃烧效果甚至频繁熄火。

4 解决措施

4.1 动态调整一、二次风风压，严格控制床料厚度及入炉煤颗粒

（1）为彻底解决床料厚度偏离设计值引起床温不平衡问题，组织各类专业人员对机组点火初期的各项问题进行攻关，分析认为，问题的解决从运行的角度入手，在不影响环保排放指标的条件下，可以改变一、二次风量配比，适当增加二次风压，降低一次风刚性扰动，保证炉膛横断面环流贫氧区有充分的氧气供应的同时，严格控制床料厚度在700～800 mm，加速高浓度物料颗粒的传质和载热过程，促进炉膛内部物料的温度平衡。参见图4。

图4 点火初期炉内贫氧区

（2）根据锅炉设计的参数严格控制入厂煤的各种指标，煤场实行定制化管理。当储煤量达到要求时根据机组负荷合理安排进煤时间并进行划区域堆放，严格控制粒度≤10 mm，杜绝因进煤干湿程度不一，部分湿煤堵塞破碎系统底篦，降低其透料性，降低破碎机出力，造成大量粗颗粒通过旁路涌入炉膛，导致床料厚度偏厚引起床温不均。

4.2 油枪改造

为彻底解决发电厂原点火系统雾化效果较差，容易出现喷嘴堵塞，冷炉点火时冒黑烟现象严重，节能降耗及环保压力大的问题。将油枪改为压缩空气雾化油燃烧器油枪（见图5），利用流体力学两相流理论，将低压雾化介质（压缩空气）注入到低压油里面，在固定的混合腔内混合，形成油包气的特定流态——气泡流，利用气泡的产生、运动、变形，直至在枪头出口处形成气泡内外压力差，通过其压差使气泡涨裂雾化燃烧，加之其结构特性，燃烧比较完全。解决了冷态启动时间长，油枪熄火，烟囱冒黑烟现象等问题，且大幅降低了节能降耗及环保压力。

图5 压缩空气雾化油枪

4.3 强化冷态启动前期工作

（1）点火前确认油枪燃油压力、控制逻辑正常，做到风量、油压匹配，确保一次性点火成功。

（2）熟练掌握冷态启动的相关控制逻辑，锅炉冷态启动参数异常时，运行人员安全、快速调回正常参数，最大限度减小设备损坏，降低点火成本。

（3）锅炉启动初期入炉煤热值和挥发份按设计值高限配比，严格执行脉冲给煤规定。动态调整燃油风量，根据氧量将一、二次风量调至最佳比例。

4.4 煤场实行定制化管理，控制好入炉煤粒度

根据锅炉设计的参数严格控制入厂煤的各种指标，煤场实行定制化管理。当储煤量达到要求时根据机组负荷合理安排进煤时间并进行划区域堆放，杜绝因进煤干湿程度不一，部分湿煤不经翻晒后进入破碎系统，导致破损系统底篦堵塞，降低其透料性，亦即降低破碎机出力，大量粗颗粒通过旁路涌入炉膛。入炉煤粒度优化后炉内温升率见图6。

图6 风量、粒度优化、油枪改造后床温升温率平稳提升

5 结论

循环流化床锅炉因其具有煤粉炉无法比拟的各种优点，在火电行业得到了高度的认可，但由于受设计、安装、操作等各项因素制约，机组冷态启动初期节能降耗始终不尽人意。通过对油枪改造、燃煤粒径及运行方式（床温优化）的调整，锅炉冷态启动困难的问题已基本解决，发电厂每年启动约3 次左右，每年最少可节约50 t 以上，合计节能降耗成本至少80万以上，节能及环保压力也大幅降低。