循环流化床锅炉冷态启动中的问题及改进措施

和秋军

摘要：循环流化床锅炉具备污染物把控成本低、对燃煤的适应性强等优势，然而冷启动的时间长、成本高是限制其进步的弊端。对于该锅炉在启动时多次出现油枪熄火、床温温度波动等情况，经过对油枪进行优化，对点火操作进行整改、对床料的厚度进行启动、再分配煤粉粒径等技术手段，对它的点火效率进行提升，以此来对点火的成本进行减小。

关键词：循环流化床;冷态启动;运行探讨

引言

循环流化床锅炉（CFB）是一种新型锅炉，燃料种类繁多，污染物排放几乎为零。 由于其燃烧原理与煤粉炉的燃烧原理不一样，因此在装置启动时会受到各种条件的限制，并且经常会出现启动时间长、燃料消耗高以及风道燃烧器温度过热等情况。所以，对其如何能够更安全、更经济、更有负荷地进行启动，同时符合国家有关节能降耗的标准是一门值得探讨的课程。某钢铁厂有一台循环流化床锅炉，主要负责该钢铁集团公司总厂和矿山的电力生产。它是生产过程里的关键能源生产单位，预计年发电量为13.5亿千瓦时。

1.现状分析

该燃煤锅炉是根据循环流化原理安排煤的燃烧过程，其主要特点是大量携带燃料的高温固体颗粒物所进行的循环燃烧。固体颗粒充盈整个熔炉，处于悬浮且强烈混合的燃烧模式，然而，与一般的燃煤炉中发生的纯悬浮燃烧过程相比，该燃烧室中的颗粒浓度比燃煤炉中的浓度大得多，同时有着明显的揪粒成闭和在床层物料中颗粒间混合，颗粒与气体之间的相对速度较大，这明显与基于气动运输办法的煤粉的悬浮燃烧过程全部不同。

该锅炉在低温状态下启动，首先床下风道的油枪开始工作，炉床温度的加热速率通过把控点火油枪的输出和油枪的数量来管理，当床层温度升至560 ℃时，开始进行脉冲供煤，根据煤燃烧的响应速度和床层温度的变化情况，在取得平均床层温度与氧气含量之间的对应关系之后，油枪的出力可以慢慢减少，煤量的脉冲增加量根据床温可以平稳提高。当平均床温达到700 ℃时，根据燃烧情况，风道燃烧器的油枪将停止运行。

以现在的装置冷态启动问题来说，从点火到投煤燃烧稳定退出油枪，关键问题如下：

（1）油枪多次熄火，油料燃烧不充足，长时间内环保在线监督体系都没办法投入，环保压力大;（2）床料粒径差异大，前后壁床层温度差异大，造成锅炉受热面出现传热不均衡，对它的运行安全性产生严重影响。（3）锅炉升温和增压速度缓慢，风道燃烧器壁温超过规划值（1 150℃），床温仅升高30℃/ h，与规划值（≤100）℃/ h）相差甚远，比较高的燃油消耗、装置启动时间长，很难达到它规划的参数值。

2.问题产生的主要原因

2.1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。

2.2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。

3.解决措施

3.1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）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。

（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。

3.2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，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。

3.3 强化冷态启动前期工作

（1）點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。

3.4煤场实行定制化管理，控制好入炉煤粒度

依据锅炉规划的参数，严格监控进煤的各种标准，并对煤场进行量身定制的管理。在储煤量符合标准时，必须按照机组负荷合理地安排进煤时间，并且必须将煤堆放在指定区域内，以防止程度不一样的干湿煤，其中部分湿煤没有翻晒就进入破碎系统，造成该体系的底篦被堵塞，降低它的渗透性，就是减少破碎机的出力，使大量的粗颗粒通过旁路流入熔炉。

结语

因为该锅炉具备粉煤锅炉不能相比较的各种优势，并且在火电行业得到广泛认可，然而，因为诸如设计、安装、操作等的各种原因的限制，在冷启动的初始阶段的能量节省和消耗的减少总是不能令人满意。经过油枪、煤粉粒度和运行方式（床温的优化）的改进，对它的冷启动问题基本得到了处理，电厂每年启动约3次，每年至少节省50吨，总体上节能降耗成本至少80万元，节能环保压力也大大减轻。

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