循环流化床锅炉爆燃原因及控制措施

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【摘要】通过对国产300MW循环流化床锅炉在冷态启动阶段发生爆燃的实际工况中各个参数的变化趋势进行分析，发现循环流化床锅炉在冷态启动阶段由于炉内的内外循环物料少，炉内燃烧工况的不稳定性、炉膛内各处的温度偏差较大是产生炉膛爆燃的原因。并对循环流化床锅炉发生爆燃对机组产生的危害进行了阐述，结合锅炉燃用煤的煤质、启动床料的选用、启动过程中各主要参数的具体控制要求等对其进行分析，找出了切实可行的控制措施，并且取得了非常好的效果，对同类型的循环流化床锅炉有一定的借鉴及参考价值。

【关键词】循环流化床锅炉；爆燃；原因分析；控制措施

1、前言

近年来，代表着目前最先进的洁净煤燃烧技术的循环流化床机组，在我国逐渐开始被应用于电力生产中。该厂两台300MW循环流化床锅炉于2006年双投。投产后机组运行情况良好，但在冷态启动过程中，由于炉膛内物料少，部分地方流化不好，易发生爆燃，威胁锅炉安全运行。

2、300MW循环流化床锅炉热物料循环系统

锅炉本体为HG-1025/17.5-L.HM37型CFBB，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四个分离器，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。

3、锅炉燃用煤质分析

该厂现有2台300MW循环流化床锅炉燃用的是当地的褐煤，入炉煤粒径在50mm左右。煤样工业分析数值见表1。

表1 煤样工业分析

项目 符号 单位 当地煤

收到基全水分 Mt.ar % 34.7

空气干燥基水分 Mad % 11.00

收到基灰分 Aar % 11.45

干燥无灰基挥发分 Vdaf % 52.70

低位发热量 Qnet.ar

Qnet.ar MJ/kg 12.435

kcal/kg 2970

收到基碳 Car % 36.72

收到基氢 Har % 1.87

收到基氧 Oar % 12.59

收到基氮 Nar % 1.01

收到基全硫 St.ar % 1.66

哈氏可磨指数 HGI 33

灰变型温度 DT ℃ 1060

灰软化温度 ST ℃ 1110

灰流动温度 FT ℃ 1130

4、爆燃原因及控制措施

4.1爆燃前工况介绍

锅炉冷态启动后，投入4支床下风道燃烧器油枪运行，将一次风加热到850℃到900℃，热一次风通过水冷风室进入炉膛，加热炉膛内的床料。炉膛平均温度达到450℃，四条给煤线运行正常，给煤量110T/H，燃油量2.34T/H，机组负荷124MW，主汽压力12.02MPa，主汽过热度105℃，机组处于正常的升参数启动过程中。

4.2爆燃现象及原因分析

由于锅炉冷态启动过程较长，造成炉膛内床料越来越少，床压越来越低，在3—5KPa之间波动，且未建立正常的锅炉内外循环。此时投煤，煤进入炉膛后由于炉膛内各处的温度偏差较大，且燃烧不好。炉内部分区域的煤及挥发分遇到温度较高的物料时造成急剧燃烧，发生炉膛爆燃。该区域的炉膛温度会急剧上升，温度变化率最高时达到100℃/min，炉膛出口氧量急剧下降。炉膛压力在引风机静叶及炉膛压力投自动的情况下，波动很大，在+1000Pa和-1000Ka之间波动，锅炉过热器出口压力上升很快，由于外置床内几乎不进料，导致主汽温度主要靠布置在炉膛尾部烟道的高温过热器吸热，汽温变化不大，由于主汽压力上升较快，导致主汽温度的过热度下降很多，威胁机组安全运行。

4.3爆燃的危害

炉膛内的部分区域发生爆燃，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。若低温结焦产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。

在主汽压力上升的情况下，主汽温度的过热度下降很多，由原来的125℃下降到83℃。主汽温度的过热度小于50℃，汽轮机将打闸停机，威胁机组的安全运行，严重时可能引起汽轮机水冲击事故的发生。

4.4控制措施

（1）在冷态启动前，在炉膛、四个回料阀和四个外置床内添加足够的启动床料，床料尽可能使用锅炉载正常运行中排放出来的循环灰，这些循环灰将有助于锅炉启动后尽快建立物料内循环及外循环。

启动床料除使用原有床料外，还可以使用沙子。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，且要求沙子最大粒径不超过0.6mm。

（2）锅炉在冷态启动中，当中床温达到投煤允许温度350℃时，则以最低转速对称投入2条给煤线，约1分钟后观察床温的变化，如床温有所增加，同时氧量有所减小时，可证明煤已开始燃烧。床温将继续以5℃～8℃/min速率增加，氧量持续减小，可以较小的给煤量连续给煤。

在床温达到600℃左右时，开始启动两台高再HTR外置床和内置LTS、ITS的两个外置床流化的流化风，其锥形阀开至10%左右，以便加热床料。外置床的风量为：入口500Nm3/h；空室1850Nm3/h；高再室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。煤燃烧提高床温的同时，煤中所含的灰分也向炉膛添加循环灰，有助于建立锅炉的热物料内循环及外循环。

（3）锅炉在冷态启动中，注意控制炉膛下部压力及水冷风室压力，防止出现两床失稳及翻故的发生。通过冷渣器的运行或添加床料的手段，维持P1在16～18KPa。同时，注意监视炉膛下部、中部及上部各点温度的变化率，通过两床的一次风量，以及上下二次风量配合调整，控制各点温度变化率在10℃/min以内。

（4）一旦发现床温测点偏差大，或超过1000℃时，应立即联系热工人员确认该测点显示是否准确。当确认该点温度正确时，应立即采取措施，如：降低该侧的燃油量和给煤量、加大一次风、调整上下二次风量比例等方法，降低该床温到低于1000℃，防止锅炉发生结焦。

（5）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，密切监视炉膛压力自动，当炉膛压力偏离正常值较大时，应立即解除炉膛压力自动，手动调节两台引风机静叶开度，防止炉膛压力保护动作。（炉膛压力保护定值：炉膛压力达到+4KPa或者-4KPa时，延时2秒，触发锅炉MFT保护和锅炉跳闸保护。）此时应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机组的安全运行。当主汽温度的过热度小于50℃，汽轮机应立即打闸停机，防止汽轮机水冲击事故的发生。

5、结束语

300MW循环流化床锅炉在冷态启动和压火后的恢复过程中，易发生爆燃现象。只要我们在运行中多调整，勤分析，当发生炉膛爆燃现象时，果断采取措施，就能降低爆燃的危害，保证机组的安全运行。