300 MW循环流化床锅炉特殊工况下的调整与环境因素分析

(山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036000)

0 引 言

作为新一代的洁净煤燃烧技术，循环流化床(CFB)锅炉燃烧技术已在世界范围内得到广泛应用。目前面临越来越严峻的环境压力，国家新的环保标准于2014年7月1日即将开始执行，针对引进型技术的CFB锅炉，并结合作者多年从事电厂运行的经验，提出了300 MW循环流化床锅炉特殊工况下的调整与环境质量存在必然影响的观点值得大家关注[1]。

1 锅炉运行方式及参数介绍

某厂300 MW CFB锅炉为上海锅炉厂有限公司引进技术生产的循环流化床、中间再热自然循环燃煤锅炉。

锅炉最大连续蒸发量：1 060.6 t/h。

额定蒸发量：1 010.1 t/h。

过热蒸汽压力：17.5 MPa。

过热蒸汽温度：541 ℃。

低温再热蒸汽压力：4.03 MPa。

低温再热蒸汽温度：333 ℃。

高温再热蒸汽流量：870.5 t/h。

高温再热蒸汽压力：3.824 MPa。

高温再热蒸汽温度：541 ℃。

省煤器入口给水温度：279 ℃。

锅炉保证效率：91%。

空气预热器 ：四分仓回转式。

炉膛热循环回路由炉膛、四个偏心布置旋风分离器、四个回料器、四个外置式换热器组成。排渣系统采用滚筒冷渣器与风水冷渣器联合排渣的运行方式，炉前为两台出力为25 t/h的滚筒冷渣器，炉后为两台出力为37 t/h的风水冷渣器。锅炉采用裤衩腿布置，带四台外置式换热器。

2 燃料及给煤系统

设计煤种为洗中煤和煤矸石混烧，混烧比例为洗中煤：煤矸石为60∶40。校核煤种I为洗中煤与煤矸石混烧，混烧比例为洗中煤：煤矸石为50∶50.校核煤种II为洗中煤、煤矸石与煤泥3种燃料混烧，混烧比例为洗中煤：煤杆石：煤泥为30∶30∶40。煤质资料见表1。

表1 煤质分析表

3 协同脱硫、脱硝、除尘系统及运行方式

这个厂煤源来自于附近露天煤矿的煤泥、洗中煤(煤矸石)。脱硫系统在原有炉内脱硫和超前脱硫的基础上，新增一套锅炉尾部增湿活化系统，通过炉膛尾部喷氨水，以达到深度脱硫的效果，多个系统协同使用，极大的增加了锅炉整体脱硫的可靠性，锅炉出口二氧化硫浓度可控制在200 mg/m3以下，达到国家新环保标准的要求。

为循环流化床低温燃烧锅炉，在实际运行的过程中，产生的NOx浓度较低，但应燃烧工况不稳定，可能造成NOx浓度间隙性超标，该厂新增一套(SNCR)脱硝系统，NOx排放浓度可控制在200 mg/m3以下，达到国家新环保标准的要求。

在除尘方面，吸取国内外先进除尘技术的基础上，采用自主研发、知识产权专利技术的分室反吹布袋除尘，除尘器可在线更换布袋，同时灰库和石灰石仓顶部均安装布袋除尘器[5]，锅炉烟尘浓度可控制在30 mg/m3以下，达到国家新环保标准的要求。

在循环流化床锅炉的低温燃烧特性(一般在850～900 ℃之间)下[2]，三个系统协同作用，使得机组在安全稳定运行的同时，各项环保指标都能达到国家要求的排放标准。

4 锅炉运行中典型工况的调整措施及环境因素分析

这个厂300 MW CFB锅炉于2009年8月投产，至今运行将近六年时间，作者结合运行经验，就该电厂从基建时期到运行稳定期间的几种典型工况进行分析。

(1) 锅炉发生翻床的调整及环境影响

由于锅炉采用裤衩腿布置，由两台一次风机来调整一次风压，由两个热一次风挡板来控制进入裤衩腿的一次风量，使两边的床料量保持平衡[3]。

正常情况下，两边的床压保持平衡，当发生下现几种情况时，会导致翻床：

①锅炉返料不畅；②热一次风挡板发生卡涩；

当发生上述两种情况时，锅炉会在几秒内快速发生翻床，如果调整不及时，炉内工况大幅波动，造成锅炉大面积结焦，情况严重时甚至会导致锅炉停运，会使二氧化硫、NOx超标。因此，针对这种可能的存在，运行人员要加强监视力度，一但发生翻床应及时发现，并快速调整。

锅炉返料不畅导致翻床。首先将无床料一侧的煤量减为零，防止煤进入炉膛后在无床料的炉膛内燃烧时发生结焦。其次要快速调整两侧的热一次风挡板，以调整两侧的热一次风量，使得被压死一侧的风量迅速加大，尽快恢复流化。如果锅炉还未恢复，进一步加大两台一次风机的出力，调整两侧的下二次风挡板，注意防止保护动作的同时，提高炉膛负压。另一个操作盘要加大排渣出力，调整锅炉水位，并分析发生翻床的原因。

热一次风挡板发生卡涩导致翻床。由于这个厂锅炉采用封闭式布置，厂房内环境温度较高，热一次风挡板阀门电机布置在空预器附近，平常运行温度较高，调整频繁，易发生卡涩。应在DCS画面开大关小，反复调整卡涩的热一次风挡板，使之恢复正常，并派人到就地观察热一次风门执行机构是否有报警，及时复位报警。随时准备就地手摇挡板，并与运行值长联系，降低机组负荷。如图所示，由于一侧热一次风门卡涩，导致翻床的发生，在及时复位热一次风门执行机构报警后(由于该厂风门采用进口西门子执行机构，在复位过程中需将风门断电几分钟，所以在曲线上风门成虚线状态时为断电状态)，经过调整使之恢复正常。

另外调整翻床的关键在于压死的床层被吹起来时，要快速调整热一次风挡板，防止床料全部翻过另一侧，这时要观察床压的变化速度及两侧一次风量的变化，要超前调整，尽快恢复正常[4]。

上述过程必须经过长时间的研究和运行调整，才能在翻床发生时，将其影响减小到最低，防止事故扩大化，并使得各项环保指标控制在合格范围内。

2 启炉过程中的运行调整及环境影响

由于循环流化床床料多，浇注料布置广泛，启炉时要控制床温温升率，一般不超1 000 ℃/h，防止升温过快，浇注料脱落，所以时间较长，这时床料由于流化后相互撞击及磨损，形成的小颗粒床料会被抽走，造成床料的流失，床压的降低，这时由于床温还不高，还不能大量的投煤，等到达投煤温度时，床压会越来越低，加之投运外置式换热器，造成冷的循环灰进入炉内，造成床温的波动，如果控制不好，极易造成锅炉结焦。在启动过程中，必须严格控制炉膛温升率，因此在锅炉烘炉期间炉膛温度一直较低(低于600 ℃)，且O2浓度一直偏高(一直在17%以上)，炉内投入脱硫剂后不能与SO2良好反应，因此SO2折算浓度会超标排放。同时，燃料型氮生成NOX所需的O2浓度较高，NOX生成量也就较高，因此NOX折算浓度会超标排放。

由于给煤采用二级给煤，一级为称重式给煤机，二级为刮板式给煤机。刮板式给煤机有前、后两个给煤口，有两个手动插板控制开度。由于启炉时所需要的煤量较小，这时的煤量控制成为关键。要通过观察炉膛密相区下部与中部的床温测点(锅炉密相区床温测点分为上、中、下三层，每一层床温测点由前、中、后测点组成)来决定调整哪个给煤机的前墙给煤插板，进而调整下煤量。

投运外置式换热器时，不能盲目根据汽温调整，应根据炉膛温度调整。当进入炉内的煤燃烧后，床温及床温升率升高后，再缓慢开大外置床的流化风量。注意要反复少量多次，使床温与汽温程良性曲线上升。

在启炉过程中，投运油枪时投运布袋除尘器，可减少煤油混烧时产生的污染物，及时投运脱硫脱硝系统可达到降低污染物排放的效果。

[1] 刘 静，600 MW超临界循环流化床锅炉的设计研究[J].动力工程，2003.

[2] 龚 鹏.300 MW循环流化床锅炉机组床温特性及调整，2011.

[3] 蒋敏华.大型循环流化床锅炉技术，2009.

[4] 赵发家.300 MW循环流化床锅炉运行优化，2008.

[5] 杨 冬.引进型300 MW循环流化床锅炉效率的分析，2010.