王金星，張佳媛，白云龍，馬 亞

(1．華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003;2．燕山大學電氣工程學院，河北 秦皇島 066004;3．華能伊敏發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021134)

目前對流化床鍋爐的啟動已經(jīng)進行一些研究。王永益［1］總結(jié)了多臺CFB和鼓泡床鍋爐啟動調(diào)試實際經(jīng)驗，并對啟動過程中的問題進行分析。李康華等［2］針對CFB鍋爐進行了冷態(tài)試驗和熱態(tài)點火啟動的研究。賈玉平［3］針對燃煤泥流化床鍋爐進行了研究，探討了鍋爐啟動及運行特性。另外，針對CFB鍋爐的啟動也進行了大量探討。趙俊彬等［4］對某440 t/h CFB鍋爐壓火啟動過程中水冷風室發(fā)生爆燃的原因進行分析，提出防止風室及爐膛發(fā)生爆燃的措施。李壽軍等［5］針對300 MW CFB鍋爐壓火及熱態(tài)啟動過程中的操作要點和注意事項進行分析，得到相關結(jié)論。趙斌等［6］針對某490 t/h CFB鍋爐，對影響鍋爐冷態(tài)啟動的相關因素進行分析，并提出優(yōu)化措施。李彥龍等［7］針對3－M14型CFB鍋爐冷態(tài)試驗及調(diào)試中存在的問題進行了研究。

近年來，CFB鍋爐的經(jīng)濟性研究逐步開展起來。如高恒等［8］提出了提高CFB鍋爐熱效率的有效措施。梁建紅［9］對大型CFB鍋爐降低啟動用油進行了探索研究。

本文針對東方電廠490 t/h CFB鍋爐的冷態(tài)啟動過程進行研究，以求從節(jié)能的角度得到優(yōu)化。

1 CFB鍋爐概況

東方電廠鍋爐為上海鍋爐廠有限責任公司引進ALSTOM公司技術設計和制造的SG－490/13.8－M572型、超高壓、一次中間再熱、單鍋筒、自然循環(huán)CFB鍋爐，與2臺由南京汽輪機廠制造的150 MW超高壓中間再熱抽汽式汽輪發(fā)電機組相匹配，是以煤矸石為主要燃料的坑口熱電聯(lián)產(chǎn)電站。年發(fā)電量為14.85億kWh，年供熱量為290萬GJ。

CFB鍋爐機組采用全鋼架支吊結(jié)合的固定方式、半露天布置、平衡通風、床上點火方式、氣力除灰、固態(tài)機械除渣。主要由鍋筒、懸吊全膜式水冷壁爐膛、絕熱式旋風分離器、“U”型返料器及尾部煙道對流受熱面組成。爐膛與尾部煙道之間布置2臺絕熱式旋風分離器，其下部各布置1臺“U”型返料器，“U”型返料器和管式空氣預熱器支撐在鋼架橫梁上。鍋爐整體呈左右對稱布置，鍋爐鋼架左右兩側(cè)布置副跨，副跨內(nèi)布置平臺通道、省煤器進口管道、主蒸汽管道、再熱器進口管道及再熱器出口管道。在尾部煙道包覆墻中間設置隔墻包覆過熱器，將尾部煙道分隔成前后兩個煙道，在前煙道內(nèi)布置再熱器，后煙道內(nèi)按煙氣流向依次布置高溫過熱器和二級省煤器。再熱器和二級省煤器出口設置煙氣調(diào)溫擋板，通過調(diào)節(jié)擋板開度改變流經(jīng)再熱器的煙氣量，從而控制再熱蒸汽出口溫度。鍋爐采用床上啟動點火方式，床上左右側(cè)墻各布置2支點火油槍。同時在爐膛底部布置4臺滾筒冷渣器。東方電廠CFB鍋爐主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 東方電廠490 t/h CFB鍋爐主要技術參數(shù)

2 冷態(tài)試驗

隨著CFB鍋爐向大型化發(fā)展，啟動能耗問題尤顯突出。在確保鍋爐安全的前提下，縮短啟動時間、減少燃油消耗量是必須面對的實際工程難題。東方電廠1號鍋爐于2008年12月10日首次啟動，鍋爐冷態(tài)啟動前進行了相關冷態(tài)試驗。

2.1 料層流化均勻性

床料在流化狀態(tài)下，突然停止送風，觀察床料的平整程度。若發(fā)現(xiàn)床面極不平整甚至有“凸起”現(xiàn)象，應清除床料，查找原因，采取相應措施并及時處理。

2.2 布風板阻力

在布風板不鋪床料的工況下，啟動引風機、一次風機，調(diào)整一次風量，記錄風室壓力和爐內(nèi)密相區(qū)下部床壓，二者的差值即為布風板的阻力。布風板阻力特性曲線如圖1所示。

2.3 臨界流化風量

料層厚度為900 mm時，初始階段隨著一次風量增大，床壓逐漸增大，風量超過130 000 Nm3/h時，繼續(xù)增大一次風量，床壓將不再增大，該風量值即為臨界流化風量。

圖1 布風板阻力特性曲線

2.4 料層阻力

通過測定不同風量下的風室壓力確定料層阻力。改變料層厚度，多次測量，得到不同料層厚度下一次風量與風室壓力關系曲線如圖2所示。

圖2 一次風量與風室壓力關系曲線

由圖2可知，料層越厚，其臨界流化風量越大。試驗時，記錄不同風量下的風室壓力，此時風室壓力等于布風板阻力與料層阻力之和，用風室壓力減去同一風量下的布風板阻力就得到該料層厚度下的料層阻力。故根據(jù)布風板阻力和料層阻力試驗測得的結(jié)果，可得不同料層厚度下料層阻力和風量之間的關系。鍋爐運行時，依據(jù)風室壓力、一次風量與布風板阻力的關系曲線，亦可判斷料層厚度。

通過分析冷態(tài)試驗過程，風機出力滿足運行需要，鍋爐各部分阻力正常，兩側(cè)通風基本均衡，布風板阻力正常，布風基本均勻，CFB鍋爐具備啟動條件。

3 冷態(tài)啟動特性

3.1 理想啟動過程

CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程主要受一次風量、二次風量、給煤量、床料參數(shù)、投煤溫度及溫升率等諸多因素的影響。為優(yōu)化鍋爐冷態(tài)啟動過程，需要對CFB鍋爐冷態(tài)啟動影響因素及實際冷態(tài)啟動過程進行分析，參考廠家提供的理想冷態(tài)啟動曲線(見圖3)作為鍋爐實際啟動的指導曲線，使鍋爐啟動過程各參數(shù)達到優(yōu)化狀態(tài)，以縮短啟動時間，降低燃油消耗。

由圖3可見，在鍋爐理想冷態(tài)啟動過程中，鍋爐從啟動點火至滿負荷運行僅需7 h，且忽略了冷態(tài)啟動影響因素對啟動過程的影響。但實際冷態(tài)啟動過程受各種因素的影響，并不能達到理想啟動狀態(tài)。因此，鍋爐冷態(tài)啟動時，需對啟動時間延長及啟動能耗增加的原因進行分析，并優(yōu)化冷態(tài)啟動方案，以達到鍋爐節(jié)能減排的目標。

3.2 實際啟動過程

為分析CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程影響因素，優(yōu)化冷態(tài)啟動方案。 通過采集東方電廠1號CFB鍋爐啟動過程中70～140 MW范圍內(nèi)運行數(shù)據(jù)，重點分析變工況條件下主汽參數(shù)，一、二次風量，平均床溫及給煤量等參數(shù)與機組負荷的關系，如圖4所示。

由圖4(a)可見，當機組負荷變化時，風量與給煤量呈正相關性。可通過增加給煤量和風量調(diào)節(jié)燃燒，進而改變負荷。因此，在進行變工況燃燒調(diào)整時，為防止一次風量變化影響床層流化，造成床壓波動進而影響機組運行，CFB鍋爐的燃燒調(diào)整通常是通過調(diào)整二次風量來實現(xiàn)。

由圖4(b)可見，機組滑壓升負荷，主汽溫度保持在530℃左右，主汽壓力隨機組負荷而增大，并逐漸穩(wěn)定在12 MPa左右。當機組負荷升至100 MW時，進入定壓升負荷階段。

由圖4(c)可見，平均床溫隨機組負荷而升高，但在鍋爐機組冷態(tài)啟動運行至5 h時，平均床溫出現(xiàn)明顯波動，延長了冷態(tài)啟動時間。造成平均床溫出現(xiàn)較大幅度波動的原因是鍋爐機組在該工況下開始投煤燃燒，油槍出力減小。因此，在CFB鍋爐機組冷態(tài)啟動升負荷過程中，應當確定最佳投煤溫度，合理延長煤、油共燃時間，防止平均床溫出現(xiàn)明顯波動。

1號CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程中主汽參數(shù)隨時間的變化如圖4(d)所示。結(jié)合圖3、圖4(c)和圖4(d)對比分析鍋爐理想冷態(tài)啟動和實際冷態(tài)啟動過程可見，鍋爐實際啟動過程中機組負荷從75～135 MW約需4 h，而理想啟動約需2 h;實際啟動中主汽溫度由440℃升至540℃約需4 h，而理想啟動約需3 h;在鍋爐實際冷態(tài)啟動過程中平均床溫出現(xiàn)明顯波動，延長了啟動升溫時間。實際冷態(tài)啟動過程中由于不確定因素的影響導致各參數(shù)曲線與理想啟動曲線有所偏離，延長了整體啟動時間，增加了啟動過程中的能耗。因此，解決以上問題并優(yōu)化CFB鍋爐冷態(tài)啟動過程，是CFB鍋爐安全經(jīng)濟運行的關鍵。

圖3 東方電廠CFB鍋爐理想冷態(tài)啟動曲線

圖4 東方電廠CFB鍋爐實際冷態(tài)啟動曲線

4 冷態(tài)啟動方案優(yōu)化

4.1 CFB鍋爐冷態(tài)啟動階段

CFB鍋爐冷態(tài)啟動按機組負荷參數(shù)可劃分為空負荷、升負荷和滿負荷3個階段。

a． 空負荷

鍋爐冷態(tài)啟動前進行檢查試驗，再進行鍋爐上水及蒸汽推動。在升溫升壓過程中防止汽包和受熱部件熱應力過大，造成損壞。當主汽參數(shù)達到一定數(shù)值后，進行汽輪機沖轉(zhuǎn)與發(fā)電機并網(wǎng)。

b． 升負荷

發(fā)電機并網(wǎng)帶負荷暖機，進入滑壓運行方式。25%ECR工況時為全燒油運行;50%ECR工況時，進行油煤混燒工況下的燃燒調(diào)整，逐步增加燃煤，停退油槍;75%ECR工況時，進行汽水品質(zhì)調(diào)整。

c． 滿負荷

保證升負荷工作全部結(jié)束、主要監(jiān)測儀表全部投入、高加及電除塵器投入、蒸汽品質(zhì)合格、保護全部投入、主要自動裝置投入及吹灰系統(tǒng)正常。全面檢查、記錄設備運行工況及各項運行參數(shù)。

4.2 CFB鍋爐冷態(tài)啟動方案優(yōu)化

a． 將沖轉(zhuǎn)前升溫速度分為2個階段，第一階段升溫速度適當調(diào)低，在點火初期汽包內(nèi)外溫差較大，此時應控制鍋爐升溫速率以防止汽包應力過大;第二階段汽包內(nèi)外壁溫差較小且已趨于穩(wěn)定，故可適當提高鍋爐升溫速度使啟動速度加快。

b． 在準備啟動床料時，應保證中寬篩分的比例，在保證安全運行的前提下，盡量減小料層厚度，減小料層在啟動時的吸熱量。

c． 鑒于床上啟動點火熱利用率低 (一般不超過40%)，造成大量燃油浪費，增加啟動能耗，且易造成床料受熱不均而產(chǎn)生結(jié)焦等安全事故，可逐步進行鍋爐點火系統(tǒng)改造，采用床上和床下聯(lián)合點火配合多油槍、小油量點火方式，進一步提高床料的受熱均勻性，降低啟動油耗。在啟動初期采用熱值較高的煤作為點火煤，縮短啟動時間。

d． 用相鄰機組的抽汽 (外來蒸汽)加熱受壓部件和冷空氣，啟動過程中各操作步驟間的配合良好，以縮短啟動時間，優(yōu)化鍋爐的啟動。

東方電廠CFB鍋爐投產(chǎn)初期冷態(tài)啟動至滿負荷平均啟動時間為12 h，平均每次啟動油耗達50 t，且多次發(fā)生鍋爐結(jié)焦事故，使鍋爐啟動失敗，浪費了大量燃油和人力物力，造成經(jīng)濟損失，嚴重影響鍋爐運行經(jīng)濟性。因此，本文通過對CFB鍋爐啟動過程進行節(jié)能分析，對能耗較大環(huán)節(jié)提出具體節(jié)能措施，得出鍋爐冷態(tài)啟動優(yōu)化方案。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，該方案可較大幅度提高鍋爐運行經(jīng)濟性。

表2 鍋爐啟動優(yōu)化前、后指標對比

鍋爐冷態(tài)啟動方案優(yōu)化前、后平均啟動時間及油耗指標對比如表2所示，鍋爐在保證安全運行的前提下，鍋爐冷態(tài)啟動至滿負荷運行時，平均啟動時間比鍋爐安裝初期啟動時間節(jié)省4 h，平均油耗節(jié)省約20 t。

［1］ 王永益．CFB和鼓泡床鍋爐的啟動試驗探討［J］．山西電力，2003，23(2):16－18．

［2］ 李康華，劉寶森，崔 凱，等．130 t/h循環(huán)流化床鍋爐啟動調(diào)試試驗研究 ［J］．鍋爐制造，2002，24(3):11－14．

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［4］ 趙俊彬，高 紅，冷 杰．CFB鍋爐壓火啟動風室爆燃原因分析［J］．東北電力技術，2008，29(9):33－35．

［5］ 李壽軍，劉衛(wèi)強．300 MW CFB鍋爐壓火及熱態(tài)啟動操作方法探討［J］．內(nèi)蒙古電力技術，2011，29(3):102－104．

［6］ 趙 斌，李均昊，申景泉，等．490 t/h循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動過程分析與優(yōu)化 ［J］．發(fā)電設備，2011，25(5):301－305．

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［8］ 高 恒，殷顯吉，潘志剛．提高CFB鍋爐熱效率的有效措施 ［J］．東北電力技術，2009，30(4):42－43．

［9］ 梁建紅．大型CFB鍋爐降低啟動用油探索研究 ［J］．鍋爐技術，2011，42(4):27－30．