660MW CFB鍋爐“翻床”現(xiàn)象的成因及對(duì)策

王 鵬 石志芳

（1.蘇晉朔州煤矸石發(fā)電有限公司，山西 朔州 036006；2.山西中煤平朔宇辰有限公司，山西 朔州 036006）

0 引言

截至2021 年2 月份，我國(guó)在役超臨界CFB 機(jī)組達(dá)到49臺(tái)，其中600MW～660MW 等級(jí)3 臺(tái)，350MW 等級(jí)46 臺(tái)，分布在山西、內(nèi)蒙古、遼寧、山東、廣東等27 個(gè)省份，累計(jì)容量18020MW。除此之外，還有數(shù)量龐大的亞臨界300MW級(jí)別、150MW 級(jí)別CFB 機(jī)組，高壓CFB 垃圾焚燒爐和各類供汽供暖CFB 鍋爐。生產(chǎn)廠家主要以東鍋、上鍋、哈鍋、濟(jì)南鍋爐、武漢鍋爐、杭州鍋爐、華光鍋爐、太原鍋爐等廠家為主。

目前國(guó)內(nèi)主流的CFB 機(jī)組按單燃燒室和雙燃燒室的區(qū)別，可分為單床和雙床2 種，早期投產(chǎn)的300MW 級(jí)別CFB機(jī)組幾乎全部為雙床帶外置床，2010 年以后投運(yùn)的300MW等級(jí)CFB 機(jī)組基本為單床，600MW 等級(jí)CFB 機(jī)組全部為雙床帶外置床。目前國(guó)內(nèi)在役的雙床機(jī)組在運(yùn)行中基本都發(fā)生過翻床事故，蘇晉朔州煤矸石發(fā)電有限公司2*660MW CFB機(jī)組是目前已投運(yùn)單機(jī)容量最大的CFB 發(fā)電機(jī)組，在投產(chǎn)初期共發(fā)生3 次翻床事故，導(dǎo)致2 次降負(fù)荷1 次BT，直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 660MW CFB鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

DG2162/25.4-II 型鍋爐為東鍋研發(fā)設(shè)計(jì)，是目前世界最大容量的660MW 超臨界參數(shù)直流爐，該直流爐采用循環(huán)流化床燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛、雙支腿、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，全緊身封閉、燃煤矸石鍋爐，最大連續(xù)蒸發(fā)量2162.3t/h，額定蒸汽壓力25.5 MPa，溫度571℃，主要參數(shù)詳見表1。鍋爐采用H 型布置方式，爐膛高度×寬度×深度=57000 mm×16470 mm×31410 mm。爐膛內(nèi)布置9 片中隔墻水冷屏、20 片屏式過熱器，外循環(huán)回路設(shè)置有6 個(gè)汽冷式旋風(fēng)分離器和對(duì)應(yīng)的6 個(gè)外置床換熱器。爐膛下部為雙支腿結(jié)構(gòu)，一分為二，左右布置2 個(gè)布風(fēng)板，布風(fēng)板之下為水冷風(fēng)室；爐膛下部四周布置有6 個(gè)回料器返料口、6 個(gè)外置床返料口、6 個(gè)排渣口以及42 個(gè)二次風(fēng)口，燃燒系統(tǒng)如圖1 所示。

表1 DG2162/25.4-II 型鍋爐主要參數(shù)

圖1 660MW CFB 鍋爐燃燒系統(tǒng)示意圖

2 “翻床”現(xiàn)象簡(jiǎn)介

對(duì)于褲衩腿型CFB 鍋爐，雙一次風(fēng)經(jīng)過左右兩側(cè)布風(fēng)板分別進(jìn)入兩側(cè)支腿流化床料，床壓高低即代表床料量的多少。所謂“翻床”，是指雙支腿爐膛結(jié)構(gòu)的CFB 鍋爐在運(yùn)行

國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的300MW 或600MW 雙支腿CFB 鍋爐，均不同程度出現(xiàn)過“翻床”現(xiàn)象[3]，蘇晉朔電自投產(chǎn)以來共發(fā)生過3 次“翻床”故障?！胺病爆F(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下5 個(gè)方面：1）爐膛兩支腿的床壓波動(dòng)頻繁且波動(dòng)幅度加大。在1kPa～2kPa 內(nèi)波動(dòng)尚可維持機(jī)組運(yùn)行[4-5]，壓力偏差超過2kPa則相應(yīng)的流化一次風(fēng)壓力大幅波動(dòng)，床壓高側(cè)爐膛一次風(fēng)量大幅減小，床溫急劇升高；床壓低側(cè)爐膛一次風(fēng)量大幅增加，床溫急劇下降[6]。2）兩側(cè)一次風(fēng)機(jī)電流偏差大，電流值波動(dòng)大。3）二次風(fēng)壓力不正常波動(dòng)。4）汽溫、汽壓大幅波動(dòng)。5）一次風(fēng)道產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。

蘇晉朔電2020 年11 月25 日02 時(shí)30 分發(fā)生翻床事故，床料全部堆積到右側(cè)爐膛，右側(cè)一次風(fēng)量為零，機(jī)組降負(fù)荷至100MW。事故發(fā)生后，采取關(guān)閉左側(cè)一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，右側(cè)加強(qiáng)排渣，增大一次風(fēng)壓，右側(cè)一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板在70%～100%反復(fù)擾動(dòng)等方法，在事故發(fā)生23min 后，右側(cè)床料開始松動(dòng)，30min 后床料基本平衡，開始正常升負(fù)荷，2020年11 月25 日翻床及恢復(fù)后參數(shù)曲線如圖2 所示。

圖2 2020 年11 月25 日翻床及恢復(fù)后參數(shù)曲線

通過“翻床”現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)“翻床”的發(fā)生是多因一果，具體原因如下。

2.1 入爐煤煤質(zhì)變化極大

2020 年10 月至2020 年12 月底，入爐煤熱值最低為2813kcal，最高為4209 kcal；灰分最高為50.05%，最低為33.56%，最高熱值和最低熱值相差1396 kcal，對(duì)應(yīng)灰分相差16.49%，入爐煤熱值和灰分統(tǒng)計(jì)見圖3。

圖3 2020 年10 月1 日～2021 年12 月13 日入爐煤熱值和灰分統(tǒng)計(jì)圖

入爐煤發(fā)熱量大幅降低、灰分增大，產(chǎn)生的影響有5 點(diǎn)：1）入爐煤發(fā)熱量大幅變化，造成爐側(cè)協(xié)調(diào)參數(shù)適應(yīng)性差，風(fēng)煤比、水煤比、功煤比，均需重新進(jìn)行修正。2）灰分增大，鍋爐排渣量大幅增大，導(dǎo)致整個(gè)除渣系統(tǒng)出力增大，設(shè)備故障率較高，排渣不暢、不連續(xù)，造成床壓不穩(wěn)定。3）灰分增大，爐內(nèi)循環(huán)灰量增多，外循環(huán)開度不足，床壓變大，床層厚度增大，易漫過中隔墻，造成“翻床”。4）灰分增大，爐內(nèi)循環(huán)灰量增多，外循環(huán)開度不足，造成回料器返料量大，回料器立管積灰量大，變負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，易塌灰，大量細(xì)灰短時(shí)間進(jìn)入爐膛，對(duì)床壓造成劇烈擾動(dòng)。5）入爐煤粒徑不均勻，部分粒徑較大，大顆粒進(jìn)入爐膛后，一次風(fēng)托舉力不足以克服重力，沉積在布風(fēng)板上，不僅影響床料流化，加大風(fēng)壓損失，且易堵塞落渣管，造成排渣不暢。

2.2 兩側(cè)一次風(fēng)風(fēng)量存在偏差

CFB 熱慣性大，為響應(yīng)AGC，變負(fù)荷時(shí)總風(fēng)量前饋設(shè)定過大，造成一次風(fēng)量變化大，對(duì)床壓擾動(dòng)大。要想雙床流化床鍋爐內(nèi)部的多個(gè)燃燒室能夠始終保持相等的流化風(fēng)量，需要確定每側(cè)的風(fēng)室風(fēng)壓必須保持相同，避免翻床現(xiàn)象的發(fā)生[7]。但是，燃燒室在實(shí)際的運(yùn)行中，要想保證風(fēng)室風(fēng)壓絕對(duì)的相同存在很大的難度，只能通過調(diào)整門調(diào)節(jié)的方式，確保兩側(cè)風(fēng)量始終保持相對(duì)平衡穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)兩側(cè)風(fēng)室壓力偏差低于2kPa 時(shí)，翻床風(fēng)險(xiǎn)有所降低。燃燒室在具體的運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槭覂?nèi)風(fēng)量過小，而出現(xiàn)閥門動(dòng)作超前或者滯后問題，導(dǎo)致兩側(cè)風(fēng)室出現(xiàn)明顯的風(fēng)壓波動(dòng)現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了兩側(cè)風(fēng)室內(nèi)風(fēng)壓的穩(wěn)定性[8]。

2.3 兩側(cè)燃燒室循環(huán)物料量不平衡

兩側(cè)燃燒室之間不存在依賴關(guān)系，彼此獨(dú)立，循環(huán)物料量通常會(huì)出現(xiàn)偏差現(xiàn)象，這無疑會(huì)導(dǎo)致風(fēng)室壓力出現(xiàn)明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)循環(huán)物料量偏差現(xiàn)象不斷加劇時(shí)，就會(huì)增加翻床風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 其他原因

導(dǎo)致“翻床”現(xiàn)象出現(xiàn)的原因還包括以下2 點(diǎn)：1）一次風(fēng)調(diào)門線性度差，擋板開度在60%以上時(shí)，調(diào)節(jié)品質(zhì)差。2）參數(shù)整定過于靈敏。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過于靈敏，易造成過調(diào)，調(diào)節(jié)特性從振蕩至發(fā)散，最終導(dǎo)致“翻床”。

3 “翻床”的調(diào)整措施

3.1 保持2個(gè)燃燒室內(nèi)的循環(huán)物料量平衡

兩側(cè)燃燒室內(nèi)所添加的物料量應(yīng)保持一致，并保證床溫的平衡性，避免因給煤量不足或者過多而導(dǎo)致風(fēng)室壓力出現(xiàn)明顯的波動(dòng)現(xiàn)象。此外，還要實(shí)時(shí)監(jiān)控以下2個(gè)參數(shù)，一個(gè)是床壓；另一個(gè)是床溫。此外，還對(duì)返料系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控，判斷和分析返料系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中是否出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在進(jìn)行排渣期間，還要對(duì)兩側(cè)燃燒室進(jìn)行開啟處理，確保排渣的統(tǒng)一性和均勻性。

3.2 保持兩側(cè)燃燒室的一次、二次風(fēng)風(fēng)量相同

對(duì)兩側(cè)一次熱風(fēng)門進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)左右側(cè)風(fēng)量偏差的科學(xué)控制，使其偏差不超過50kNm3/h，同時(shí)，還要對(duì)兩側(cè)的二次風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整，確保兩側(cè)風(fēng)量的一致性。另外，對(duì)二次風(fēng)支管擋板進(jìn)行檢查，確保擋板開度的一致性和統(tǒng)一性。

3.3 其他調(diào)整措施

“翻床”的調(diào)整措施還包括以下7 種：1）維持低床壓運(yùn)行，提高床料自平衡能力。2）修正風(fēng)量配比，一次風(fēng)維持流化，二次風(fēng)調(diào)節(jié)燃燒。3）根據(jù)入爐煤實(shí)際熱量對(duì)風(fēng)煤比、水煤比、功煤比進(jìn)行修正。4）調(diào)整左右側(cè)一次風(fēng)門自動(dòng)時(shí)開度上下限，低限15%，高限65%，增加任一側(cè)開度＜20%或＞50%光字報(bào)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。5）適當(dāng)提高一次風(fēng)壓，維持擋板門開度在50%以下；一次風(fēng)量設(shè)定值高限由680kNm3/h 下調(diào)至625kNm3/h，滿足全行程響應(yīng)要求。6）修正變負(fù)荷前饋，減小一次風(fēng)量變化速率，增大一次風(fēng)壓變化速率，加快一次風(fēng)量對(duì)床壓響應(yīng)速度，減小一次調(diào)閥動(dòng)作幅度，縮短一次風(fēng)量響應(yīng)時(shí)間。7）多次優(yōu)化調(diào)節(jié)器參數(shù)，適當(dāng)減小比例帶，增大積分時(shí)間，合理引入微分環(huán)節(jié)，逐步達(dá)到最佳調(diào)節(jié)品質(zhì)。

4 結(jié)語

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐技術(shù)在我國(guó)已進(jìn)入快速發(fā)展期，國(guó)神集團(tuán)彬長(zhǎng)660MW 超超臨界CFB 項(xiàng)目和貴陽能源集團(tuán)貴州威赫電廠660MW 超超臨界CFB 項(xiàng)目均已開工，但是“翻床”問題仍影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。蘇晉朔電2 臺(tái)機(jī)組經(jīng)過上述調(diào)整后，累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行12 個(gè)月。說明通過綜合調(diào)整一次、二次風(fēng)量和風(fēng)壓，結(jié)合低床壓運(yùn)行、床壓和給煤量隨動(dòng)調(diào)整等措施，可以大幅降低翻床事故發(fā)生的概率。但是，如果要從根本上徹底解決循環(huán)流化床（CFB）的“翻床”問題，相關(guān)人員還需要再接再厲，對(duì)其成因和調(diào)整措施進(jìn)行深入研究，從而完全避免翻床事故。