CFB锅炉升降负荷参数变化的分析.doc

CFB锅炉升降负荷参数变化的分析 Analysis on Parameter Variation During Loading Up or Down of CFB Boiler 王毅佳1,于希宁1,鲁鹏2 ,谷庆华3（1.华北电力大学，河北保定071003;2.河北电力调度通信中心，河北石家庄050021;3.河北热电有限责任公司，河北石家庄050041） 摘要：分析了石家庄热电厂16号CFB锅炉的运行特性及燃烧自动调节系统难以投运的原因，并提出多模型、多系统的设计方案。关键词：CFB锅炉；燃烧系统；自动调节系统；运行特性 Abstract:This paper analyzes the operational features of a CFB boiler, Unit 16 in Shijiazhuang Cogeneration Power Plant, and why the automatic combustion control system can hardly be put into operation. and proposes multimodel and multisystem design schemes.Keywords:CFB boiler;combustion system;automatic control system;operational features 循环流化床燃煤技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃煤技术，它不但能达到低NOx排放、90的脱硫效率和与煤粉锅炉相近的燃烧效率，而且具有燃料适应性广、负荷调节范围宽、调节性能好，灰渣有利于综合利用等优点，目前已被电力行业所接受，并逐步向大型化电站锅炉方向发展。以下对石家庄热电厂16号锅炉的升降负荷参数变化进行分析。1设备简介石家庄热电厂16号锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司制造的HG220/9.8L.PM23型循环流化床锅炉（简称CFB锅炉），采用平衡通风、单汽包、自然循环，4点前墙给煤，床上、床下联合点火方式，设计燃用劣质贫煤。锅炉炉膛为膜式水冷壁结构，炉膛下部采用水冷布风板，钟罩形风帽，燃烧室内上部布置水冷壁、水冷蒸发屏和屏式二级过热器。采用2个直径约5 m的高温绝热旋风分离器，布置在燃烧室和尾部对流烟道之间。每个旋风分离器回料腿下布置1个非机械“U”型回料阀（简称U阀），回料为自平衡式，流化密封风采用高压罗茨风机单独供给。锅炉主要设备参数：额定蒸发量220 t/h，过热蒸汽出口压力9.81 MPa，过热蒸汽温度540 ，给水温度215 ，空气预热器进口空气温度35 ，排烟温度134 ，锅炉效率91.5%，钙硫比2.2，SO2排放值300 mg/m3。2运行特性分析2.1 启动过程a. 装填床料，通知有关人员做好启动前的准备工作。b. 锅炉上水，建立“空气通路”，按辅机运行规程依次启动风机，然后进行锅炉吹扫。c. 锅炉点火。先使一次风量达到40%，以保持正常流化。维持床压在(4.00.3) kPa。L阀试排渣1次以验证L阀畅通,调节油压稳定并1.9 MPa。开启风道燃烧器配风风门、混合风门后，投入第1支床下风道燃烧器，通过调整床下风道燃烧器混合风门、配风风门缓慢增加一次风量，严格控制风道燃烧器烟温850 ，壁温90 。调节对空排汽调节阀，使排汽流量10% MCR，防止过热器超温，维持汽包上、下壁温差40 。当床温达到400500 或风道燃烧器无法继续提升床温时，投入第1支床上启动燃烧器。按升温速度表，视床温变化的情况，对称启动其它床上燃烧器，并维持整个炉膛的温度均衡。 床温600 时，按“脉冲”方式启动第1台给煤机，给煤机投运按“先中间、后两侧”顺序进行。给煤机在最低转速下运行6090 s后停止，大约35 min后，观察床温是否缓慢上升，同时氧量显示减少，可以判断给煤点火是否成功。该给煤机按“脉冲”方式给煤3次，获得同样结果后，可手动连续少量给煤。然后在最低转速下投运第2台给煤机。根据氧量指示，逐渐增加一、二次风流量。视床温、气压情况，启动其它给煤机。2台以上给煤机稳定运行，床温达到800 时且床温稳定，切除第1支床下风道燃烧器，同时增加给煤量。然后手动方式投运石灰石给料系统。视床温稳定情况，逐个切除其它启动燃烧器。随锅炉负荷的增加相应增加给煤量及风量，若主汽压力和温度达到额定值，投入风主控、给煤控制和锅炉主控制，石灰石给料机投“自动”，投入SO2控制。通过冷渣器排渣或添加床料的手段，维持流化床床压在（5.50.2） kPa。2.2运行调节2.2.1 锅炉负荷调节锅炉负荷调节是通过改变给料速率和与之相应的风量来实现的。手动或自动地调节风量，使之随煤量的变化而变化。风煤的调整要遵循“少量多次”的原则，以避免床温的波动。增加负荷时，应少量增加一次风量和二次风量，再少量增加给煤量，使蒸发受热面的吸热量逐渐增加，再少量增加风量、给煤量，交错调节，直到所需的出力。降负荷时，应先减少给煤量，再适当减少一次风量和二次风量，并慢慢排渣，以降低蒸发受热面的吸热量。改变床温也能调节锅炉负荷。通常高负荷对应高床温，低负荷对应低床温。但床温受到多方面的制约，变化幅度有限，因此靠改变床温来调节负荷的作用有限。运行中还应根据煤质情况进行相应调整，给煤系统故障或煤质较差时，可投油助燃维持床温。2.2.2床温调节锅炉运行中一般维持床温在820900 。调节床温的主要手段是调节给煤量和一次风量。床温升高或降低时，应及时调整一、二次风配比和给煤量，当床温低于790 时，应投入启动燃烧器。2.2.3床压的调节控制床压在（5.50.2） kPa。通过调整排渣量、给料量来维持床压的稳定，如果床压过高，应减少给料量并加强排渣，必要时可投油助燃。2.3降负荷停炉过程调节锅炉主调节器的设定值，逐渐减少燃料和风的输入，降低锅炉的负荷，并保持床温正常。降负荷过程中，保证汽包上、下壁温差不超过40 ，以每分钟不超过10%的速度降低燃料给料量。降低启动燃烧器的燃烧速率，使旋风分离器烟气温度下降速率100 /h，汽包壁温下降速率50 /h。保持石灰石给料处于自动状态，直至固体燃料停止加料为止。当需要时，汽包水位调节器处于手动状态，始终维持正常的汽包水位。床温降至650 之前停止给煤，停止锅炉的石灰石给料并将石灰石旋转给料阀走空，同时停止床料排出。停炉过程中，应使汽包水位在正常范围内。在床温约450 时，停止启动燃烧器。在床温降至400 时，关闭一次风机和二次风机入口挡板。风机入口挡板关闭后，停止所有风机。引风机停30 s后，U阀风机停止运行，并停止暖风器系统运行，在汽压降至0.2 MPa时，开启炉顶各空气门，锅炉放水。 3自动控制系统现场投运情况及分析16号炉的给水系统、减温系统、炉膛负压系统均已实现自动控制。燃烧系统在设计时是可以投自动的，但在实际运行时其自动控制系统却不能投运，其原因是多方面的。3.1主汽压力和床温的影响 CFB锅炉是一个分布参数，是非线性、时变、多变量、强耦合的被控对象，其中主汽压力和床温是关键参数，又是具有紧密关系的强耦合变量，它们均通过调节给煤量和一次风量来实现控制，这就使燃烧控制系统难以实现精确的控制。3.2被控对象变化大主要表现在以下3个方面：a. 运行中给煤量和风量变化很快，给煤量和风量的对应关系没有一个定值。b. 煤质变化大。c. 风量变化大。煤质变化，风量就应随其变化，若一、二次风调节变化大，引风机虽然可投自动但仍有延迟，延迟阶段炉膛负压比较大，燃烧不稳定而且易导致锅炉主燃料跳闸(MFT)，所以风量不能随着煤质的变化实现自动调节。3.3风量调节过程复杂锅炉在运行中风量调节过程复杂，一、二次风配比变化大。在风量调节方面，一、二次风的配比关系随负荷变化而变化。根据循环流化床运行特性分析可知，在锅炉低负荷运行范围内（25%40%），一般不投二次风，仅需投入一次风。此时，床内的流化风速较低，一次风量在维持鼓泡流化状态的同时，还需保证总风量的供给。在40%负荷以上时，随锅炉负荷增加，逐渐投入二次风，维持床层正常流化的一次风量有所增加，但所占比例减少，二次风比例显著增加。当负荷下降时，一次风按比例下降，当降至临界流化流量时，一次风量基本保持不变，再降低二次风量，此时CFB锅炉又进入鼓泡锅炉的运行状态。由此可看出，一、二次风配比在锅炉运行过程中变化较大且呈非线性变化，因此一、二次风量配比及风煤比的自动控制系统难以投运。3.4干扰因素多a. 由给煤量变化所引起的内扰大。CFB锅炉所燃用煤的粒度分布有严格要求，而其上煤系统很难保证所燃用煤的粒度分布在实际运行中始终满足粒度分布的要求。在现场观察床内可看到，粒径较大的煤的数量在给煤机转速不变时有所不同，造成给煤质量流量的变化，此扰动会引起床温的较大波动。虽然可以改进上煤系统，减弱煤粒度分布不均匀的影响，但此影响仍是存在的，也是CFB锅炉所特有的。b. 一次风量也存在扰动，若一次风机风门在某一开度时，一次风机就会剧烈震动，一次风量不会长期保持固定值，只能在一个阶段内比较稳定。3.5给定值与实际值偏差大由于现场煤质、煤量变化大，风量不易调节，造成CFB锅炉燃烧控制系统的给定值和实际值偏差大，所以即使燃烧自动控制系统投运，运行时自动也会切断。 4各燃烧工况下参数变化情况针对CFB锅炉运行特性进行分析，16号炉燃烧系统升负荷时的主要参数变化情况见表2，降负荷时的主要参数变化情况见表3。 5多模型、多系统设计方案的提出根据CFB锅炉的运行特性,针对其被控对象变化大、模型精度低、系统控制品质得不到保证等现状，可以将负荷模型分为4段来对循环流化床的运行情况进行分析。a. 由于锅炉在25%100%负荷属正常燃烧，所以在0%25%负荷范围内可不考虑。负荷在54.287.16 t/h即25%40%负荷范围内为启动低负荷运行阶段，床温在600 以下，还未开始正常给煤，此时只投一次风，还未开始投二次风，且风量较小，只要保证微流化即可，主汽压力变化很小，床温上升比较明显。此阶段主要通过调节一次风量来控制床温，且一次风量和床温均呈线性增长。b. 当负荷达到87.16150.420 t/h即40%68.37%负荷时，床温很快上升，随着床温的升高和锅炉负荷的增加，开始少量给煤，床温升至800 时，开始正常给煤，关闭油枪，逐渐投入二次风。维持床层正常流化的一次风量有所增加，但所占比例减少，二次风比例显著增加，且一、二次风量都呈非线性增长。此阶段主要调节给煤量、一次风量和二次风量来控制主汽压、床温和烟气含氧量，且主汽压和床温之间存在强耦合关系。c. 当负荷达到150.42165.22 t/h即68.3775.1%负荷范围时，由于一次风量有上限，其上限是应保证有足够的二次风来控制NOx排放，此时一次风量稳定，二次风量继续增加，给煤量、主汽压力和床温变化不明显。此阶段主要调节二次风量来控制烟气含氧量。d. 当达到 75.1%负荷以后燃烧工况趋于稳定，床温、主汽压、烟气含氧量等趋于稳定。6结束语从16号锅炉运行情况看，手动调节时锅炉燃烧稳定、燃烧效率较高、蒸汽参数稳定，可满足正常设计出力要求。由于燃烧系