关于CFB锅炉爆燃问题探讨

1、关于关于CFB锅炉爆燃问题探讨锅炉爆燃问题探讨 张 斌 广东省粤电集团连州发电厂关于关于CFB锅炉爆燃问题探讨锅炉爆燃问题探讨 摘要摘要 循环流化床燃烧技术作为一种新型并逐渐走向成熟的高效低污染清洁技术。它以其自身的优点正向产业化、大型化方向迅速发展。煤在炉膛内爆燃，是CFB锅炉运行中普遍存在的问题。本文主要就循环流化床锅炉爆燃问题作一些探讨分析，并提出相关防范措施。 关键词关键词 循环流化床燃烧技术 爆燃问题 探讨分析 防范措施 1 引言引言 循环流化床燃烧技术与常规煤粉炉在传热机理上有很大区别。循环流化床传热机理的基础是气固两相流的流体动力特性。传热源来自辐射、颗粒相对流和气相对流三部分,

2、对流和辐射约各占50。所以在运行调整上也有着本质的不同。 由于煤质原因或是调整问题，经常会出现炉内爆燃事故，造成超温超压、高温结焦、受热面烧坏、烟道再燃烧、炉膛爆炸等严重事故。连州电厂自2004年2月及5月份二台机组先后投入商业运行以来，因机组燃煤为无烟煤，在运行初期由于操作不够熟练而多次出现了爆燃事件，均不同程度影响了机组安全经济运行，造成一定的经济损失。 2 2设备概况设备概况 广东省连州发电厂二期2台型号为 HG440/13.7LM9 的循环流化床锅炉，由哈尔滨锅炉有限公司制造，采用ALSTOM公司循环流化床燃烧技术设计的超高压中间再热机组。锅炉为燃用低热值、含硫量高的无烟煤而设计。 锅

3、炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”型回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室下部布风板有大直径钟罩式风帽，炉膛上方布置有双面水冷壁、屏式过热器（8屏）、屏式再热器（6屏），尾部对流由上至下依次布置三级过热器、一级过热器、冷段再热器、省煤器和空气预热器。 锅炉启动燃烧器共有10只，其中床下4只，床上6只，油枪均为内回油式机械雾化油枪，燃用0轻柴油。给煤方式分别由A、B两侧煤仓，经过一级皮带称重给煤机，二、三级埋刮板给煤机由炉膛两侧送至炉膛后部四个给煤口，并与高温绝热分离器分离下的的循环物料混合后送入燃烧室内燃烧。 2 2设备概况设备概况 主要设计参数 (1)煤种设计 电厂燃煤主要来自湖南临武、宜

4、章、嘉禾、白沙等地产的无烟煤以及连州本地产的无烟煤。湖南煤和连州煤按一定比例混合后送入锅炉燃烧，其中以湖南煤为主。 最大允许粒径为7mm d50=0.75mm d350m不大于10%2 2设备概况设备概况煤质特性见下表：名称符号单位数值 设计煤种校核煤种1校核煤种2收到基水分Mar%7.589收到基碳Car%5360.7760收到基氢Har%1.21.841.8收到基氧Oar%3.32.142.62收到基氮Nar%1.350.680.85收到基硫St.ar%1.52.440.85收到基灰分Aar%32.1524.1324.93干燥无灰基挥发分Vdaf%5.59.15.6低位发热量Qnet.v.

5、arKcal/kg450053004800 (2)启动用料 启动床料可以用砂也可以用原有床料，要求控制砂子中的钠、钾含量，以免引起床料结焦。 其中： Na2O 1.02.0% K2O 2.03.0% 砂子粒度：最大粒径0.6mm 00.13mm 5% 0.130.18mm 5% 0.180.25mm 35% 0.250.6mm 55% 启动床用原有床料最大粒径不超过3mm。 2 2设备概况设备概况(3)技术参数 名称设计数值名称设计数值汽包压力15.07MPa 再热蒸汽流量367.3 T/H过热蒸汽流量440T/H 再热蒸汽进/出口压力2.83/2.61 MPa过热蒸汽出口压力13.7 MPa

6、再热蒸汽出口温度540过热蒸汽出口温度540再热蒸汽进口温度325给水温度249Ca:S2.4排烟温度130锅炉效率89.44脱硫效率91% 连州电厂循环流化床锅炉设计煤种为无烟煤，由于煤炭市场供需矛盾突出，导致煤价不断攀升，煤炭经营利润丰厚，在利益的驱使下，供应商普遍存在掺假行为，主要是掺劣质煤及石头。因此造成相当一段时间入厂煤质量差，其灰分高达4545以上(入炉煤化验值)，有时甚至高达55。下表是连州电厂2005年16月入厂煤质化验数据表： 2 2设备概况设备概况全水内水灰份挥发份硫份低位热值（MJ/KG）低位热值（大卡）入厂煤9.8128.5550.7319.754723入炉煤8.714

7、5.151.0715.513709差值1.11.10 016.5516.550 0-0.34-0.344.244.24101410141月6月3 3流化床的燃烧机理流化床的燃烧机理煤在流化床中的燃烧影响因素主要有以下几点： 1）燃料特性（挥发份、反应活性、颗粒粒度） 2）气固流动 3）氧气扩散 4）床层温度 煤颗粒进入燃烧室中，经历了一个如上图连续的过程： (1) 加热和烘干(准备过程) (2)挥发份析出和挥发份燃烧； (3)膨胀和一次破裂(某些类型的煤)； (4)焦炭燃烧、二次破裂和磨耗。 3 3流化床的燃烧机理流化床的燃烧机理 由于连州电厂的入炉煤较差，挥发份低（ 5% ），灰份大( 45

8、% ),发热量低。决定了无烟煤的着火点较高。如果床温低到一定程度（800以下），煤在炉膛密相区反应活性较差，在炉内并没有完全燃烧，而只是经历了加热和烘干、挥发份析出和挥发份燃烧、煤粒膨胀的过程。燃料进入炉膛后，如果得不到良好流化，造成燃料堆积。由于供风不足或燃料与空气的混合不良，使燃料达不到完全燃烧，未完全燃烧将产生还原性气体（如H2、CO、CH4等），灰的熔点就会大大降低，运行人员未及时作出调整，随时间增加还原气体逐渐增多。当外部条件改变时，例如床温达到850以上再加大一、二次风量后，炉内补充大量的氧气，还原性气体迅速和氧气燃烧，产生爆燃。如运行操作人员处理不当，未完全燃烧的煤迅速燃烧，床层

9、温度超过灰熔点而导致高温结焦，甚至炉膛爆炸事故，严重威胁人身和设备安全运行。 3 3流化床的燃烧机理流化床的燃烧机理 4.1 冷态升炉过程中的爆燃事故： 2005年10月10日，3炉在升炉启动过程中，发生一起由于人员操作不当，导致炉膛爆燃结焦被迫申请停炉的事故。 10月10日接中调命令启动#3机组，至当日13：55，#3炉负荷10MW，#1、#3、#4、#5床上油枪运行，#1、#2、#3、#4床下油枪运行，床温660，床压3.6KPa，开始进行点动投煤。 13：56 3机运行操作人员启动A侧给煤机运行，进行第一次投煤，给煤量为5t/h，投运4min后，停止A侧给煤，氧量无明显变化，床温温升率也

10、无明显变化，观察3min。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 14：04按交叉投煤的原则，启动B侧给煤机运行，进行第二次投煤，调整B一级给煤机转速26r/min，给煤量为8T/h，就地观察给煤量很少。投运4min后，停止B侧给煤，B侧氧量从12.36%下降到11.21%，A侧氧量从12.5%下降到12.13%，床温变化不大，观察4min。 14：14启动A侧一级给煤机运行，进行第三次投煤，发现A侧无煤下，检修人员检查发现A煤仓的下煤口插板实际只开了20%，停A侧给煤线转检修。于是，启动B侧给煤机运行，进行第四次投煤，给煤量为8t/h，投运4m

11、in后，停止B侧给煤，发现床温有2/min的上升，氧量有所下降，床温上升了4，证明煤已着火。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 14：20启动B侧给煤机运行，给煤量为8t/h，进行连续投煤（A侧检修中）。 15：03，床温温升平稳以2-3/min的速度上升至床温770后，温升为0，床温已稳定。 15：14至15：18，运行主操将B侧给煤量从16.2t/h升至25.6T/h； 15：28，负荷12MW，床温802炉内流化良好，因床温以7/min的温升快速上升，主操分别先后退出#4、#5、#3、#1床上油枪运行，至15：39四支床上油枪全部退出，

12、此时床温达882，床压4.1kpa，负荷12MW。 15：40床温达884后，开始下降，至15：48床温降至869后又开始上升。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 15：50将单侧给煤量加至31 t/h。 15：5715：59，负荷35MW，床温温升较快，温升达67/min，床温达907，操作员立即退出4支床下油枪，同时切主一次风运行，床温温升瞬间达45/min，炉膛发生爆燃，中下层床温有多点超过1000，持续时间约10分钟，其中DCS测点记录显示最高温度为中层前墙温度达1119。 16：14现场检查发现炉膛后墙从二次风观火孔看有较大焦块。 1

13、6：3021：30在各级领导的指导下进行床料置换。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 22：103炉床温经部分床料置换后除后墙下部有一测点在350以外，其余在650以上，就地观察，前墙流化正常，后墙仍有焦块，请示领导以5 t/h左右的给煤量从3下煤口给煤进行试验。至11日5：28 #3机负荷逐渐升至120MW，炉内流化基本正常，#3炉脱油运行，但后墙下侧中间温度测点显示一直较低（约350450），说明炉内仍存在焦块。 10月11日，为了尝试破碎炉内焦块，运行人员调整运行方式，对3炉炉膛物料进行冲击。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出

14、现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 11：21由主操将3炉一次风量由23万m3/h 升至29万m3/h；11：25将3炉一次风量降至23万m3/h ，对3炉炉膛物料进行反复冲击。在 11：3411：41和13：1213：17再次进行了相同的试验，各床温床压参数均正（后墙下侧温度一直较低，在350400）。 因观察第一、二、三次脉冲有一些效果，为加强破碎效果，于是决定进行第四次脉冲并将冲击时间延长至8分钟。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 14：50再次将一次风量加至29万m3/h， 15：02一次风量降至23万m3/h，在此过程中3炉床温

15、开始下降： 14：48床温为776； 14：58床温降至756；15：02床温快速降至706，投入床上3、4油枪；15：03 3炉主汽温546.3/524；15：06相继投入床上#2、5、6 油 枪 ， 此 时 炉 内 再 次 发 生 爆 燃 ， 主 汽 温 从510/521.7开始急升，至15：113炉主汽温597/552.9，机侧主汽温550/537，值长下令3炉手动MFT4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 15：13机侧主汽温557/540（最高温度）。 15：143炉重新点着床下油枪，将床压降低加强排渣，但3炉B侧无法排渣，至18：11

16、 3炉B侧仍不能排渣，A侧只有少量细小炉渣排出，组织人员对A侧进行反吹，至20：35 3炉A侧经6次反吹无法排渣，B侧经捅渣无法排渣，床压3.5kpa，被迫向中调申请停炉处理。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例爆燃引起的高温结焦（图片）爆燃引起高温结焦（图片） 事故原因分析事故原因分析 停炉后于10月12日下午打开炉膛人孔检查，发现A侧前墙至后墙之间有2米高的焦块，硬度极高，经分析为高温结焦。这与炉膛发生爆燃，中下层床温曾有多点超过1000，持续时间约10分钟的现象相吻合。 因此引起本次#3炉结焦的主要原因是： （1）10月10日15:18在只

17、有单侧给煤的情况下，给煤量大幅度增加，并且B侧给煤线第一个下煤口只开23，使得第二个下煤口下煤较多，过于集中，造成给煤堆积，并且未能充分流化，积聚了大量的可燃气体，而且燃烧室内流通不好，是燃煤爆燃结焦的主要原因之一。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 （2）15：23开始床温以较大幅度上升，温升率达46/min，且持续时间约15分钟，运行人员没有采取有效措施，只是在15：2815：39退出4支床上油枪，此时机组负荷只有12MW，床压只有3.84.4kpa，锅炉炉膛热负荷仍然很低，油枪退出后又将给煤量加至31 t/h，使炉内物料没有得到充分循环

18、加热。只有部分挥发份析出和燃烧，在15：4015：48出现床温下降的现象，进入炉膛的煤不能充分被加热而完全燃烧。也是燃煤爆燃结焦的原因。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 （3）15：52开始，床温又以较大的幅度上升（达67/min），至15：58床温达905，运行值班员在15：5715：58同时退出4支床下油枪，相当于向炉膛内补充大量的氧气，直接导致炉膛内的未燃尽积煤瞬间爆燃，而且在发生爆燃后值班员并没有立即减少给煤量，是导致锅炉炉膛结焦的直接原因。 （4）为尝试提高风量加强流化来破碎炉内焦块，运行值班员分别在10月11日11：1911：25

19、、11：3411：41、13：1213：17、14：5014：58快速地将3炉一次风量加至29万m3/h，之后又降至23万m3/h，对3炉炉膛物料进行4次冲击，进行大幅度的操作，未经过严密的组织和风险评估讨论，没有制定任何安全防范措施。从而导致第四次在较长时间试验时再次出现燃烧不稳，床温急剧下降，在处理过程中炉膛再次爆燃。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例防范措施：防范措施： （1）加强运行人员对规程和操作票知识的技术培训，要求对热机运行班组进行一次运行规程考试，严格执行操作票制度； （2）司炉务必认识燃烧爆燃的要素，在点火和运行操作过程中防止

20、大量的可燃气体产生； （3）在锅炉启动过程中，负荷较低的情况下，不允许单个下煤口大量给煤和过早地退出油枪，宁可点火时间长一些； 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 （3）检修在炉膛前后下二次风管上的观火孔由二个增加至四个。 在开始投煤至全退油枪过程中，要加强炉内流化状况的监视，并及时作出调整。 （4）运行人员要加强对生产异常现象的分析，认真吸取事故教训，当发现锅炉有爆燃现象和趋势时，要立即停止给煤或减少给煤量。加强燃烧室内的流通，降低可燃气体的浓度。 （5）对特殊的运行方式调整，管理人员及主岗人员要认真组织风险评估，对试验过程进行严密的组织，制

21、定完善的安全防范措施，避免造成不可预见的后果。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 4.2 停炉过程中造成爆燃事故 2005年5月20日，#3机组负荷120MW，机炉各参数稳定。 19：35接值长令，#3机组正常停机，按滑参数停炉操作票进行降温降压减负荷，调整主、再汽温、水位在正常范围内。 21：05负荷减至65MW，床温800左右，给煤量39T/H，主汽压力6.9Mpa,主汽温度493/497，再热汽温493/493，稳定运行15分钟。 21：20 运行操作员减少3T给煤量，床温开始以 -2/min的温度下降，床温下降到790, 准备切床下油

22、枪，将主一次风切为油枪风，同时调整主汽温度481/478，再热汽温479/482，水位正常范围内。同时床温温降-3/min-4/min 。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 21：25由于总体床温偏低，给煤量仍有35T/H，对于无烟煤，煤进入炉膛内燃烧已不太完全，床温下降快。 21：26运行人员先投入床下#1油枪和#2床下油枪，关主一次风门。 21：27投入床下#4油枪，床下1油枪熄灭,再重新点着。 21：28再投入#3油枪，则#4床下油枪又熄灭,反复投几次，在短短4分钟内相继投入床下四个油枪，并将主一次风全切为油枪风供给物料流化。 21：3

23、1床温750，温降达到-11/ min，当时B侧温度偏低速投入床上#5、#4、# 6油枪稳燃， 因床温急降只好把全部油枪投入。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 由于床温下降快（最低降至670）,大量燃煤未着火，且炉内床压偏高，由观火孔看炉内流化不好，并且炉内物料已很暗。尽管煤量已减下来，但炉内堆积大量的未然着的煤，床下油枪风道燃烧器烟气温度很快成高温烟气，加上床上油枪全部投入后，煤和油混燃，炉内大量未燃尽的煤快速膨胀和一次破裂，产生爆燃，床温温升达1218/ min,速停运床上油枪，加大一次风，床温很快上升到845,运行人员调整减温水不及时，

24、造成汽温偏差严重且汽温波动较大影响机组安全。 21：35炉侧再热汽温差达最大527/468，3分钟后恢复至497/484逐渐正常。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 事故原因分析事故原因分析 （1） 运行人员操作不够熟练，在床温达到800时，减煤后没有尽快投入，床上油枪先稳定床温，导致大量煤进入炉内不能很好燃烧而堆积，只有部分挥发份析出。 （2）由主一次风切为床下油枪风供流化风时，四个床下油枪在较短时间内 就全部切完，由于速度快，风量调整不好，火焰检测不到，油枪灭火。且从油枪一下进入大量冷一次风，快速冷却炉内循环物料，势必造成床温骤降。4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 （3）根据无烟煤的特性，着火点要求很高，当床温达一定程度后，煤着火较差，很难燃尽，一旦遇到高温烟气和煤油混烧时，未燃尽的煤快速膨胀和一次破裂、二次破裂，迅速燃烧，于是产生爆燃事故。 （4）造成再热汽温偏差较大主要是燃烧波动太大，减温水调整不及时，运行配合不当。 4 4 连州发电厂连州发电厂CFBCFB锅炉出现的爆燃典型案例锅炉出现的爆燃典型案例 防范措施防范措施（1）运行部门要进一步加强对有关流