300mw循环流化床锅炉床温控制方法试验研究

300mw循环流化床锅炉床温控制方法试验研究

0煤粉锅炉床温控制内蒙古京泰发电有限公司1号和2号机组是东方部门有限公司（集团）独立开发、开发和开发的循环流放锅炉。该锅炉不同于引进型300MWCFB(循环流化床)锅炉,它体现了其自主型135~150MW等级CFB锅炉的成功经验,采用了一些全新的结构布置,如大宽深比的单体炉膛、3个分离器不对称布置等。目前,1、2号机组均已顺利通过满负荷168h试运行,投入商业运行。该锅炉不同于煤粉锅炉,床温控制是循环流化床锅炉燃烧调整的重要内容。通过机组带负荷以及满负荷试运,发现这种大宽深比的单炉膛布置对床温特性有显著影响。沿炉膛宽向床温分布呈中间高两边低的趋势,最大时中间床温比两侧床温高出60~80℃。由于床温偏差会影响炉内热流分布,改变锅炉设计燃烧份额从而影响锅炉性能,严重时有可能造成局部结焦。因此有效的床温控制方法和手段对于机组的正常运行具有重要意义。文中结合内蒙古京泰发电有限责任公司1号机组的调试过程,对床温特性进行了描述,并对床温调整方法进行了初步总结,对于此种炉型的循环流化床锅炉运行有一定的指导意义。1锅炉装载量1.1床下油点火器及热表面设计锅炉为DG1089/17.4-Ⅱ1型亚临界自然循环、循环流化燃烧、一次中间再热、汽冷式旋风分离器、单炉膛、平衡通风、固态排渣炉。锅炉主要由1个膜式水冷壁炉膛、3个汽冷式旋风分离器回料系统和1个尾部竖井3部分组成(见图1)。8个给煤口在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部由水冷壁管弯制围成水冷风室,一次热风从风室两侧进风;炉膛下部左右侧一次风道内分别布置2台点火燃烧器,风道燃烧器内设有手动挡板,以调节通过油枪的风量,床下油点火器约为11%BMCR(锅炉最大连续负荷)的热输入;密相区水冷壁前后墙分别设置4支床上助燃油枪,用于锅炉启动点火和低负荷稳定燃烧,床上助燃油枪约为22%BMCR的热输入。床上油枪无配风无点火器,当床温大于550℃时可直接投入。所有油枪都为机械雾化,燃油压力为3.2MPa。6个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部,分别对应6台滚筒式冷渣器。床温测点在布风板上方沿炉膛宽度方向均布2层,下层测点距布风板约50mm,上层测点比下层测点高300mm。锅炉采用平衡通风,压力平衡点位于炉膛出口。3台汽冷式旋风分离器下部各布置1台“J”阀回料器,回料器为一分为二结构,保证了沿炉膛宽度方向上回料的均匀性;尾部采用双烟道结构,前烟道布置了3组低温再热器,后烟道从上到下依次布置有2组高温过热器、2组低温过热器。下部布置有2组螺旋鳍片管式省煤器和卧式光管空气预热器;一、二次风道分开布置,沿炉宽方向双进双出。过热器系统中设有二级喷水减温器,再热器系统中布置有事故喷水减温器和微喷减温器。4个石灰石口布置在前墙下二次风管内,石灰石流量根据燃料量和锅炉尾部SO2分析,并通过调节旋转给料机转速来实现。1.2锅炉安装参数锅炉主要热力参数如表1所示。1.3燃料设计锅炉燃料特性如表2所示。2锅炉的内部温度特性和调节方法2.1床温调整方案锅炉启动时首先启动左右各1台风道点火燃烧器,通过调节回油油压来控制油枪出力、通过调节一次风流量来控制烟气温度。在机组启动直到带低负荷以前,一次风量略微控制在临界流化风量以上即可。控制床温上升速率不超过90℃/h,适时投入剩余2台风道点火燃烧器。为了保护水冷风室和风帽,控制水冷风室入口烟气温度在900℃以下,点火风道温度受材料限制需控制在950℃以下。在床温上升过程中,中间部位的床温始终高于两侧部位的床温,这是厂家大宽深比单炉膛的显著特性。由于风道燃烧器将上床温从450℃加热至500℃的过程较缓慢,为了节省用油,当中部上床温达500℃以上时,可以启动中部给煤机采用点动式给煤进行试给煤,几分钟后若中部床温开始上升,氧质量分数下降,说明煤开始燃烧,这时可继续点动给煤;中部床温上升会带动两侧床温上升,当给煤点处上床温达500℃以上时逐渐启动其余给煤机,均采用点动给煤方式。点动给煤时间可逐渐加长,直至连续给煤,床温稳定上升。由于锅炉启动时给煤总量小,给煤机最小出力情况下也只能连续运行3、4台,这时最好采用交替给煤方式,即将8台给煤机交替启动,尽量使床温能够保持均衡。随着床温的升高,可缓慢降低风道燃烧器的出力,但要注意油枪出力下降后床温不能下降,否则仍需恢复油枪出力至床温稳定缓慢上升;当床温整体温度达700℃以上,总给煤量达到50t/h以上时,可逐渐停止风道燃烧器,但要保证床温不下降。2.2负荷指令对床温的影响床温与机组负荷指令之间的关系如图2所示。机组开始带负荷后,床温控制在800℃以上:一是为了提高燃尽率,降低排渣含碳质量分数,提高燃烧效率;二是为了稳定燃烧,提高机组带负荷稳定性。床温与负荷基本呈线性关系,满负荷时床温最高达920℃左右,但不要超过950℃:一是降低因局部床温过高发生结焦的危险;二是有利于干法脱硫反应的进行,减少石灰石耗量,因为床温超过900℃后干法脱硫的效率会随温度的升高迅速降低。在负荷变化过程中,机组负荷决定总给煤量的多少,床料循环和烟气流动实现燃烧和热量的交换传递,通过改变一、二次风比例可以实现粗调床层温度,通过调节上、下二次风的比例可以实现对床温的微调。图3为一次风量与机组负荷指令之间的关系,图中可看到2条与一次风量曲线平行的风量高限和风量低限。在机组升负荷时,首先将一次风量升至与负荷对应一次风量平行的风量高限,然后沿高限增加一次风量,到达指令负荷后,再减回到一次风量指令线上;机组降负荷时正好相反,在低限上运行。也就是说机组升负荷时先加一次风,减负荷时先减一次风。这是因为锅炉负荷对一次风的变化很敏感,增加(或减少)一次风意味着增加(或减少)了炉内稀相区的物料质量浓度;增加(或减少)换热介质和燃烧份额,锅炉蒸发量也会迅速发生相应的变化。图4为锅炉总风量与机组负荷指令的关系,图5为氧质量分数与机组负荷指令的关系。从图中可看到,总风量在30%负荷以下基本维持不变,在30%至满负荷之间呈线性变化;同时氧质量分数的变化也与之对应,在满负荷时控制氧质量分数在3%左右。改变上、下二次风风量分配比例主要通过调整上、下二次风挡板开度来实现。通过多次试验调整出上、下二次风挡板开度随负荷指令关系的最佳曲线(见图6),结合图2可对床温进行良好的调整。同时,适当增加下二次风,减小上二次风可降低床温。2.3床温对锅炉性能的影响图7为锅炉满负荷稳态运行时的给煤及床温分布。从图中可看到,锅炉满负荷运行时,床温分布呈中间高、两边低的趋势。这种床温特性从根本上是由这种大宽深比的单炉膛布置决定的。在一定范围内的床温差是可以的,但过大将影响炉内热流分布,如炉膛内的屏式过热器以及屏式再热器受床温影响很大,床温的偏差也会引起壁温偏差和汽温偏差,从而影响锅炉性能;其次床温随锅炉负荷增加而上升,如果温差过大,中部的高床温就会限制锅炉的带负荷能力,也增加了局部高温结焦的危险性。基于床温的如上特性,在满负荷工况下调整了给煤的分布,8台给煤机并没有采用均布的方式,而是呈中间低,两边高的给煤方式,这种给煤方式可以有效减小中部和两侧的床温差。从图中可看出,炉膛床温差最大控制在50℃之内,这对于炉内脱硫也是非常有利的。3次风力和一、二次风模型与Alstom技术不同,东方锅炉(集团)股份有限公司自主研发的循环流化床没有外置床式换热器(FBHE),无法控制循环灰量,因此床温调整的手段非常有限,只能通过调节风和煤的关系来控制床温。由于锅炉输出能量与输入能量之间平衡的关系,因此给煤量、总风量与锅炉负荷是一一对应的,从而决定了在稳定负荷和固定煤质的情况下,锅炉总给煤量以及总风量是一定的。因此只能通过调整给煤分布,改变一、二次风及上、下二次风的风量分配来调整床温。为了研究一、二次风风量分配对床温的影响,在给煤量108t/h、总风量710km3/h、汽包压力14.8MPa工况下,锅炉稳定负荷时做了如下试验:保持各参数不变,仅仅改变一、二次风的分配(总风量不变),观察床温的变化趋势。图8为一次风量和床温的变化关系曲线,从图中可清楚地看到,一次风对床温有明显的影响,床温在一次风量变化约3~5min后开始出现变化:一次风量上升,床温在几分钟后开始下降;一次风量降低,床温在几分钟后开始上升。床温变化幅度与一次风量的增减程度相关。但在试验中也发现,这种调整对于床温的控制幅度是有限的,最大幅度在20~30℃。根据试验结果,做出了一、二次风分配比例和床温关系图(见图9)。从图中可看到,随着一、二次风风量比的增加,床温呈下降趋势,幅度约在0~30℃。由此认为,改变一、二次风风量比例,可以改变炉内的燃烧份额,从而改变热流密度分布。增加一次风,更多的床料和热量被带到稀相区,相当于将炉膛的热流密度重新分配;炉膛内热流密度呈下密上疏状态,增加一次风后,总趋势不变,但热流密度的梯度变小,燃烧中心沿炉膛垂直方向上移,因此床温测点位置处的热流密度变小,床温下降;由于下二次风口距离床温测点很近,增加下二次风也有类似的作用,但是其出风方式不同于一次风的流化式布风,且位置位于密相区上部,穿透能力有限,决定了影响程度非常有限(调节时也发现效果不明显)。再者,一次风增加,将使密相区空隙率增加,密相区的高度也有所增加,稀相区的热流密度也相应增加,因此辐射换热量增加,水冷壁吸热量增加,蒸发量增加。如果锅炉总的输入能量不变,那么炉膛内的吸热份额增加,造成炉膛出口烟温降低。因此,外循环回料温度降低,也会使床温在一定程度上降低。综合以上分析,一次风量增加会使床温降低,一次风量减少有相反的效果。4煤-煤耦合系统床温控制机理文中简要介绍了东方锅炉(集团)股份有限公司自主研发300MW循环流化床锅炉机组的结构特点。分析了启动、带负荷、额定负荷等工况下的床温特性以及控制方法,并对稳定工况下的床温调整方法进行了试验和分析,得出如下结论:(1)启动过程中通过调节油压和一次风量控制烟温,在床温达到给煤温度点处进行点动给煤,给煤机进行交替启动给煤以均匀增加床温,当整体床温达700℃以上,给煤量大于5