350MW超臨界循環流化床鍋爐高壓流風研究應用

廣西華磊新材料有限公司發電廠 李建軍 李冰銘 董海龍

某發電廠建有3×350MW 超臨界循環流化床機組，主要向電解鋁供電、氧化鋁供高低壓抽汽，通過220kV 并入區域網，該局域網共有9臺機組，總裝機容量為232萬kW，單機容量占比高達15%，局域網、熱用戶對機組的可靠性要求較高。3臺鍋爐型號為DG1242/25.4-Ⅲ，鍋爐采用單布風板、單爐膛、M 型布置、平衡通風、一次中間再熱、循環流化床燃燒方式，采用3臺高溫冷卻式旋風分離器進行氣固分離，鍋爐整體支吊在鍋爐鋼架上。

1 高壓流化風系統及其存在問題

在循環流化床鍋爐中，燃料在爐膛內燃燒后，產生的由煙氣、固體物料組成的高溫混合物（850℃左右），經過爐膛出口水平煙道進入高溫冷卻式旋風分離器，分離出來的大量的高溫固體物料，通過回料閥回到爐膛燃燒室；煙氣則經過旋風分離器頂部進入鍋爐尾部煙道，加熱尾部受熱面，經過除塵、脫硫后實現超低排放。

每臺鍋爐設計3臺高壓流化風機，2臺運行1臺備用，高壓流化風機參數：轉速2980r/m、全風壓63153Pa、入口容積流量14760m3/h、軸功率為303.9kW、額定電流28A。高壓流化風機入口設有帶防雨帽濾清器、消音器，電動調節蝶閥，出口裝有逆止閥、電動截止閥、消音器、電動調節蝶閥，然后匯入一根母管。運行中，高壓流化風機出口電動截止閥全開，通過入口電動調節蝶閥的開度來調節高壓流化風機的出力。高壓流化風機為回料器等返料系統提供高壓流化風，實現物料連續不斷循環，同時為風道燃燒器火檢提供冷卻風[1]。

回料器橫截面為“人字形”，其結構及內部返料情況如圖1所示，包括立管、返料腿、風室、布封板及風帽?；亓掀魍鈿び射撝畦F板制成，從外到里分別為鐵板（厚度10mm）、耐磨磚（厚度130mm）、保溫磚（厚度116mm）、耐火澆注料（厚度152mm）等，耐磨磚與耐磨磚之間、保溫磚與保溫磚之間、耐火澆注料與耐火澆筑料之間，都有膨脹縫。從分離器分離出來的高溫固體物料，通過立管下落至回料器閥，回料閥還有密封作用，防止爐膛內煙氣通過返料腿、回料閥、立管，進入分離器頂部出口，即防止“煙氣短路”。高壓流化風進入回料器底部風室，然后通過風帽進入回料器，將回料器內的物料“吹起”“一分為二”，分兩路從返料腿回到爐膛，繼續燃燒，實現燃盡[2]。

圖1 回料器結構及內部返料情況

鍋爐在運行中，多次出現回料器及返料腿超溫燒紅、噴火、外殼破裂以及布風板上澆注料損壞等事件，如圖2所示。

圖2 回料器噴火及布風板上澆注料損壞情況

機組運行中的安全風險增大，甚至被迫停爐，影響對外供電、供汽；停爐檢修后發現回料器內耐火澆注料的磨損嚴重，導致耐火材料開裂脫落，澆注料之間膨脹縫損壞，每次檢修成本大。

2 原因分析及優化試驗

在燃料種類和煙氣沖刷相同的情況下，被磨去的數量與氣固混合物流速的三次方成正比，流化風壓高、風量大，氣固混合物的流速也高，為防止回料器返料不暢或結焦，高壓流化風風壓高、風量大，可實現返料連續不斷進行，但是也加大了回料器內耐火澆注料磨損，澆注料間膨脹縫磨損最為嚴重，高壓、高溫氣固混合物從膨脹縫處由里向外不斷“侵蝕”保溫磚、耐磨磚，出現開裂脫落，使得耐火澆注料、保溫磚、耐磨磚的部分功能失去，從而造成鐵板超溫，甚至被損壞，返料腿內部高溫氣固物料噴出；另外，由于風壓高、風量大，布風板上澆注料也會出現損壞。

根據鍋爐運行說明書要求及調試單位調試結果，為了使回料器返料順暢，鍋爐運行中，流化風母管平均風壓52000Pa、流量21000m3/h，返料腿內部直徑為1820mm，返料腿內氣固混合物流速為=流量/橫截面積=21000/（3600×3.14×（1.82/2）2）=2.24（m/s）。

單個回料器設計流化風量見表1，從表1看出，回料器物料溫度在70℃時，需要高壓流化風量9856×3=29568Nm3/h；物料溫度在850℃時，需要高壓流化風量7008×3=21024Nm3/h。實際運行中，高壓流化風母管的壓力為51720Pa，總風量為23000Nm3/h，與鍋爐設計及調試單位調試結果基本相同，2臺運行的高壓流化風機入口電動調節蝶閥開度達到80%左右。

表1 單個回料器流化風量

為了確?；亓掀髂苓B續長周期運行，對高壓流化風風壓、風量試驗探索，逐步得到能滿足回料器返料正常的最低流化風壓、風壓數據。對每個回料閥兩側風箱上升段的返料風、回料閥頂部的滑動風進行優化，減少回料器返料風量和滑動風量。

鍋爐主蒸汽流量在1118T/h（額定負荷）工況下運行，不斷降低高壓流化風風壓、風量，當流化母管風壓降到43180Pa、總風量到15000Nm3/h 時，回料器返料正常，鍋爐運行狀況良好，但此時2臺運行的高壓流化風機入口電動調節蝶閥開度不到25%左右，節流損失太大。因此，利用2號機組停機檢修的機會，進一步降低流化風風壓、風量，在2號鍋爐上做單臺高壓流化風機運行試驗。

電負荷繼續降到120MW（主蒸汽流量500T/h），逐步降低高壓流化風機參數，兩臺高壓流化風機電流降至11A，入口電動調節蝶閥開度為15%，流化母管風壓33590kPa、總風量9500m3/h；觀察回料器返料、鍋爐各參數穩定，立即停止2B 高壓流化風機運行，逐步提升2C 高壓流化風機出力，電流19.57A、入口電動門開度29.3%、流化母管風壓36870kPa、總風量11700Nm3/h，回料器返料正常。試驗數據見表2。

表2 高壓流化風壓、風量試驗數據表

通過試驗可以看出，高壓流化風母管風壓在37000Pa 以上、流化風流量在以上12600Nm3/h 時，回料器返料正常，單臺高壓流化風機能滿足運行要求。返料腿內氣固混合物流速=流量/橫截面積=12600/（3600×3.14×（1.82/2）2）=1.34（m/s）。

3 高壓流化風運行標準化

為了確?；亓掀髁骰浞?，返料正常以及鍋爐安全可靠運行，對運行規程、熱控邏輯、定值等進行優化，實現標準化工作，應對各種運行工況，主要內容包括：一是鍋爐正常運行時，高壓流化母管風壓保持在37000Pa 以上、流量在12000Nm3/h 以上運行。

二是機組冷態啟動或回料器內灰的溫度在800℃以下時，保持2臺高壓流化風機運行，高壓流化母管風壓不低于43000Pa；單臺高壓流化風機運行時，每15天切換一次，切換后及時清理入口濾清器等。

三是對熱控邏輯、定值進行優化、修改：高壓流化風機停運條件改為“母管風壓大于35kPa”“任意兩臺高壓流化風機運行”；增加：BT 動作條件“三臺高壓流化風機均跳閘”延時90s；增加：BT 動作條件“返料風量低首出”延時90s。

高壓流化風機啟動條件“排空風門開”更改為“高壓流化風機排空風門開或高壓流化風機投聯鎖”，高壓流化風機投聯鎖時自動關閉排空風門，其他啟動條件不滿足情況下，聯鎖無法投入。

高壓流化風機聯啟后入口導葉是手動調整，更改：高壓流化風機聯啟后自動打開入口導葉至35%。

光字牌報警“高壓流化風機出口母管壓力低”定值為小于40kPa，更改：光字牌報警“高壓流化風機出口母管壓力低”定值為小于33kPa。

增加邏輯：第一備用流化風機聯啟條件為“三臺高壓流化風機運行信號取非”直接啟動，第二備用流化風機聯啟條件為“三臺高壓流化風機運行信號取非”延時5s；第一備用流化風機聯啟條件“高壓流化風機出口壓力小于30kPa”直接啟動，第二備用流化風機聯啟條件為“高壓流化風機出口壓力小于30kPa”延時30s；第一備用風機聯啟后，第二備用風機延時30s 切換至第一備用。

高壓流化風機啟動后5s 開出口電動門，更改為：“高壓流化風機啟動后1s 開出口電動門”。

風機停運后未自動關閉入口門，更改為：風機停運后自動關閉入口門。

四是在流化風母管壓力保持不變的情況下，分別調整進入3個回料器的3個流化風門開度，確?；亓掀鞯撞匡L室的壓力基本一致。

五是關注來煤質量，若來煤灰分發生明顯變化時，及時調整高壓流化風量、風壓，及時調整高壓流化風機運行方式。

高壓流化風量、風壓優化后，流速降低了=（2.24-1.34）=0.9m/s， 風壓降低了=（52000-37000）=15000Pa。在燃料種類和煙氣沖刷相同的情況下，被磨去數量減少率可以按下式進行計算：磨去數量減少率=（氣固混合物原來流速的立方-氣固混合物現在流速的立方）/氣固混合物原來流速的立方=（2.243-1.343）/2.243=81.22%。

氣固混合物的流速、風壓、被磨去數量減少率明顯下降，再未出現回料器及返料腿超溫燒紅噴火、外殼破裂等不安全事件；在鍋爐運行6個月后，檢查發現回料器內耐火澆注材料的磨損明顯減輕，回料器的檢修維護費用也降低。另外，在機組正常運行中，三臺循環流化床鍋爐均已實現單臺高壓流化風機運行。每臺機組每日節約電量（741-337）×24=9696kWh；3臺機每年平均按運行290天算，節約用電量290×3×9696=8144640kWh。單臺高壓流化風機運行時，運行人員要密切關注高壓流化風風壓、風量，回料器內灰的溫度等，及時進行調整，定期切換高壓流化風機運行等，進一步總結經驗。