1、300MW循环流化床锅炉启动平安控制 摘 要：本文针对300MW 循环流化床锅炉启动过程中易发生的点火爆燃和结焦事故，详尽分析了事故发生原因，从而制定出相应的预防措施，完善热工联锁保护逻辑、完善运行启动控制和管理、完善点火相关设备，以到达提高锅炉启动平安性的目的。关键词：循环流化床；启动；爆燃；结焦秦皇岛发电有限责任公司5、6号机组采用东方锅炉股份与法国ALSTOM公司合作设计的300MW 亚临界机组循环流化床锅炉，型号为DG1025/17.4-II1，是国内首批投运的300MW循环流化床锅炉。循环流化床锅炉启动，就是通过外部热源使最初参加床层上的物料温度提高到煤着火所需的最低水平上，从而使投
2、入的煤迅速着火，并自动保持床层温度在煤着火温度的水平之上，实现锅炉正常稳定运行。国内主流循环流化床锅炉，包括300MW循环流化床锅炉，大多配置床下风道燃烧器和床上油枪，采用联合启动的形式。启动时，先使用风道燃烧器加热一次风，将流化的床料加热到500以上，投入床上油枪，继续升温至600，然后投入给煤机运行，逐渐提高床温，减少油量，直至停止所有油枪。循环流化床锅炉启动控制存在诸多不够完善、不够成熟之处，启动事故是循环流化床锅炉多发事故，因此认真研究循环流化床锅炉的启动规律，制定科学、合理的启动控制方案，实现平安启动对平安生产、提高机组运行效率、发挥循环流化床锅炉的优势具有重要的现实意义。1 现状分
3、析目前，国内还没有制定出循环流化床锅炉的运行规定，实际运行存在很多平安隐患，如过分降低投煤温度、冷炉启动前添加引燃煤等不标准操作，都会导致不平安现象乃至事故的发生。2023年12月，江西某电厂200MW循环流化床锅炉启动过程中发生尾部烟道爆燃事故，造成省煤器、空预器大面积损坏；2023年5月，我公司6号锅炉启动前因风道燃烧器进油速断阀泄漏致使点火风道大量存油，幸亏及时发现，未酿成重大事故；2023年8月，云南某电厂300MW循环流化床锅炉启动过程中因床压低、床温过高发生炉膛、别离器严重结焦事故。2 启动过程中的易发事故循环流化床锅炉点火燃烧器多使用油、天然气、液化石油气，特别是风道燃烧器空间狭
4、小，床上燃油雾化后与床料混合，可燃气体不易扩散，在锅炉点火时易发生爆燃事故。锅炉初始投煤时，可能会由于床温过低，燃煤进入后不能着火，导致燃煤聚集，等床温升至着火温度以上时，突然被引燃，造成床温急剧升高并超限，严重时导致炉膛结焦；或是因床料流化不良，床层局部超温导致结焦事故。3 启动事故发生的原因3.1 点火爆燃事故炉膛发生爆燃的根本原因是：在炉膛的有限空间内或锅炉通道、烟风道及输送烟气至烟囱的风机内，积累的可燃混合物着火引起爆燃。炉膛爆燃均是由于运行操作不合理、设备或控制系统设计不合理或者设备和控制系统故障所致。爆燃事故发生的根源在于可燃物的聚集，通过分析点火爆燃事故产生的原因及条件，我们可以
5、归纳出以下几种情况容易发生爆燃事故：1）辅助燃料泄漏到未燃烧的炉膛中，通过火花或其他的点火源点燃累积的可燃物。2）重复屡次未能点燃辅助燃料，而又不进行适当的吹扫，导致易爆炸混合物的累积。3）炉膛瞬间熄火，经恢复并延时后，聚积的可燃物被重新引燃。4）炉膛流化风量缺乏，存在可燃物质易于积累的死区，造成不完全燃烧和可燃物的积累。3.2 启动结焦事故结焦事故是一种常见燃烧事故，无论点火或正常运行中都可能发生，原因也有多种。结焦的直接原因是局部或整体温度超出灰熔点或烧结温度。结焦可分为高温结焦和低温结焦两种。当床层整体温度低于灰渣变形温度，由于局部超温或低温烧结而引起的结焦叫低温结焦，流化不良是低温结焦
6、的根本原因。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象，超温是高温结焦的根本原因。启动结焦事故发生的根源在于流化不良和床层超温，通过分析结焦事故产生的原因及条件，我们可以归纳出以下几种容易结焦的工况：1）点火或低负荷时由于风量低，床层流化不良，易发生低温结焦。2）布风系统制造、安装及检修质量不好，或风帽堵塞，造成局部流化不良，易发生低温结焦。3）启动床料或入炉煤粒度过大，造成局部流化不良，易发生低温结焦。4）投煤时，床温偏低，入炉煤未及时着火燃烧，导致可燃物聚集，一旦温度条件满足，迅速引燃，造成床层温度急剧升高，易发生高温结焦。5）启动床料中可燃物超标，一旦温度条件满足，迅速
7、引燃，造成床层温度急剧升高、失控，易发生高温结焦。严重时可能造成结焦。我公司5号机组2023年9月启动时，使用给煤机往炉膛加床料，煤仓中剩余少量积煤也一起进入炉膛，启动4小时后，当炉膛床温接近530时，急剧升高，经快速停油、加风才得到控制，床温最高至900。如图1所示： 4 启动平安控制措施4.1 点火爆燃事故防范措施炉膛爆燃一般是由于运行操作不合理、设备图1：启动床料可燃物超标床温曲线或控制系统设计不合理或者设备和控制系统故障所致。预防循环流化床锅炉点火爆燃事故的关键是制定合理的平安启动程序，完善点火设备试运程序，完善热控逻辑保护，根据点火爆燃事故发生的不同情况和原因制定出如下防范措施，在遇
8、到紧急情况时及时果断处理。4.1.1 完善热控逻辑保护1）完善炉膛吹扫逻辑循环流化床锅炉与煤粉锅炉不同，锅炉点火前吹扫区域包括炉膛、外置床和点火风道，按ALSTOM公司原逻辑，只要“入炉风量大于30设计总风量即可进行吹扫计时，但由于入炉一、二次风的作用是不一样的，我公司根据实际运行情况，对吹扫逻辑做了更改：吹扫条件改为“一次风量大于最小流化风量且总风量大于30设计总风量；增加“吹扫进行中一、二次风量挡板禁止手动操作逻辑；取消“强制吹扫结束按钮。确保吹扫进行并到达置换气体，防止点火爆燃的目的。2）完善床上油枪、给煤线启动允许、跳闸保护逻辑床上油枪没有点火装置，投入后依靠床料及热风加热至着火温度，
9、因此床上油前进油速断阀开信号，在速断阀故障或检修时，不能正确反响风道燃烧器状态，更改“进油速断阀、雾化阀开且检测到火焰，更可靠的保证床上油枪平安运行。同样，给煤线启动允许及跳闸保护逻辑取自炉膛床温和床上油枪运行情况。床上油枪运行信号由“进油速断阀开更改为“进油速断阀、雾化阀开且油枪推进到位。3）完善油枪油压、雾化蒸汽压力高、低跳闸保护逻辑我公司风道燃烧器和床上油枪由于系统设计缺乏合理性，燃油、雾化蒸汽压力自动长期不能投入，油枪投停时，压力波动幅度很大，油枪越少，波动幅度越大，经常到达保护定值，自机组调试至投产，压力保护一直未投入。为此，我们增加了保护动作的延时，对于每条燃油管道（共四条）投入第
10、一支油枪时，保护延时10秒动作，其余时间保护延时5秒动作。更改后，既到达了投入保护目的，又防止保护在油枪投停时频繁动作。 4）油枪吹扫控制原逻辑油枪为手动吹扫，且OFT动作后仍能执行吹扫。手动吹扫取决于运转员的操作，不能保证油枪每次使用后都能吹扫，我们增加了“油枪停运或跳闸后自动吹扫逻辑；MFT动作后油枪吹扫会在灭火后仍然向炉膛送入燃料，严重时会引起爆燃，所以增加了吹扫闭锁条件“OFT复归。5）完善MFT、OFT保护动作出口按原逻辑，MFT、OFT动作后，联锁关闭所有油枪速断阀、雾化阀，退油枪、点火枪，但风道、床上燃油供油母管速断阀不联锁关闭，回油电动门不开，炉前各燃油管道依然处于充压状态，在
11、进油速断阀故障时，不能及时切断燃料，造成事故隐患。为此，我们增加了MFT、OFT动作联锁关闭风道及床上燃油供油母管速断阀，开启回油电动门联锁，确保了灭火保护动作的可靠性。4.1.2 完善点火设备及试运程序锅炉点火设备包括风道燃烧器和床上油枪，风道燃烧器带点火及火焰监测装置，存在进油速断阀内漏、火焰监测装置“偷火平安隐患。以下简述这两个问题的解决措施。1）进油速断阀内漏解决进油速断阀内漏的问题，从三方面入手：首先，提高检修工艺水平，建立健全检修文件包制度，严把检修质量和验收关口；其次，每次油枪检修后必须进行充油试验，验证进油速断阀严密性；再次，提高各燃油流量计测量精度，安装小量程油压表，发生泄漏
12、时，能及时发现处理，防止事故发生。2）火焰监测装置“偷火300MW循环流化床锅炉两侧点火风道各配置两只风道燃烧器，相距3米左右，因风道体积小，任意一只着火时，另一只的火焰监测装置也检测到火焰，这就是风道燃烧器火焰监测装置“偷火现象。针对这一问题，我们调整了火检探头的角度、位置和检测强度，保证了火焰监测装置和灭火保护的可靠性。另外，方案增设风道燃烧器火焰电视，监视其燃烧情况，防止火检故障或油枪雾化不良导致事故发生。4.1.3 制定平安启动相关规定1）制定相关反事故措施制定反爆燃事故措施和启动操作票及启动本卷须知，明确锅炉点火操作程序及禁止退出的保护。2）建立保护投退管理制度建立了一整套保护投退规
13、定，保护投退必须由单元长同意，并在保护登记本记录保护名称、批准人、执行人、投退时间等信息，主保护投退经总工批准，保护投退执行保护投退卡。每次机组启动前，由热工、运行指定有经验人员全面复核保护投退情况，启动前投入所有保护。3）逻辑保护传动规定严格执行逻辑保护传动规定，按停机时间及检修工程确定保护传开工程，坚持保护实传，确保保护正确动作。4.2 启动结焦事故防范措施通过分析锅炉启动结焦事故的工况和原因，可得出预防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床层超温等情况的发生。4.2.1 保证流化质量流化不良是低温结焦的根本原因。预防结焦事故，保证流化质量是关键。1）合理配置锅炉启动床料至关重要，启动
14、床料应全部进行筛选，保证粒度合格，满足粒度级配要求。启动床料颗粒太粗，可能导致流化不良事故发生，而确保流化正常就需要较大的风量，这样更多的点炽热量会被风带走，使床料升温困难，加热时间过长；启动床料颗粒太细，大量的细小颗粒在启动中会被烟气带走，床料损失快，使料层减薄造成局部吹穿，点火过程控制困难，易造成结焦。试验说明粒度为013mm的床料最低流化风量是08mm床料的2倍，实际应用中一般要求在6mm以下。同时，底料中大小颗粒的分布要适当，既要有小颗粒作为初期的传热源，又要有大颗粒作为后期维持床温之用。但大颗粒的比例超过10时将不利于初期点火，且容易出现床内结焦。为到达所需床料颗粒粒度需求，我们做了
15、屡次筛分试验和启动试验，确定启动床料粒径dmax=6mm，d50=1.3mm为最正确。实际筛选时，采用10mm孔径的筛子按45摆放，筛分后的床料再使用1.5mm孔径的筛子筛分，筛上局部为启动床料。图2为原设计和实际采用的启动床料粒度分布比照图：图2：启动床料控制比照2）每次启动前进行布风均匀性和临界流化风量试验，防止布风装置导致流化不良，确保风量测量装置准确，运行风量大于临界流化风量。 图3是我公司6号锅炉2023年3月在料层厚度分别为1000mm和1200mm时，最小流化风量试验曲线，从中可得出6号锅炉最小流化风量为80km3/h。图3：料层阻力曲线3）增加了“任意侧一次风量低油枪跳闸保护，保证启动过程中风量大于最小流化风量。4）控制入炉煤粒度，确保无大颗粒进入炉膛，满足入炉煤粒度级配要求。通过摸索和试验，确立包括来煤控制、初选控制、细碎间隙控制、入炉煤粒度筛分制度、细碎定期调整等一整套措施，解决入炉煤粒度控制问题。另外，每次停炉后置换合格床料也是控制床料粒度重要的手段。图4为我公司入炉煤粒度筛分曲线：图4：入炉煤粒度筛分曲线4.2.2 防止升温过程中爆燃引起超温1）严格控制投入床上油枪和投
