循環(huán)流化床鍋爐啟動安全控制

1、300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動安全控制摘  要：本文針對300MW 循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中易發(fā)生的點(diǎn)火爆燃和結(jié)焦事故，詳盡分析了事故發(fā)生原因，從而制定出相應(yīng)的預(yù)防措施，完善熱工聯(lián)鎖保護(hù)邏輯、完善運(yùn)行啟動控制和管理、完善點(diǎn)火相關(guān)設(shè)備，以達(dá)到提高鍋爐啟動安全性的目的。關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；啟動；爆燃；結(jié)焦秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司5、6號機(jī)組采用東方鍋爐股份有限公司與法國ALSTOM公司合作設(shè)計(jì)的300MW 亞臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐，型號為DG1025/17.4-II1，是國內(nèi)首批投運(yùn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床鍋爐啟動，就是通過外部熱源使最初加入床層上的物料溫度提高到煤著火所需的最

2、低水平上，從而使投入的煤迅速著火，并自動保持床層溫度在煤著火溫度的水平之上，實(shí)現(xiàn)鍋爐正常穩(wěn)定運(yùn)行。國內(nèi)主流循環(huán)流化床鍋爐，包括300MW循環(huán)流化床鍋爐，大多配置床下風(fēng)道燃燒器和床上油槍，采用聯(lián)合啟動的形式。啟動時，先使用風(fēng)道燃燒器加熱一次風(fēng)，將流化的床料加熱到500以上，投入床上油槍，繼續(xù)升溫至600，然后投入給煤機(jī)運(yùn)行，逐漸提高床溫，減少油量，直至停止所有油槍。循環(huán)流化床鍋爐啟動控制存在諸多不夠完善、不夠成熟之處，啟動事故是循環(huán)流化床鍋爐多發(fā)事故，因此認(rèn)真研究循環(huán)流化床鍋爐的啟動規(guī)律，制定科學(xué)、合理的啟動控制方案，實(shí)現(xiàn)安全啟動對安全生產(chǎn)、提高機(jī)組運(yùn)行效率、發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢具有重要的現(xiàn)

3、實(shí)意義。1  現(xiàn)狀分析目前，國內(nèi)還沒有制定出循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行規(guī)定，實(shí)際運(yùn)行存在很多安全隱患，如過分降低投煤溫度、冷爐啟動前添加引燃煤等不規(guī)范操作，都會導(dǎo)致不安全現(xiàn)象乃至事故的發(fā)生。2006年12月，江西某電廠200MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中發(fā)生尾部煙道爆燃事故，造成省煤器、空預(yù)器大面積損壞；2007年5月，我公司6號鍋爐啟動前因風(fēng)道燃燒器進(jìn)油速斷閥泄漏致使點(diǎn)火風(fēng)道大量存油，幸虧及時發(fā)現(xiàn)，未釀成重大事故；2007年8月，云南某電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐啟動過程中因床壓低、床溫過高發(fā)生爐膛、分離器嚴(yán)重結(jié)焦事故。2  啟動過程中的易發(fā)事故循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火燃燒器多使用油、

4、天然氣、液化石油氣，特別是風(fēng)道燃燒器空間狹小，床上燃油霧化后與床料混合，可燃?xì)怏w不易擴(kuò)散，在鍋爐點(diǎn)火時易發(fā)生爆燃事故。鍋爐初始投煤時，可能會由于床溫過低，燃煤進(jìn)入后不能著火，導(dǎo)致燃煤聚集，等床溫升至著火溫度以上時，突然被引燃，造成床溫急劇升高并超限，嚴(yán)重時導(dǎo)致爐膛結(jié)焦；或是因床料流化不良，床層局部超溫導(dǎo)致結(jié)焦事故。3  啟動事故發(fā)生的原因3.1 點(diǎn)火爆燃事故爐膛發(fā)生爆燃的根本原因是：在爐膛的有限空間內(nèi)或鍋爐通道、煙風(fēng)道及輸送煙氣至煙囪的風(fēng)機(jī)內(nèi)，積累的可燃混合物著火引起爆燃。爐膛爆燃均是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。爆燃事故發(fā)生的根源在于可燃物

5、的聚集，通過分析點(diǎn)火爆燃事故產(chǎn)生的原因及條件，我們可以歸納出以下幾種情況容易發(fā)生爆燃事故：1）輔助燃料泄漏到未燃燒的爐膛中，通過火花或其他的點(diǎn)火源點(diǎn)燃累積的可燃物。2）重復(fù)多次未能點(diǎn)燃輔助燃料，而又不進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇祾撸瑢?dǎo)致易爆炸混合物的累積。3）爐膛瞬間熄火，經(jīng)恢復(fù)并延時后，聚積的可燃物被重新引燃。4）爐膛流化風(fēng)量不足，存在可燃物質(zhì)易于積累的死區(qū)，造成不完全燃燒和可燃物的積累。3.2 啟動結(jié)焦事故結(jié)焦事故是一種常見燃燒事故，無論點(diǎn)火或正常運(yùn)行中都可能發(fā)生，原因也有多種。結(jié)焦的直接原因是局部或整體溫度超出灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度。結(jié)焦可分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種。當(dāng)床層整體溫度低于灰渣變形溫度，由于局部超

6、溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的結(jié)焦叫低溫結(jié)焦，流化不良是低溫結(jié)焦的根本原因。高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結(jié)焦現(xiàn)象，超溫是高溫結(jié)焦的根本原因。啟動結(jié)焦事故發(fā)生的根源在于流化不良和床層超溫，通過分析結(jié)焦事故產(chǎn)生的原因及條件，我們可以歸納出以下幾種容易結(jié)焦的工況：1）點(diǎn)火或低負(fù)荷時由于風(fēng)量低，床層流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。2）布風(fēng)系統(tǒng)制造、安裝及檢修質(zhì)量不好，或風(fēng)帽堵塞，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。3）啟動床料或入爐煤粒度過大，造成局部流化不良，易發(fā)生低溫結(jié)焦。4）投煤時，床溫偏低，入爐煤未及時著火燃燒，導(dǎo)致可燃物聚集，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高，易發(fā)生高溫

7、結(jié)焦。5）啟動床料中可燃物超標(biāo)，一旦溫度條件滿足，迅速引燃，造成床層溫度急劇升高、失控，易發(fā)生高溫結(jié)焦。嚴(yán)重時可能造成結(jié)焦。我公司5號機(jī)組2006年9月啟動時，使用給煤機(jī)往爐膛加床料，煤倉中剩余少量積煤也一起進(jìn)入爐膛，啟動4小時后，當(dāng)爐膛床溫接近530時，急劇升高，經(jīng)快速停油、加風(fēng)才得到控制，床溫最高至900。如圖1所示：4  啟動安全控制措施4.1 點(diǎn)火爆燃事故防范措施爐膛爆燃一般是由于運(yùn)行操作不合理、設(shè)備圖1：啟動床料可燃物超標(biāo)床溫曲線或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或者設(shè)備和控制系統(tǒng)故障所致。預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火爆燃事故的關(guān)鍵是制定合理的安全啟動程序，完善點(diǎn)火設(shè)備試運(yùn)程序，完善熱控邏輯保

8、護(hù)，根據(jù)點(diǎn)火爆燃事故發(fā)生的不同情況和原因制定出如下防范措施，在遇到緊急情況時及時果斷處理。4.1.1 完善熱控邏輯保護(hù)1）完善爐膛吹掃邏輯循環(huán)流化床鍋爐與煤粉鍋爐不同，鍋爐點(diǎn)火前吹掃區(qū)域包括爐膛、外置床和點(diǎn)火風(fēng)道，按ALSTOM公司原邏輯，只要“入爐風(fēng)量大于30設(shè)計(jì)總風(fēng)量”即可進(jìn)行吹掃計(jì)時，但由于入爐一、二次風(fēng)的作用是不一樣的，我公司根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，對吹掃邏輯做了更改：吹掃條件改為“一次風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量且總風(fēng)量大于30設(shè)計(jì)總風(fēng)量”；增加“吹掃進(jìn)行中一、二次風(fēng)量擋板禁止手動操作”邏輯；取消“強(qiáng)制吹掃結(jié)束”按鈕。確保吹掃進(jìn)行并達(dá)到置換氣體，防止點(diǎn)火爆燃的目的。2）完善床上油槍、給煤線啟動允許

9、、跳閘保護(hù)邏輯床上油槍沒有點(diǎn)火裝置，投入后依靠床料及熱風(fēng)加熱至著火溫度，因此床上油前進(jìn)油速斷閥開信號”，在速斷閥故障或檢修時，不能正確反應(yīng)風(fēng)道燃燒器狀態(tài)，更改“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且檢測到火焰”，更可靠的保證床上油槍安全運(yùn)行。同樣，給煤線啟動允許及跳閘保護(hù)邏輯取自爐膛床溫和床上油槍運(yùn)行情況。床上油槍運(yùn)行信號由“進(jìn)油速斷閥開”更改為“進(jìn)油速斷閥、霧化閥開且油槍推進(jìn)到位”。3）完善油槍油壓、霧化蒸汽壓力高、低跳閘保護(hù)邏輯我公司風(fēng)道燃燒器和床上油槍由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏合理性，燃油、霧化蒸汽壓力自動長期不能投入，油槍投停時，壓力波動幅度很大，油槍越少，波動幅度越大，經(jīng)常達(dá)到保護(hù)定值，自機(jī)組調(diào)試至投產(chǎn)，壓力

10、保護(hù)一直未投入。為此，我們增加了保護(hù)動作的延時，對于每條燃油管道（共四條）投入第一支油槍時，保護(hù)延時10秒動作，其余時間保護(hù)延時5秒動作。更改后，既達(dá)到了投入保護(hù)目的，又避免保護(hù)在油槍投停時頻繁動作。4）油槍吹掃控制原邏輯油槍為手動吹掃，且OFT動作后仍能執(zhí)行吹掃。手動吹掃取決于運(yùn)轉(zhuǎn)員的操作，不能保證油槍每次使用后都能吹掃，我們增加了“油槍停運(yùn)或跳閘后自動吹掃”邏輯；MFT動作后油槍吹掃會在滅火后仍然向爐膛送入燃料，嚴(yán)重時會引起爆燃，所以增加了吹掃閉鎖條件“OFT復(fù)歸”。5）完善MFT、OFT保護(hù)動作出口按原邏輯，MFT、OFT動作后，聯(lián)鎖關(guān)閉所有油槍速斷閥、霧化閥，退油槍、點(diǎn)火槍，但風(fēng)道、床

11、上燃油供油母管速斷閥不聯(lián)鎖關(guān)閉，回油電動門不開，爐前各燃油管道依然處于充壓狀態(tài)，在進(jìn)油速斷閥故障時，不能及時切斷燃料，造成事故隱患。為此，我們增加了MFT、OFT動作聯(lián)鎖關(guān)閉風(fēng)道及床上燃油供油母管速斷閥，開啟回油電動門聯(lián)鎖，確保了滅火保護(hù)動作的可靠性。4.1.2 完善點(diǎn)火設(shè)備及試運(yùn)程序鍋爐點(diǎn)火設(shè)備包括風(fēng)道燃燒器和床上油槍，風(fēng)道燃燒器帶點(diǎn)火及火焰監(jiān)測裝置，存在進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏、火焰監(jiān)測裝置“偷火”安全隱患。以下簡述這兩個問題的解決措施。1）進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏解決進(jìn)油速斷閥內(nèi)漏的問題，從三方面入手：首先，提高檢修工藝水平，建立健全檢修文件包制度，嚴(yán)把檢修質(zhì)量和驗(yàn)收關(guān)口；其次，每次油槍檢修后必須進(jìn)行充油試

12、驗(yàn)，驗(yàn)證進(jìn)油速斷閥嚴(yán)密性；再次，提高各燃油流量計(jì)測量精度，安裝小量程油壓表，發(fā)生泄漏時，能及時發(fā)現(xiàn)處理，避免事故發(fā)生。2）火焰監(jiān)測裝置“偷火”300MW循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)點(diǎn)火風(fēng)道各配置兩只風(fēng)道燃燒器，相距3米左右，因風(fēng)道體積小，任意一只著火時，另一只的火焰監(jiān)測裝置也檢測到火焰，這就是風(fēng)道燃燒器火焰監(jiān)測裝置“偷火”現(xiàn)象。針對這一問題，我們調(diào)整了火檢探頭的角度、位置和檢測強(qiáng)度，保證了火焰監(jiān)測裝置和滅火保護(hù)的可靠性。另外，計(jì)劃增設(shè)風(fēng)道燃燒器火焰電視，監(jiān)視其燃燒情況，避免火檢故障或油槍霧化不良導(dǎo)致事故發(fā)生。4.1.3 制定安全啟動相關(guān)規(guī)定1）制定相關(guān)反事故措施制定反爆燃事故措施和啟動操作票及啟動注意事

13、項(xiàng)，明確鍋爐點(diǎn)火操作程序及禁止退出的保護(hù)。2）建立保護(hù)投退管理制度建立了一整套保護(hù)投退規(guī)定，保護(hù)投退必須由單元長同意，并在保護(hù)登記本記錄保護(hù)名稱、批準(zhǔn)人、執(zhí)行人、投退時間等信息，主保護(hù)投退經(jīng)總工批準(zhǔn)，保護(hù)投退執(zhí)行保護(hù)投退卡。每次機(jī)組啟動前，由熱工、運(yùn)行指定有經(jīng)驗(yàn)人員全面復(fù)核保護(hù)投退情況，啟動前投入所有保護(hù)。3）邏輯保護(hù)傳動規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行邏輯保護(hù)傳動規(guī)定，按停機(jī)時間及檢修項(xiàng)目確定保護(hù)傳動項(xiàng)目，堅(jiān)持保護(hù)實(shí)傳，確保保護(hù)正確動作。4.2 啟動結(jié)焦事故防范措施通過分析鍋爐啟動結(jié)焦事故的工況和原因，可得出預(yù)防事故的根本在于防止可燃物聚集、流化不良、床層超溫等情況的發(fā)生。4.2.1 保證流化質(zhì)量流化不良是低溫

14、結(jié)焦的根本原因。預(yù)防結(jié)焦事故，保證流化質(zhì)量是關(guān)鍵。1）合理配置鍋爐啟動床料至關(guān)重要，啟動床料應(yīng)全部進(jìn)行篩選，保證粒度合格，滿足粒度級配要求。啟動床料顆粒太粗，可能導(dǎo)致流化不良事故發(fā)生，而確保流化正常就需要較大的風(fēng)量，這樣更多的點(diǎn)火熱量會被風(fēng)帶走，使床料升溫困難，加熱時間過長；啟動床料顆粒太細(xì)，大量的細(xì)小顆粒在啟動中會被煙氣帶走，床料損失快，使料層減薄造成局部吹穿，點(diǎn)火過程控制困難，易造成結(jié)焦。試驗(yàn)表明粒度為013mm的床料最低流化風(fēng)量是08mm床料的2倍，實(shí)際應(yīng)用中一般要求在6mm以下。同時，底料中大小顆粒的分布要適當(dāng)，既要有小顆粒作為初期的傳熱源，又要有大顆粒作為后期維持床溫之用。但大顆粒的

15、比例超過10時將不利于初期點(diǎn)火，且容易出現(xiàn)床內(nèi)結(jié)焦。為達(dá)到所需床料顆粒粒度需求，我們做了多次篩分試驗(yàn)和啟動試驗(yàn)，確定啟動床料粒徑dmax=6mm，d50=1.3mm為最佳。實(shí)際篩選時，采用10mm孔徑的篩子按45°擺放，篩分后的床料再使用1.5mm孔徑的篩子篩分，篩上部分為啟動床料。圖2為原設(shè)計(jì)和實(shí)際采用的啟動床料粒度分布對比圖：圖2：啟動床料控制對比2）每次啟動前進(jìn)行布風(fēng)均勻性和臨界流化風(fēng)量試驗(yàn)，避免布風(fēng)裝置導(dǎo)致流化不良，確保風(fēng)量測量裝置準(zhǔn)確，運(yùn)行風(fēng)量大于臨界流化風(fēng)量。圖3是我公司6號鍋爐2007年3月在料層厚度分別為1000mm和1200mm時，最小流化風(fēng)量試驗(yàn)曲線，從中可得出6

16、號鍋爐最小流化風(fēng)量為80km3/h。圖3：料層阻力曲線3）增加了“任意側(cè)一次風(fēng)量低油槍跳閘”保護(hù)，保證啟動過程中風(fēng)量大于最小流化風(fēng)量。4）控制入爐煤粒度，確保無大顆粒進(jìn)入爐膛，滿足入爐煤粒度級配要求。通過摸索和試驗(yàn)，確立包括來煤控制、初選控制、細(xì)碎間隙控制、入爐煤粒度篩分制度、細(xì)碎定期調(diào)整等一整套措施，解決入爐煤粒度控制問題。另外，每次停爐后置換合格床料也是控制床料粒度重要的手段。圖4為我公司入爐煤粒度篩分曲線：圖4：入爐煤粒度篩分曲線4.2.2 避免升溫過程中爆燃引起超溫1）嚴(yán)格控制投入床上油槍和投煤的溫度條件，禁止解除相關(guān)保護(hù)。為節(jié)約啟動燃油、加快啟動速度，降低投煤溫度是提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有

17、效手段，也是一種趨勢。但某些電廠存在盲目降低投煤溫度的行為，結(jié)果導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)焦事故的發(fā)生。因此，降低投煤溫度、提高經(jīng)濟(jì)性必須綜合考慮煤質(zhì)情況，必須建立在多次試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，確保入爐煤立即著火，防止可燃物聚集引起爆燃結(jié)焦事故。按法國ALSTOM公司設(shè)計(jì)，我公司投煤為600，而我公司燃煤揮發(fā)分較高，一般在27左右，存在降低投煤溫度的可能性。為此，我們一方面在西安熱工院進(jìn)行了試燒試驗(yàn)，著火溫度為486；另一方面，多次利用啟動時機(jī)，逐步試驗(yàn)降低投煤溫度，試驗(yàn)證明，當(dāng)爐膛中部床溫高于510時，燃煤入爐后1.5分鐘內(nèi)氧量開始下降，3分鐘床溫開始上升，證明煤已著火。圖5為不同床溫投煤試驗(yàn)曲線。出于煤質(zhì)波動因素并保留一定安全裕度的考慮，我們將投煤更改為540，既提高了啟動經(jīng)濟(jì)性，又保證了啟動安全。圖5：投煤床溫變化趨勢圖2）每次啟動前取樣測定床料中可燃物含量，嚴(yán)格控制啟動床料中可燃物比例不超過1，否則必須置換床料。3）初次投煤應(yīng)采取間斷給煤方式，根據(jù)氧量、床溫變化判斷著火情況。5&