1、循环流化床锅炉保护的应用研究循环流化床锅炉保护的应用研究山西电力科学研究院 赵军文摘：本文对循环流化床原设计的 MFT、风机联锁、点火、吹扫等功能的试验应用结果进行了分析研究，并提出修正策略和原理阐述。关键词：CFBB MFT 联锁 吹扫1 简述发电厂锅炉 FSSS 的设计在热控设计中是一个很重要的环节，在燃煤锅炉中，FSSS 的基本设计主要包括了锅炉 MFT、风机联锁、点火、吹扫等功能。在循环流化床中，FSSS 的设计也不外乎这几项，但由于它的残碳效应，与常规煤粉炉比较，在结焦和灭火的安全优先权上，结焦被放在第一位。残碳的动态积蓄效应导致高温灰份的循环率对炉膛温度场的分布起直接作用，只要保证
2、最低流化风量，瞬间断煤不会造成炉膛灭火。由于循环流化床的特点与沸腾炉特别接近。所以我们在 MFT 的设计上多参照沸腾炉，锅炉常规保护中的汽水系统保护和稳定燃烧的保护作为基本项必须存在。发电厂循环流化床由于炉的运行方式独特和其设计的特点，构成这些重要的控制策略时，必须对确定对象的 CFBB 有全面的了解，锅炉 MFT 和其它一些重要的保护设计上有许多特点。目前 CFBB 还处在一个发展研究的阶段，在 MFT、锅炉大联锁、点火、吹扫等方面没有一个定型的逻辑。 。因此，我们在设计这些重要的控制策略时，必须对确定对象的 CFBB有单独的了解。本文就是持此观点。以某台 CFBB 锅炉为例，对上述内容进行
3、针对性的研究和设计应用。2 工艺过程该循环流化床为 220t/h 无外置换热器锅炉；旋风筒采用汽冷式双旋风筒；床下点火；左右墙排渣；锅炉配置两台引风机；一台一次风机；一台二次风机；两台 U 阀风机；两台冷渣流化风机。U 阀风机和冷渣流化风机采用一台备用一台运行，冷渣器采用风水双冷、三分仓式选择性冷渣器，锅炉点火采用一次风冷风，播煤风和给煤系统密封风采用二次风。冷渣器排渣口采用厂用公共压缩空气松动、L 阀排渣流化风也采用厂用公共压缩空气。锅炉汽水系统为汽包炉、母管制主汽系统，母管制给水系统，母管制除氧器，给水泵采用定速泵三炉两泵设计，三台给水泵一台备用。过热器采用三级过热，一、三级布置在烟道，二
4、级过分两屏吊装在炉膛燃烧室。排渣在 CFBB 的启动、运行到停运是较重要的一道过程。而流态化是锅炉的最大特征。CFBB 的启动在初期投油助燃与煤粉炉本质一样，对炉膛加温。以达到投煤的温度。但在设置上与煤粉炉不同，目前的设计为床下点火的形式。燃烧器在冷态时通过开启一次风助燃风通道对燃油助燃，炉膛在通风过程中启动引风机、一次风机、U 阀风机。而二次风机的使用取决于炉膛的设计。在该台锅炉上，由于二次风机完全是为燃煤配置的，所以针对二次风机的控制策略须在给煤机投运的前提下进行。在床后期升温过程中，给煤给料依序进行，为保证锅炉流化，一次风热风开始启用，循环流化床锅炉保护的应用研究因此床的最小流化风是一条
5、与给煤给料相关的不同负荷下的流化风量曲线。CFBB 的循环。当锅炉开始达到一定的参数时，炉旋风筒开始积灰，如何使得这些灰循环起来，这是该锅炉的另一个重点。当灰开始循环后，大量的灰携带能量到炉膛上部，把热量传递给各受热面。同时也把热量传递给烟道里的其它换热设备，锅炉的热效率才能充分体现出来。在锅炉升负荷时，加煤和加风不象煤粉炉那样简单，因为在升压的同时，锅炉的一个重要参数使的运行人员格外注意，这就是床温，床温是监视燃烧是否正常的一个关键参数，特别是在初始投煤。床温在 850附近时，是锅炉最佳的工作点，炉的脱硫、脱氮效果也很好，当床温大于 900时，脱硫反而很差，而床温低于 800后，床容易结焦。
6、因此，保证流化，然后才能考虑炉的经济性和环保性。在锅炉降负荷包括停炉时，还要考虑一个重要的环节排渣。在升负荷时，加入炉膛的物质，与炉的需求量是成正比的，所以，排渣的问题不突出，在降负荷时，炉内的物质总量与炉的需求正好相反，为了维持平衡，也为了炉的安全性，要同时大量排渣，但排渣的速度要比减风和减煤来的慢。我们把整个策略设计分为 MFT、锅炉联锁、锅炉点火和吹扫三个部分。3 MFT 设计MFT 的内容设计分为三部分：常规锅炉保护；CFBB 防结焦保护；锅炉辅机掉闸保护。对于锅炉常规保护，主要有汽包水位保护，炉膛正压，超温等。锅炉辅机掉闸保护：引风机、一次风机等，在 CFBB 的特殊保护中，通常设计
7、有：U 阀风机母管压力低保护、最小流化风量保护、二次风机保护、最小总风量保护、风煤比失衡保护、床温低保护。3.1 U 阀风机母管压力低保护在循环流化床中，旋风分离器是其中一个特点，旋风筒的正常运转是很重要的。旋风筒的回灰除了靠自身的重力外，另外配置了两台 U 阀风机为其提供循环压力。产生大于燃烧室密相区正压的一个压力。只有正常的循环才能保证能量的均匀发散。同时由于旋风筒的特殊结构，特别对于汽冷式旋风筒。要严防结焦。出于该点考虑，设置了“U 阀风机母管压力低保护” ，但在实际运行中，我们发现以下问题：风机出力的代表参数是风量，当旋风筒的料腿积灰增加时说明炉膛的物料增加，负荷增加，那么输送循环灰的
8、风量也应该增加，才不至于旋风筒料腿积灰上升。从另外一个角度来看，负荷增加，炉膛密相区下部正压增加，导致旋风筒返料阀压力增加，再导致 U 阀风母管压力相应增加，最终形成风机出口压力增加，造成风机出力降低。因此设置“U 阀风机母管压力低保护 ”的选点有问题。对于该结论我们有实验数据分析。风量图 1 炉膛压力与 U 阀母管压力图 2 炉膛压力与 U 阀风量循环流化床锅炉保护的应用研究在锅炉启动前，U 阀风机启动，炉膛密相区下部压力较低，U 阀风机出力很容易满足，但风压不一定能达到保护定值。因此保护不能投入。但何时投入没有一个确定的参数表现该时机。给运行人员带来困难。改进的方法是：1 选择风量为监视值
9、，取其最低流化风量做保护定值，同时允许其中断循环时间间隔为某一范围。2、选择 U 阀风机母管压力与燃烧室密相区下部压力差为监视值，当该值低于定值时，保护动作。3.2 最小流化风量保护该项保护的目的是维持物料流化的最小需求风量，其前提是在锅炉准备投煤前的风量配置。在我们的研究中发现，在未投煤前，锅炉风量只要有足够的风量满足炉内的现存物料循环即可。使得在使用油点火器时，锅炉的热能能均匀地发散到锅炉的各个受热面。因此，该阶段对风量的要求不是很严格。但在燃油过程中调风，不可避免地出现一次风量小的工况。因此，我们把该保护限制在锅炉点火后。一旦投煤，锅炉一次风量不得低于该值。这一前提条件用“任一给煤机运行
10、”来表征。3.3 二次风机保护二次风机在 CFBB 中作用要比在煤粉炉中小得多，二次风机主要保证水平向的给风穿透力，以保证流化物料的中心带有足够的氧量助燃，同时达到燃烧室乱流的目的。给煤机播煤风和密封风均取自二次风。在初始点火阶段，二次风机可以不运行。以达到节能得目的，只在准备投煤前，才启动二次风机。这一运行方式在不同的锅炉中是不同的，如果点火风取自二次风，那么启动燃烧器投入前，二次风机是要启动的。因此该保护是要针对该处锅炉特点来设计的。在本例中，我们加入了“任一给煤机运行” 的前提条件。在给煤机启动后二次风机不可停止，否则保护动作，但在给煤机全不运行的工况下，二次风机是可以随意启停的。3.4
11、 最小总风量保护锅炉的最小风量保护一般是为了保证锅炉的安全燃烧。在煤粉炉上，一旦风量不足，可能引起煤粉浓度过高，产生爆炸。在 CFBB 中，也存在该问题。但在不同的负荷下风量的最小值是不相同的。我们目前把它定义为：30%负荷下的最小风量保护。3.5 风煤比失衡保护风煤比关系是对全程最小风量保护而设置的。因此它弥补了最小风量保护的盲区。但在煤量的测量上，信号目前表征实际数值很差。在计算该值时需要注意风量的单位和煤量在初始阶段为零的情况，该两种状况下，风煤比要做特殊处理。风煤比的计算公式如下：总风量湿空气比重+其他配风量总和/总煤量 T/h3.6 床温低保护床温低保护主要是针对投煤的工况下。床温大
12、于 760时油点火器才能退出。但又要考虑燃烧的不稳定性。且如果处于投煤又投油混烧的工况，床温低保护不应该动作，鉴于该循环流化床锅炉保护的应用研究两种情况。我们设置了两个前提。一是任一给煤机运行，二是无油枪助燃。3.7 炉膛正压保护在煤粉炉中我们调风的依据只有氧量一项，而负压的恒定使的引风调节比较容易，在CFBB 上配风的环节最大的两处是一次风、二次风，二次风可以依据氧量调节，而一次风需根据负荷与一次流化风量的关系调整。它与床差压的关系应该是直接，与瞬时给煤量有正比关系。在锅炉燃烧达到某一平衡点时，燃烧室出口压力应该是一个与负荷对应的压力值，当然，前提是零压点必须调整在零点附近。这样可以保证炉膛
13、正压运行在一个安全的区域。该处 CFBB 出现几次正压保护动作，其现象一是一台给煤机掉闸，锅炉正压超过定值，这说明正压定值偏低，现象二是锅炉爆燃造成正压动作，大量的灰进入烟道造成堵塞爆管。根据这两现象，我们可以认识到在 CFBB 中锅炉正压保护的重要性。该炉通常运行在大正压下，因此烟道阻力或者说循环倍率的控制是靠送引风相互进行的，必须保证零压点的引风控制。这样避免把整个烟气通道的阻力大部分加给送风类风机，当引风机动作后，或者燃烧室爆燃后，造成正压突升，给锅炉造成危害。根据上述两种情况，我们在制定炉膛压力保护的时候，既要消除一台给煤机掉闸或断煤带来的压力突升引起的保护动作，也要降低定值防止正压危
14、害。4 锅炉联锁设计由于 CFBB 的辅机设备数量比常规锅炉多，且作用多样化，所以在锅炉联锁设计上。也有所不同。锅炉联锁的作用主要有两部分：平衡通风原则被破坏。物料循环流化被破坏。与常规煤粉炉相比，引风机一样重要。引风机作为风机联锁的首。它会引起一连串的反映，这在 CFBB 中更为复杂。在任何锅炉中当“平衡通风”原则被破坏时。锅炉必须切断进入炉膛的所有物料。在风机系统中首当其冲的是引风机。在 CFBB 中，马上要跳掉各类送风机。但有一个顺序。全部引风机跳闸后，锅炉燃烧被破坏。需要马上中断锅炉燃烧室内的给风，也即一次二次风量，避免旋风筒继续集灰。90 秒后循环中断，连跳 U 阀风机。如果只是一次
15、风机掉闸。流化被破坏。也要中断燃烧。同样要停掉二次风机，以防止残碳在布风板上燃烧结焦。如果是二次风机掉闸，只是恶化燃烧工况，因此在连动 MFT 后。锅炉仍可维持流化和全部引风机掉闸延迟 90 秒 一次风机跳闸U 阀风机掉闸 二次风机跳闸冷渣风机跳闸图 3 锅炉风机大联锁流程图循环流化床锅炉保护的应用研究循环。不对锅炉造成太大的危害，只是对热负荷影响较大。锅炉可以利用其热惯性继续运行，必要时投油助燃。利用这一段时间查明原因可以快速启动锅炉，恢复原来的工况。对于冷渣风机参与锅炉风机大联锁。目前设计是二次风机跳闸连跳冷渣风机。该 CFBB设置的冷渣风机是专门对应该处的特殊冷渣器，在采用其它冷渣器的
16、CFBB 上是没有这一设备的。在实际运行中冷渣器的运行比较独立。且冷渣后的风量（最大 1.4 万 Nm3/h）虽然通入燃烧室上部，但不足以造成危害。如果存在前面的流化和循环中断的情况，连跳冷渣风机是可以理解的。但在锅炉循环和流化不被破坏时，排渣仍必须进行，以防止渣在冷渣器内结焦。因此我们认为冷渣风机无需参与锅炉大联锁。5 锅炉点火和吹扫三个部分设计该 CFBB 采用床下点火，称做启动燃烧器，分为甲乙两侧，每组燃烧器各包括以下单个设备：高能打火器推进器、打火器、燃油电磁阀、蒸汽吹扫阀。油枪固定在风室中，运行过程中靠两侧的侧向一次风冷风冷却。助燃风也取自一次风冷风。油枪各配置了一个火检装置。由于采
17、用一侧布置，火检不存在偷窥现象。且煤的燃烧在水冷布风板的上部。火检的监视参数比较纯净，火检效果很好。由于 CFBB 燃煤属于细小颗粒煤，在锅炉 MFT 动作后，燃烧室存在两种工况，一是锅炉循环流化继续进行。二是所有进风全部中断，物料降落在布风板上。那么吹扫风的进入有两种途径，一是布风板上部的二次风途径，二是水冷风室的一次风途径。两种吹扫的前提必须是 MFT 动作后的第二种情况。而在锅炉热态下，用一次风吹扫，必然引起物料沸腾继续燃烧，但一次风量不足的情况下吹扫，会使残碳不沸腾继续燃烧，其结果会导致使布风板结焦。采用二次风吹扫，与再次配风启动大床流化的过程相同，也不是必须的。因此，吹扫只在冷态启动前可以使用，但也不是必须的，鉴于该特点。我们保留了锅炉吹扫控制策略，对于 CFBB 的锅炉吹扫留待以后研究改进。6 结论通过对该台 CFBB 的研究，我们总结出一个结论，CFBB 的保护设计必须因炉而异。切不可教条化。二是防结焦更重要。对于 CFBB 的其他功能，需要仔细研究，给出结论，才可应用到实际中，不可照搬煤粉炉的设计。
