300MW循环流化床锅炉机组运行优化及节能改造

300MW循环流化床锅炉机组运行
优化及节能改造
张聪钱自雄
(云南大唐红河发电有限责任公司云南开远 661600)
Running optimization and energy saving modification
of 300MW CFB boiler
ZHANG Cong QIAN Zi-xiong
(Yunnan Datang Honghe Power Generation Co.,LTD,Yunnan Kaiyuan 661600，China)
摘 要：阐述了红河电厂2×300MW CFB锅炉机组运行两年来取得的成绩，分别从运行优化和节能改造两方面，采取了切实可行的节能措施，解决了锅炉发电能耗偏高的技术难题，从而为CFB锅炉的大型化和超常规发展赢得更加广阔的
市场与空间。

关键词：300MW 循环流化床 运行优化 节能改造
Abstract:It demonstrates the achievement of 2×300MW CFB boilers of Honghe power plant for more than two years,from the two respects of running optimization and energy saving modification respectively,adopts some feasible measures of energy conservation,solves the technique problem of higher energy consumption of power generation, provides technic support for the development of larger CFB boiler and obtains greater power market
Keywords:300MWCFBboiler,optimization of running, modification of energy saving
0 前言
云南大唐国际红河发电公司2×300MW CFB是国家计委明确的四川白马电厂引进、消化、吸收后的国产化第一个后续项目，一期工程是国家“西电东送”的战略部署和《云南电力发展“十五”计划和2015年远景规划》中首先实施的火电建设项目之一。

作为国内首台国产化30万千瓦循环流化床锅炉项目，它的投产发电对国家调整电力建设结构，减少燃煤对环境的污染，创立我国拥有自主知识产权的洁净煤发电技术，提高能源利用效率，促进我国装备制造业及清洁能源的快速发展具有重要作用。

对促进西南少数民族地区的经济发展，满足“十一五”期间广东和云南用电增长的需要，实现云南电网的水火调剂具有重要意义。

1 运行情况简介
该工程于2004年6月28日工程正式开工，到2006年8月28日二号机组顺利通过168小时满负荷试运实现双投,共计历时两年零两个月。

一号机组作为国产化首台300MW循环流化床锅炉机组，于2006年5月11日实现首次并网发电，于2006年6月3日顺利通过168小时满负荷试运行，平均负荷率98.08％，从首次并网到168小时试运结束历时23天，投产当年即实现连续安全运行82天，投产第二年2007年10月22日17：01小修结束，并网恢复运行至2008年8月9日14：12因受热面泄漏停机，期间连续运行293天；二号机组于2006年8月8日首次并网发电，于2006年8月27日顺利通过168小时满负荷
试运行，平均负荷率96.3％，从首次并网到168小时试运结束历时19天，2007年当年连续安全运行141天，从2007年8月28日7：22#2发电机并网运行至2008年3月13日21：46水冷壁爆管停运，期间连续运行198天。

2 投产以后存在的主要问题
作为第一个国产化300MW循环流化床锅炉电站存在技术不够成熟、经验不足、能耗指标偏高等实际困难。

主要表现在床压维持不住、频繁发生翻床、受热面经常泄漏、非金属膨胀节损坏、给煤线堵煤、冷渣器出力不足、供电煤耗和厂用电率指标偏高等。

针对以上问题，公司领导带头组织专业技术人员克服技术和经验等各方面的困难，制定了短、中、长期目标，进行了大量的运行优化与技术改造。

3 运行优化措施
3.1 调整入炉煤粒径，稳定锅炉床压
在机组投产之初，由于设计入炉粒径较小（≤8mm），褐煤爆裂性较强，在入炉煤收到基灰分小于8%的情况下维持不住正常的锅炉床压，极大地影响着机组安全、稳定和满负荷运行，每天要向炉膛添加约50吨的床料，采用人工添加，劳动量相当大。

通过研究褐煤煤质的特性和大胆尝试，取消二级碎煤机，增大入炉煤粒径（30-40mm），延长了物料在炉内循环时间，即稳定了物料循环，又稳定了锅炉床压。

3.2 总结翻床原因，制定防范措施
3.2.1 摸索主流化风门特性，将一次风门开度控制在40%-50%之间，提高了主流化风门的调节性能；
翻床是双布风板流化床锅炉一个比较容易发生的燃烧事故，其现象就是一侧布风板上的物料在短时间内部分或全部翻到另一侧布风板，致使物料多的一侧塌床不能流化。

引起翻床的主要原因有床压过高炉内物料流化减弱、单侧给煤线跳闸、风量测量装置故障、水冷壁或外置床内受热面泄漏、主流化风门故障和操作人员调整不当等。

根据翻床程度、床压高低和操作人员的水平，处理翻床一般在半小时到三个小时之间，负荷需要从300MW降到200MW 甚至更低，严重影响机组的安全与稳定运行，如果床压过高无法吹平则需要停炉处理。

机组投运初期，曾出现过多次翻床情况，经过不断的总结，翻床次数由2006年的8次/年减少到2008年的3次/年，主要采取了以下几项措施：
3.2.2 将锅炉正常运行床压下调2kPa，降低床层阻力，提高一次风刚性；
3.2.3 通过技术培训提高运行人员水平，下发《防止锅炉翻床技术措施》规范运行操作，使运行人员熟练掌握处理翻床的方法；
3.2.4 加强设备维护，保证设备完好，定期校对风量、风门开度和各温度测点，保证参与调节各参数的准确性。

3.3 流化风机运行方式由4运1备改为3运2备
为了延长高压流化风机使用寿命、降低厂用电率、提高设备的可靠性，通过合理调整回料阀与外置床流化风量，将流化风机运行方式由设计的4运1备改为3运2备。

流化风压由设计的52kPa降低到45kPa，外置床二、三室流化风量较设计值下调1-2kNm3/h，优化后每小时可节电500kWh，另外还减少了风机维护费用和降低了外置床磨损。

3.4 采用高中压缸联合启动方式，保证锅炉安全启动
红河电厂汽机为哈汽引进西屋技术生产的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸、双排汽、反动凝汽式汽轮机，由于该型号汽轮机采
用高压缸启动方式，需要在启动前先关闭高旁，使再热器压力降至0.15MPa，然后进行汽轮机冲转。

但是循环流化床锅炉高温再热器布置于外置床中，床内有大量的高温床料，在高压缸启动方式下，再热器处于干烧状态，为防止再热器的干烧，经过专题研究，决定采用高中压缸联合启动，通过汽轮机启动方式的改变，解决了锅炉和汽轮机在启动过程的不匹配问题，提高了启动速度，有效的解决了再热器的干烧问题。

3.5投煤温度由550℃降至350℃，缩短启动时间，减少了启动用油
红河电厂300MW CFB锅炉原设计床温达到550℃，炉膛可投煤燃烧，750℃停止油枪运行。

在实际运行中，针对燃烧当地小龙潭褐煤挥发份高52.70％，着火点低的特点，通过大胆尝试，反复试验，当中部平均床温度达到350℃，就开始脉冲投煤，炉膛平均床温600℃停止油枪运行，通过以上优化，缩短启动时间约2小时，冷态启动耗油由40吨/次降低到目前的18吨/次以下。

3.6掺烧劣质煤，降低燃料成本
燃料消耗是火电厂成本中最大的一块。

经过核算，兼顾掺烧带来的负面影响，得出在设计小龙潭煤的基础上掺烧较便宜的新哨煤可降低燃料成本。

具体的掺烧步骤要循序渐进，通过试烧，按10%的比例逐渐加大，记录掺烧过程中锅炉各参数的变化得出最大掺烧量，确定科学的掺烧比例，编制掺烧的注意事项，提供燃烧调整技术措施和事故处理预案。

最后确定小龙潭掺烧弥勒新哨煤的比例上限是50%，具
体掺烧比例根据存煤与机组运行情况确定。

3.7 在机组低负荷运行方式下，停运一台二次风机和一台循环水泵
根据云南电网夜间低负荷的时间较长的特点, 结合计划负荷曲线加强与调度的沟通，确定单机负荷在夜间低谷时段超过三小时的时候,要合理安排两台机组的出力，当低于规定负荷时停运一台循环水泵和二次风机。

执行以上措施每小时可节电2400kWh。

3.8 停炉不停机的锅炉压火
利用循环流化床锅炉的蓄热能力特别大的特点，可以对锅炉压火进行停炉消缺。

具体操作就是停运所有的给煤机、石灰石系统及风机系统，关闭所有风烟系统挡板，利用锅炉的蓄热维持汽轮发电机组在低于2MW的低负荷下运行。

一般情况下的锅炉压火操作最长可维持10小时左右，这样即可以做到停炉不停机消缺，而且最大程度的避免了机组的非停。

3.9 针对褐煤特点锅炉实施低氧燃烧
利用循环流化床锅炉循环燃烧和褐煤燃尽率高的特点，将锅炉设计氧量下调2个百分点，减少了送风量与烟气量，从而降低了二次风机与引风机电耗。

聘请云南电科院协助进行锅炉低氧燃烧试验，通过试验可以看出，省煤器出口氧量从3%最终降到1%时，飞灰可燃物从0.45%降到0.16%，炉渣可燃物从0.63%升到0.66%，一氧化碳测量都为0%，锅炉效率从92.41%升高到92.52%。

从以上数据可以看出，降低锅炉氧量对锅炉的飞灰与大渣可燃物影响不大，由于排烟量减少，锅炉效率还有小幅度提高。

省煤器出口氧量从3%降到1%时二次风机与引风机电耗均有较大幅度降低，不同负荷与不同煤质的的情况下数据见下表1：
表1 氧量调整前后对比表
负荷 原煤耗 两个风机耗电率（3%氧量） 两个风机耗电率（1%氧量） 降低（%） 85% 850 3.18 2.71 0.47 80% 750 3.46 2.85 0.61 70% 760 3.82 3 0.82
3.10分析总结磨损规律，有效预防四管泄漏
循环流化床锅炉受热面磨损严重是影响锅炉安全和长周期运行的一重大问题，在机组停备过程中，发现磨损部位主要集中在炉膛两侧墙水冷壁与延伸墙的结合部位，高度在耐磨耐火浇注料上方1.5米的区域内。

磨损的主要原因是密相区上沿凸台和延伸墙下水平段耐磨耐火材料脱落，还有二次风量调整不当，风量太大，风速过高，造成该区域床料的涡流等原因，对此修改了二次风量调节标准，对炉膛16.6米耐磨耐火浇筑
料凸台进行了严格的整改。

通过以上措施，有效地降低了锅炉四管泄漏的发生。

4 节能技改实施
针对循环流化床机组能耗偏高特征，对锅炉目前设备运行状况长期跟踪，不断采取节能技改措施，实现能耗指标不断降低。

具体工作如下：4.1 一次风机节能改造
一次风机在机组满负荷时运行工况仍处于较低效率区域，通过对同类型机组参数对比，2008年8月对一次风机进行整体转子更换，改造后参数对比节能效果明显见表2。

表2 一次风机改造前后对比表
一次风机
300MW负荷辅机参数（改造之前）
风机编号 入口挡板开度(%) 电流(A) 风压(Kpa) 风量(KNm3/h)平均床压(Kpa) 1号 66% 276.9
2号 56% 276.4
24.7 271.79 8.0
300MW负荷辅机参数（改造之后）
风机编号 入口挡板开度(%) 电流(A) 风压(Kpa) 风量KNm3/h)平均床压(Kpa) 1号 45% 239
2号 36% 242
20 255 8.2
4.2采用国产滚筒式冷渣器替代原来的风水联合冷渣器，降低了厂用电率，提高了可靠性和可用率
原设计风水联合冷渣器存在冷却能力不够、冷渣器进渣管及选择空仓结焦、大渣排放困难、冷渣器回炉膛回灰管膨胀节磨损严重、运行调整困难等问题。

改造为滚筒冷渣器后运行平稳可靠，能够满足连续、间断排渣的需要，避免了床压高外置床排灰的现象；渣量可以调整的范围大，有利于稳定锅炉床压在最佳范围，可以保持锅炉燃烧层高度，促进燃烧，降低底灰含碳量，为锅炉连续稳定、安全、经济运行提供了有力的保证。

进渣管上没有风进入，避免了在进渣管上结焦的可能；同时由于筒体内空间大，大渣、焦块及脱落的耐火浇注料均能顺利排出。

筒体转动时，炉渣在环向螺旋片的导向作用下呈自由状态向前滚动，无强挤压力，故磨损轻；采用抛洒热渣进行换热，保持了渣的活性，有利于灰渣利用。

控制简单方便，便于与DCS接口，有利于实现远程控制。

系统配置简单，易损件少，除进出水旋转接头密封需要定期紧固检修外，检修维护工作量少。

通过吸风管使筒体内部形成负压，避免了扬尘，为现场文明生产提供有力条件。

由于双层密封套筒之间设有多层螺旋导水板，既稳固了筒体提高了筒体的耐压强度又加强了换热。

冷渣器成功改造，主要是解决了锅炉床压问题，减少了两床失稳翻床事件的发生，避免了外置床排灰造成的灰渣热损失，提高了机组稳定性与经济性。

4.3回料器水平拱形段由砌砖改为耐火耐磨材料浇注，提高运行的可靠性
红河电厂2×300MW CFB锅炉回料阀拱形水平段原设计施工工艺采用的是耐磨耐火砖。

由于回料器内空间小，这种施工工艺又较复杂，砌砖质量很难控制，四个回料阀拱形水平段耐磨耐火砖曾出现不同程度的脱落，造成锅炉压火，直接威胁着机组的安全稳定运行。

经分析主要是因为该处气流波动大，耐磨耐火砖出现脱落。

根据调研和分析，利用停备时间对四个回料阀拱形水平段进行改造，采用耐磨浇注料代替耐磨耐火砖的施工工艺。

通过一年来两台机组运转情况，此处再没有发生耐磨耐火材料脱落的情况。

4.4回料腿非金属膨胀节改造
单台锅炉回料腿设置4个高温非金属膨胀节，自2006年6月投产以来，回料腿非金属膨胀节经常出现异常，多次发生非金属膨胀节表面超温、烧坏、泄漏等不安全事件，造成锅炉多次压火、停运，影响机组负荷。

为有效地解决非金属膨胀节经常烧坏的的问题，我们对非金属膨胀节进行了重新设计与改造，对膨胀处的密封结构做了重新调整，增加了保温材料，采用了新型膨胀材料，改造后非金属膨胀节表面温度可有效降低至70度以下，从运行5个月以来未发生过非金属膨胀节表面超温现象，改造取得了良好的效果。

高温非金属膨胀节的成功改造可为国内大型循环流化床锅炉机组高温非金属膨胀节的改造提供有益的借鉴。

能为循环流化床机组的发电企业带来一定的经济效益。

根据回料管的运动特性，结合现有膨胀节结构特点，设计出双保温结构。

高温烟气阻挡在由挡板和内保温棉垫组成的腔室内,腔室内充满耐高温保温棉。

随锅炉载荷提高，腔室内的顶部保温棉因受压变得更密实，对烟气密封效果更好；腔室内的浮动导流板，随锅炉载荷变化，膨胀节活动端沿烟气下移及往锅炉中心水平位移时，跟随移动，将烟气密封在腔室内，达到保温效果。

内框架贴浮动导流板的保温棉用粗不锈钢丝网包紧，加强保温棉的耐磨，保护蒙皮。

在蒙皮最里层加装蒙皮棉一圈，再次挡烟气，保护蒙皮。

采取以上设计措施，在管道耐高温浇注料无损情况下改造后的非金属膨胀节的外蒙皮的使用寿命可达到2年以上，其金属部分的使用寿命大于5年。

增加了非金属膨胀节金属法兰的深度，使膨胀节的保温效果大大增强。

增设了活动挡板及内蒙皮，有效地减少了管道两边滑块的间隙，从而大大降低了高温烟气对保温层的热冲击以及对保温棉的冲刷淘空。

设置隔热蒙皮棉，是对保温棉以及保温效果的三重保护，可以在锅炉在床压过高时有
效保护外蒙皮的损坏。

外蒙皮具有一定的耐高温、耐高压、防水、耐腐蚀、耐疲劳、耐老化等特性，有效防止外蒙皮的断裂。

外蒙皮两侧采用预先错位80mm，以利于提高外蒙皮的高疲劳强度。

通过以上技术改造可使非金属膨胀节最长使用达到5年以上。

4.5刮板给煤机改造
红河电厂2×300MW循环流化床锅炉共设有八台刮板给煤机，自投产以来，刮板给煤机经常出现漂链、堵煤现象。

根据我公司锅炉结构特点要求刮板给煤机具有：一、很长距离的输送能力及较小的磨损；二、较大的输送能力以及良好的密封效果。

改造过程中考虑影响给煤机出力及稳定运行的因素：一、改变其结构设计，尤其是刮板链条结构；二、加宽刮板给煤机箱体宽度；三、合理的刮板给煤机链条运行速度。

给煤机改造中充分考虑了输送机械设计原理，对刮板给煤机的结构及参数作了改进。

将模锻结构刮板链条应用在大型循环流化床锅炉刮板给煤机上。

为此将刮板给煤机更换为模锻链结构刮板给煤机，给煤机最大出力提高至150t.h－1，箱体有效宽度800mm，链条速度0-0.22m/s，刮板间距缩小为200 mm，矩形刮板和防漂刮板交替布置保证刮板给煤机不出现漂链现象。

改造前的刮板给煤机经常堵煤，从改造后的效果来看，改造后的刮板给煤机在机组运运行后5个月左右的时间内未发生过堵煤、漂链现象，从根本上解决了堵煤、漂链问题，取得了良好的效果，同时提高了锅炉对煤种的适应性，缓解了单一煤源对电厂经营制约。

4.6 炉膛密相区水冷壁管喷涂
炉膛密相区水冷壁管磨损较为突出，尤其是四角及延伸墙与水冷壁交接处管排磨损更为突出，通过对凸台上方900mm以内水冷壁及延伸墙管排进行超音速电弧喷涂，由于超音速电弧喷涂的基本原理是燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经过特制拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小均匀的粒子，喷向工件表面形成机械锚固的紧密结合涂层，喷涂后的管排在停炉后检查发现，磨损趋势得到有效控制，延长了锅炉稳定运行周期。

4.7 外置床中温过热器Ⅱ吊挂管优化改造
外置床中温过热器Ⅱ吊挂管U型弯头与两侧管排机械磨碰，导致管排磨损严重，在小修过程中检查发现几乎全部管排都存在磨碰，通过加装防护瓦运行6个月后检查发现，仍有管排磨损量增加，通过加装防护瓦未从根本上解决磨碰的问题。

2008年机组小修对外置床中温过热器Ⅱ吊挂管U型弯头进行改造，改造方案是将U型弯改成直角弯，并进行防护瓦加固，从根本上杜绝了该区域管排的磨碰问题，提高了外置床受热面安全可靠性，为机组长周期提高了必要的保证。

4.8 回料腿及分离器靶区耐火砖改造
由于国内耐火砖制造及施工工艺未能达到设计要求，回料腿及分离器靶区耐火砖运行一年以后，发现大量耐火砖脱落，导致外部超温严重，威胁机组安全运行
2008年机组小修，对回料腿及分离器靶区耐火砖进行整体更换，采用耐磨耐火可塑料替代耐火砖，好处在于可塑料的无缝施工，避免了施工缝隙部位漏料导致外部超温。

改造后近一年未发生该区域超温，基本杜绝了因耐火砖脱落导致压火影响机组出力事件。

5 运行优化与节能改造后的效果
通过两年多的摸索和实践，采取了上述的运行优化与节能改造，基本解决了我公司2×300MW CFB锅炉能耗偏高的技术难题，连续运行周期、供电煤耗与厂用电率等主要指标都达到了国内先进水平，供电煤耗由2006年的363.13g/kwh下降到目前（2009年1-4月份）的340.6g/kwh。

发电厂用电率由2006年的8.68%下降到目前（2009年1-4月份）的7.62%。

以下分别为我厂投产至今供电煤耗和发电厂用电率变化区线如图1与图2：
图1 红河电厂投产后各年度供电煤耗变化
204060801002006年
2007年
2008年
2009年1-4月份
335
340345350355360365
图2 红河电厂投产后各年度发电厂用电率变化
204060801002006年
2007年
2008年
2009年1-4月份
7.5
88.5
9
6 结束语
事实证明，大型循环流化床锅炉机组通过适当的运行优化与节能改造，可靠性与经济型能够有大幅度提高。

我们有理由相信，只要我们不断的努力， CFB 锅炉的大型化和超常规发展必将赢得更加广阔的市场与空间。

作者简介：
张 聪 1978.11 男 本科 内蒙古 运行管理 钱自雄 1977.8 男 本科 云南 检修管理。