CN109442371B - 一种超临界直流cfb锅炉超低质量流速控制启动方法 - Google Patents

Abstract

一种超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法，目的是保证锅炉启动过程中在保证水动力安全的情况下，快速安全经济地启动锅炉；本发明在锅炉水冷壁受热环境最恶劣的锅炉布风板下部水冷壁管子上加设若干个壁温测点，采用E型热电偶作为测温元件焊接在水冷风室外距离内部管子最近的水冷壁管的外侧管壁上；通过温度补偿导线连接至电脑进行温度实时监测；通过监视通过监视锅炉水冷壁出口壁温及新装水冷壁壁温测量参数逐步调整锅炉给水流量；记录锅炉床温在140℃、200℃、300℃等工况下对应临界给水流量；随着锅炉床温上升，增加给水流量以保证锅炉水冷壁的冷却；待锅炉床温达到850℃以后，进入正常控制范围，给水流量的调整根据锅炉负荷来进行。

Description

一种超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法

技术领域

本发明涉及一种CFB锅炉超低质量流速控制的启动方法，适用于超临界CFB锅炉机组，属于火力燃煤发电机组领域。

背景技术

在我国现役火电机组中,配备有循环流化床锅炉的发电机组已经占有将近20%的份额,装机容量接近2亿KWh，该技术适用于超临界直流循环流化床锅炉,对循环流化床锅炉节能高效启动有着非常重要的推广意义。直流锅炉的结构特点主要表现在蒸发受热面和汽水系统两方面上，一次上升型垂直管屏是比较常用的超临界直流CFB锅炉水冷壁，属于UP型直流锅炉，采用一次上升，各管间壁温差较小，适合采用膜式水冷壁；每个管带入口设有调节阀，选取合适的质量流速，可有效减少热偏差；一次垂直上升型管屏还具有管系简单、流程短、汽水阻力小、可采用全悬吊结构、安装方便的优点。启动系统是没有设置炉水循环泵的简单内置启动系统，在锅炉启动过程中既不能像汽包锅炉那样产生自然循环补偿来保证水冷壁安全，也不能靠炉水循环泵强制循环水冷壁内的工质来保证安全。极其容易产生锅炉水冷壁水动力波动的问题，导致锅炉受热面产生热偏差，甚至产生传热恶化。350MW超临界直流循环流化床锅炉属于近年来新型锅炉，有别于传统的300MW汽包循环流化床锅炉，主要表现在：由于启动给水流量太大，化学的补给水系统无法长时间供给锅炉启动用水，锅炉启动过程中有可能面临着断水的风险；还由于锅炉床温和汽水参数上升缓慢，导致锅炉启动时间无限期延长，甚至中断。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可保证锅炉启动过程中水动力安全的超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法。本发明方法可以解决没有配置炉水循环泵的超临界直流CFB锅炉冷态清洗和热态清洗用水量大和自身水处理制水能力不足的矛盾以及没有配置炉水循环泵的超临界直流CFB锅炉由于给水流量控制不当，启动时间长、参数增长缓慢，甚至无法达到额定启动参数等问题。

循环流化床锅炉风室底部由前墙水冷壁管拉稀形成，由水冷壁管加扁钢组成的膜式壁结构，加上两侧墙水冷壁及水冷布风板构成了水冷风室。启动中高温燃气从两侧墙进入燃烧室底部的水冷风室，平时一次热风从两侧墙进入燃烧室底部的水冷风室。水冷风室内壁设置耐磨可塑料和耐磨浇注料，以满足锅炉启动时的高温烟气冲刷的需要。水冷布风板把水冷风室和燃烧室相连，水冷布风板上部敷设耐磨可塑料，四周还有耐磨浇注料砌筑的台阶。水冷布风板下部未敷设耐磨材料为光管，布风板由内螺纹管加扁钢焊接而成，扁钢上设置柱状风帽，其作用是均匀流化床料。

本发明方法是：

（1）加装锅炉水冷壁壁温监视测点；在锅炉水冷壁受热环境最恶劣的锅炉布风板下部水冷壁管子上加设若干个壁温测点，以更好地监视水冷壁运行工况；将锅炉前墙水冷壁按照宽度等分为若干个区域，分别在每个区域取中线，每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；一般的，将锅炉前墙水冷壁按照宽度等分为六个区域即可；将锅炉的左、右侧水冷壁沿宽度等分为两个区域，每个区域取中线，每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；一般的，一共加装10个热电偶壁温测点，既便于施工又能确保壁温测点的准确性。

（2）采用E型热电偶作为测温元件，将E型热电偶焊接在水冷风室外距离内部管子最近的水冷壁管的外侧管壁上，并用保温材料将其包覆，以保证测点准确的反应管壁温度；在锅炉前墙水冷壁上，将E型热电偶直接焊接每个区域中线的水冷壁管子外侧上，热电偶安装高度为距锅炉布风板以上600-650mm标高，共6个壁温测点；在锅炉左、右侧水冷壁上，将E型热电偶直接焊接每个区域中线的水冷壁管子外侧上，E型热电偶安装高度为距锅炉布风板以下600-650mm标高，共4个壁温测点。

通过研究分析发现，想要降低锅炉的质量流速，需要先保证锅炉水冷壁的受热安全，在安全的前提下才能开展技术工作。所以，点火初期的热负荷到底有多少，这个无法测量，但是锅炉的水冷壁管壁温度是可以测量的，可以通过监视锅炉水冷壁出口管壁温来判定锅炉此时的水动力工况是否合理。但是仅有水冷壁出口壁温还是无法完全保证水冷壁的安全，所以在水冷壁受热环境最恶劣的再加装若干个壁温测点，水冷风室受热面中只有布风板下部管子裸漏在外直接与高温烟气接触，其他受热面均敷设有耐火材料，并且布风板管处的水动力特性与其他地方差异性大，容易发生汽滞过热现象。所以壁温监视测点加装在布风板下部管子处。

用于测量布风板下部管子的测温元件为由于E型热电偶壁温测点受环境影响很大，加装在水冷风室内部在启动中只能检测燃烧室燃气温度，而不能正常反应管壁温度，所以需要将测温元件焊接在水冷风室外距离内部管子最近的水冷壁管的外侧管壁上，并用保温材料将其包覆。

（3）E型热电偶把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度，通过温度补偿导线连接至电脑进行温度实时监测。

锅炉启动前，要保证锅炉床温、给水流量计等表计的准确性，测量误差符合标准要求。锅炉冷态清洗合格后，将锅炉水冷壁上满水，储水罐水位合格，即可进行锅炉点火操作。锅炉点火条件具备，准备点火前，启动给水泵，维持给水流量60t/h。通过给水泵来给锅炉供应合格的给水，锅炉给水流量的控制通过控制给水泵的转速来实现。

（4）锅炉点火启动后，通过监视锅炉水冷壁出口壁温及新装水冷壁壁温测量参数，根据参数变化趋势和参数之间的偏差，得出该工况下控制的临界给水流量，随着锅炉床温的上升及锅炉工况的不断变化，依此得出给水流量和锅炉热负荷的对应关系（参见表1），绘制出启动床温与给水流量对应曲线图，依次逐步调整锅炉给水流量。锅炉点火后，燃烧平稳均匀是此试验的前提和基础。

表1 锅炉启动中床温、给水流量、质量流速对应表

床温℃	140	200	300	400	500	600	700	800
									给水流量t/h	70	85	100	110	150	180	270	355
质量流速Kg/(m<sup>2</sup>*s)	40	48	56	62	84.5	101	152	200

（5）点火成功后，将锅炉床温稳定在140℃，将给水流量调整至355t/h，观察新装水冷壁测点和原有的水冷壁出口管壁温测点没有偏差，则可以逐步降低给水流量，此时观察锅炉水冷壁壁温变化情况，同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，此时的给水流量即认为是该工况下的临界给水流量，记录此时的给水流量和对应床温。

（6）将锅炉床温升高至200℃，调整给水流量，同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，记录此时的给水流量和对应床温。

用同样方法，记录锅炉床温300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃等工况下的对应临界给水流量。

（7）监视新装10个水冷壁壁温测点在规定范围内，测点之间偏差最高不能超过80℃，且不能超过水冷壁金属材质的许用极限温度，否则立即停止，防止锅炉受热不均，产生热应力变形，甚至设备损坏。

如果发现所监视的水冷壁壁温差偏大，可以通过适当加大给水流量和调整锅炉燃烧来缩小壁温偏差。

（8）锅炉点火以后，锅炉持续受热，随着时间的推移，锅炉床温和各处烟温稳步上升。锅炉的汽水参数也逐步升高。为了维持锅炉的水动力稳定，必须通过提高给水泵转速来增加给水流量，保证锅炉水冷壁足够的冷却。

此处给水流量的控制原则怎么把握至关重要，给水流量太少，锅炉受热面得不到足够的冷却，安全问题突出，给水流量太多，锅炉被携带走的热量太多，汽水参数增长缓慢，启动时间无限期延长，还有可能由于水处理制水能力有限面临锅炉无补给水的问题。

经过多次启动试验，逐步得出一个最佳的锅炉启动过程中对应给水流量控制值（曲线），即锅炉床温与给水流量对应曲线图，随着锅炉床温的增加，逐步控制对应的给水流量。既可以满足锅炉安全需要，又可以保证锅炉快速启动。

（9）待锅炉床温达到850℃以后，锅炉床温进入了正常控制范围，床温参数不会再有很大的变动，此时锅炉已经有了初步的蒸汽流量和一定的电负荷，给水流量的调整根据锅炉负荷来进行。但是，仍然要严密监视水冷壁壁温测点的变化，如果发现异常，要控制锅炉启动速度放缓，加大锅炉给水质量流速。

本发明通过加强锅炉水冷壁壁温监视和优化锅炉启动中工质的质量流速控制，彻底地解决了没有配置炉水循环泵（BCP）超临界直流CFB锅炉的启动用水过多、时间过长的技术难题，保证了该类型锅炉安全经济高效的启动。针对没有配置炉水循环泵的超临界直流CFB锅炉，通过加装水冷壁薄弱部位壁温测点，监测壁温变化，保证锅炉启动过程中水动力安全。解决了没有配置炉水循环泵的超临界直流CFB锅炉冷态清洗和热态清洗用水量大和自身水处理制水能力不足的矛盾。解决了没有配置炉水循环泵的超临界直流CFB锅炉由于给水流量控制不当启动时间长参数增长缓慢甚至无法达到额定启动参数的问题。

附图说明

图1为启动床温与给水流量对应曲线图。

具体实施方式

2017年，在山西阳泉河坡发电有限责任公司，在东锅产1184t/h超临界直流CFB锅炉上，按照本发明方法进行控制：

（1）在锅炉水冷壁受热环境最恶劣的锅炉布风板下部水冷壁管子上加设若干个壁温测点，将锅炉前墙水冷壁按照宽度等分为6个区域，分别在位于每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；将锅炉的左、右侧水冷壁沿宽度等分为两个区域，每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；

（2）在锅炉前墙水冷壁上，将E型热电偶直接焊接每个区域中线的水冷壁管子外侧上，热电偶安装高度为距锅炉布风板以上600-650mm标高；在锅炉左、右侧水冷壁上，将E型热电偶直接焊接在每个区域中线的水冷壁管子外侧上，E型热电偶安装高度为距锅炉布风板以下600-650mm标高；加装测点增加对水冷壁薄弱部位的监测，对锅炉整体燃烧和受热面换热安全情况有了一定的监视和把控能力。

（3）E型热电偶把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度，通过温度补偿导线连接至电脑进行温度实时监测；

（4）锅炉点火启动后，通过监视锅炉水冷壁出口壁温及新装水冷壁壁温测量参数以及参数变化趋势和参数之间的偏差，逐步调整锅炉给水流量；根据锅炉启动中水冷壁受热面参数的监视，对启动过程中的工质质量流速进行了优化，在启动过程中建立了一个比较节水又安全的给水流量启动控制曲线，从而使得该类型锅炉在启动过程中，大大缩短启动时间，节约大量启动用水和启动燃料成本。

（5）点火成功后，将锅炉床温稳定在140℃，将给水流量调整至355t/h，观察新装水冷壁测点和原有的水冷壁出口管壁温测点有没有偏差，如没有则可以逐步降低给水流量，如同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，此时的给水流量即认为是该工况下的临界给水流量，记录此时的给水流量和对应床温；

（6）将锅炉床温升高至200℃，调整给水流量，如同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，记录此时的给水流量和对应床温；继续用同样方法，记录锅炉床温300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃等工况下的对应临界给水流量；

（7）监视新装的水冷壁壁温测点之间偏差应不超过80℃，且不能超过水冷壁金属材质的许用极限温度，否则立即停止，防止锅炉受热不均，产生热应力变形，甚至设备损坏；

（8）锅炉持续受热，随着时间的推移，锅炉床温和各处烟温稳步上升；锅炉的汽水参数也逐步升高；为维持锅炉的水动力稳定，应通过提高给水泵转速来增加给水流量，保证锅炉水冷壁足够的冷却；

（9）待锅炉床温达到850℃以后，锅炉床温进入正常控制范围，锅炉此时已经有了初步的蒸汽流量和一定的电负荷，给水流量的调整根据锅炉负荷来进行。

以河坡350MW超临界直流CFB锅炉为例，锅炉启动用水由设计值21315吨降低至4000吨，节水效果显著。启动时间由原先的14小时缩短至8小时。

Claims (4)

1.一种超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法，其特征是：

（1）在锅炉水冷壁受热环境最恶劣的锅炉布风板下部水冷壁管子上加设若干个壁温测点，将锅炉前墙水冷壁按照宽度等分为6个区域，分别在位于每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；将锅炉的左、右侧水冷壁沿宽度等分为两个区域，每个区域中线的水冷壁管子上加设一个壁温测点；

（2）采用E型热电偶作为测温元件，在锅炉前墙水冷壁上，将E型热电偶直接焊接每个区域中线的水冷壁管子外侧上，热电偶安装高度为距锅炉布风板以上600-650mm标高；

在锅炉左、右侧水冷壁上，将E型热电偶直接焊接在每个区域中线的水冷壁管子外侧上，E型热电偶安装高度为距锅炉布风板以下600-650mm标高；并用保温材料将其包覆，以保证测点准确的反应管壁温度；

（3）E型热电偶把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度，通过温度补偿导线连接至电脑进行温度实时监测；

（4）锅炉点火启动后，通过监视锅炉水冷壁出口壁温及新装水冷壁壁温测量参数以及参数变化趋势和参数之间的偏差，作为锅炉工质流量的调整依据，逐步优化调整锅炉给水流量；

（5）点火成功后，锅炉床温上升至140℃，将给水流量调整至355t/h，观察新装水冷壁测点和原有的水冷壁出口管壁温测点有没有偏差，如没有则可以逐步降低给水流量，如同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，此时的给水流量即认为是该工况下的临界给水流量，记录此时的给水流量和对应床温；

（6）将锅炉床温升高至200℃，调整给水流量，如同屏水冷壁壁温测点开始出现偏差10℃以上，停止降低给水流量，记录此时的给水流量和对应床温；继续用同样方法，记录锅炉床温300℃、400℃、500℃、600℃、700℃和800℃的对应临界给水流量；

（7）监视新装的水冷壁壁温测点之间偏差应不超过80℃，且不能超过水冷壁金属材质的许用极限温度，否则立即停止，防止锅炉受热不均，产生热应力变形，甚至设备损坏；

（8）锅炉持续受热，随着时间的推移，锅炉床温和各处烟温稳步上升；锅炉的汽水参数也逐步升高；为维持锅炉的水动力稳定，应通过提高给水泵转速来增加给水流量，保证锅炉水冷壁足够的冷却；

（9）待锅炉床温达到850℃以后，锅炉床温进入正常控制范围，锅炉此时已经有了初步的蒸汽流量和一定的电负荷，给水流量的调整根据锅炉负荷来进行。

2.如权利要求1所述的超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法，其特征是准备点火前，启动给水泵，维持给水流量60t/h。

3.如权利要求1所述的超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法，其特征是锅炉点火启动后，通过监视锅炉水冷壁出口壁温及新装水冷壁壁温测量参数以及参数变化趋势和参数之间的偏差，得出该工况下控制的临界给水流量，随着锅炉床温的上升及锅炉工况的不断变化，得出给水流量和锅炉热负荷的对应关系并绘制锅炉启动床温与给水流量对应曲线图，并以此逐步调整锅炉给水流量。

4.如权利要求1所述的超临界直流CFB锅炉超低质量流速控制启动方法，其特征是如果发现所监视的水冷壁壁温差偏大，通过适当加大给水流量和调整锅炉燃烧来缩小壁温偏差。

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