连州发电厂大型CFB机组锅炉整体优化改造经验介绍
连州电厂2台440t/h的CFB锅炉，是哈尔滨锅炉厂采用美国Alstom公司技术生产的国内首次燃用无烟煤的135MW等级CFB锅炉。
CFB锅炉采用后墙给煤，配备两条给煤线，每侧给煤流程为三级密封式给煤方式，第一级给煤机为电子称重皮带式给煤机，第二、三级给煤机是刮板式给煤机，一、二、三级给煤机均采用变频调节来控制其转速。给煤口的上方设置了插板门和旋转给料阀运行时，通过控制称重式皮带给煤机来调节送入炉膛的燃煤量。
2 大型CFB机组锅炉整体优化技术改造情况
连州电厂2台440t／h的CFB锅炉，是国内首批及首次燃用无烟煤的135MW等级CFB锅炉，自2004年2月和5月投运以来，出现了早期CFB锅炉普遍存在的各种问题，包括储煤给煤系统堵塞、冷渣器结焦排不出渣、石灰石和床料系统堵塞、热工控制逻辑不合理、锅炉启动/停运时耗油量大、锅炉飞灰含碳量偏高、燃烧效率低、厂用电率高、炉内磨损严重等等，严重地影响了CFB机组的经济稳定运行。为此连州电厂进行了全面的优化改造，主要有以下几个方面：
（1）CFB锅炉给煤系统优化改造；
（2）CFB锅炉冷渣器优化改造；
（3）CFB锅炉石灰石系统和床料系统优化改造；
（4）CFB锅炉热工逻辑修改完善；
（5）CFB锅炉燃烧优化调整；
（6）CFB锅炉防磨系统的优化改造等。
整体技术改造按如下几方面进行：
2.1给煤系统优化改造
2.1.1 煤仓改造前的存在问题
连州发电厂CFB锅炉炉均有两个煤仓，供给A、B两条给煤线，煤仓设计时为防止堵煤，内衬高分子微晶板材料，以保证表面光滑度，设计煤仓倾角为66，并设计有一台疏松机。实际运行中存在的问题有：
（1）内衬高分子微晶板材料的煤仓在煤干燥的时候下煤非常稳定，但在煤较湿时非常容易造成煤“贴壁” 或“搭桥”现象，甚至导致堵煤、断煤，造成机组被迫降负荷投油运行以及大量使用民工进行人工捅煤。
（2）煤仓倾角为66度，倾斜度不够，也容易造成煤“贴壁”现象。
（3）进入一级给煤机的小煤斗无圆滑过渡部位，造成局部死角，容易在此堵煤。
2.1.2一级给煤机改造前存在问题
(1)由于煤仓落煤量信号不稳定，并且由于PID调节采用单冲量调节系统，经常造成给煤机下煤不稳定，导致给煤机堵煤，迫使给煤线停运。同时容易造成给煤量的波动，进而造成机组负荷的波动（约为10MW）。
（2）演算调节器输出系统的安全隔离器经常发生故障导致一级给煤机运行中转速及给煤量突然降至零或突升导致机组负荷的波动。
（3）一级给煤机控制系统的热工报警信号直接进入电气控制系统的变频器柜，经常造成热工信号的不稳定而造成给煤机的事故跳闸。
2.1.3二、三级给煤机改造前的存在问题
（1）二、三级给煤机断链、堵煤传感器经常误发信号导致跳闸给煤线。
（2）二、三级给煤线控制柜安装在就地给煤层（16米），环境中煤灰、粉尘多,且环境温度较高。导致损坏变频器及降低控制柜内的控制回路的可靠性。柜内的电气设备特别是变频器经常烧毁，从2003年12月至2004年5月，Ⅱ、Ⅲ级给煤线4个变频器中便有3个变频器由于受灰尘污染和高温而损坏，无法修复.
（3）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级给煤线控制系统的热工报警信号直接进入电气控制系统的变频器，由于热工信号的稳定性比较差，经常造成给煤线误跳闸，威胁机组安全稳定运行。
2.1.4三级给煤旋转给料阀改造前的存在问题
（1）旋转给料阀容易卡涩造成电机过力矩动作跳闸。
（2）密封性能不好，导致在旋转给料阀处漏出大量高温煤粉，污染环境。
2.1.5煤仓的改造要点
（1）考虑到原来设计的内衬高分子材料的煤仓在煤较湿时容易造成“贴壁”或“搭桥”现象，决定对煤仓进行改造，将内衬高分子材料拆除，改为贴8mm厚的不锈钢板，保证落煤的畅通。
（2）考虑到煤仓倾角倾斜度不够，决定在煤仓改造时将煤仓倾角增大为70，加大煤的自流速度。
（3）在煤仓与小煤斗过渡部位增加圆弧过渡，避免形成局部死角。
2.1.6 一级给煤机优化控制改造
（1）由于给煤机机内温度测点采用热电阻测量，其测量原理为感温元件的电阻随着在原有测点的测量元件更换为双支铠装热电阻温度计，同时将两支热电阻引入DCS进行显示，可以降低50%的故障率，并将给煤机机内测点温度联锁跳闸一级给煤机的逻辑修改如下图1所示。其中当测点出现IOP时自动推出保护功能，并且在DCS上显示报警，可以避免保护逻辑误动。
跳闸回路
报警回路1
报警回路2
与门
或门
或门
测点一IOP
测点一
测点二
测点二IOP
图1 给煤机机内测点温度联锁逻辑
（2）导致一级给煤机电机转速控制波动的原因为：
①被计量物料的重量波动导致远算调节器PI运算后的输出信号的不稳定。
②电气回路中的安全隔离器、PLC的故障率高导致转速信号的不稳定。因此为获得稳定转速控制信号，只有绕开演算调节器和安全隔离器、PLC控制器，将一级给煤机电气控制回路修改如下图2所示。
隔离器
变
频
器
PLC
演
算
调
节
器
隔离器
容积积
分器
图2 一级给煤机电气控制回路优化
（3）将3、4号锅炉一级给煤机由原来的煤量远程控制信号直接接入电机变频器，稳定控制电机转速，克服由于煤量控制信号不稳定造成给煤机下煤不稳定的现象，导致给煤机堵煤切除给煤线，引发锅炉灭火或降负荷的情况。
2.1.7 二、三级给煤机优化控制改造
（1）在二、三级给煤线密封箱上增加观测孔，方便巡查时及时掌握燃煤传输情况。
（2）将二、三级给煤机控制柜重新安装在9米热力配电室内. A、B侧变频器控制柜合并为一个控制柜。并在变频器控制柜上增加冷却风扇，以便变频器内部散热器处的空气对流。
(3)对电机风扇电源进行改造为单独电源供给。根据控制原理图对内部控制回路重新整理接线。提高变频器过流参数到额定电流的120％（允许范围），并将故障自启动设置为锁定状态。
（4）在保留信号报警的前提下对断链、堵煤传感器信号增加15秒延时跳闸给煤线。将一、二、三给煤线上测量信号直接引入DCS。
（5）为避免二、三级给煤机出现堵煤及过力矩现象，在DCS上设计逻辑，将二、三级给煤机的转速分级控制到适当数值，保证上一级转速比下一级转速低一百转。
（6）为避免给煤线控制电源回路对测量信号的干扰影响，将电气信号与热工信号分离，热工信号进入DCS控制系统而不再直接进入变频器。
2．1．8旋转给料阀改造
取消故障率最高的锅炉给煤旋转给料阀，并采用在锅炉给煤口增加密封风箱的方法代替旋转给料阀的密封作用。具体工作如下。
（1） 取消给煤口旋转给料阀，改用一种密封装置代替，如图3所示。
（2）密封装置由上风环、下风环、风箱组装而成。
密封风
密封风
落煤
图3 落煤口密封风箱装置示意
2．2冷渣器系统优化改造
2．2．1原风水联合冷渣器存在问题
（1）风水联合冷渣器在运行中冷渣器内经常堵塞、结焦、排渣困难，锅炉因此问题导致机组经常不能带满负荷连续运行，甚至时常需紧急停炉清焦，严重影响了机组的运行的安全可靠性和经济性。
（2）为加大风量，经常保持3台冷渣器流化风机连续运行，从而造成厂用电的极大浪费，同时造成极大的噪音污染。
（3）现场流化风机噪音很大，排红渣用水冷却时粉尘四处飞扬，甚至飞达锅炉顶部，整个锅炉机组乌烟瘴气，给机组运行人员、检修人员及排渣、运渣人员的人身安全带来极大危害。
2．2．2冷渣器系统改造
（1）选用GTL150-20型滚筒冷渣器，要求滚筒直径为150cm，长度为8米，排渣量为20t/h，设计最大排渣量为25t/h，保证满足最恶劣工况下单台冷渣器仍能满足满负荷排渣的需要，解决了锅炉因此问题导致机组经常不能带满负荷连续运行的大问题，进一步提高了机组运行的安全可靠性和经济性。
设计一套专门的冷却水系统，从汽机凝结水母管引出，经冷渣器加热后，利用提升泵送回至汽机#2低加出口，冷却水量为80t/h 左右，冷却温升设计为25～30℃，可充分利用渣的余热进行加热凝结水，保证余热损失降至最低程度。
（2）将原转弯死角多，坡度不够的落渣管取消，重新布置，从锅炉炉膛锥形排渣阀出口直接引至冷渣器入口，避免造成死角，保证排渣的畅通，同时在冷渣器上方装设了隔离用插板门，方便冷渣器出现故障时检修隔离用，保证工作时安全。同时取消了原一级输渣机系统及细灰至锅炉回料系统。
（3）风水联合冷渣器系统原配备三台冷渣器流化风机，每台250kW（6kV电机），共750kW；未改造前经常保持2-3台同时运行，才能保证流化效果，现改用2台滚筒式冷渣器后，其电机功率为18.5kW/台（380V），共37kW，从而节省了大量的厂用电，且冷渣器流化风机噪音和振动均较大，取消后可减少了环境污染。
（4）输渣系统控制柜改造及移位，原二级输渣机控制柜直接装设在风水联合冷渣器旁边，振动大，环境温度较高且灰尘污染大，造成控制柜工作环境非常恶劣，时有误动跳闸现象发生，严重威胁设备安全、稳定运行。冷渣器改造后，直接将冷渣器及二级输渣机控制柜放置在九米平台，避免了以上类似现象的发生。
2．3石灰石和床料系统
2．3．1改造前的存在问题
（1）石灰石系统上粉管道过长（其石灰石粉储粉罐原设计放在烟囱附近，与锅炉石灰石粉下粉仓的输粉管道距离长达200多米），且有多处弯管，石灰石易吸潮，加上输送空气压力不够，造成管道经常堵管，该系统经常不能正常投运。
（2）石灰石螺旋给料机易卡，经常烧坏电动机。
（3）风量不足。两台炉前石灰石输送风机的风量，不足够A、B两侧同时投运。
（4）床料仓旋转给料阀经常卡涩，或电机过负荷跳闸
（5）床料输送系统系统复杂，管道阻力大，风压明显不足，造成加床料速度偏慢，加至床压2kPa往往需要6～8小时，严重影响机组启动时间。
2．3．2改造方案
（1）精简、优化石灰石输送系统
1）取消原设计所有石灰石输送系统，只保留部分管道。保留4号炉旁通往炉前石灰石粉仓以上管道设施。并在管道入口处安装4个球阀，由石灰石罐车直接对各粉仓进行输粉。
2）通向各个粉仓的三通阀取消，进仓口加装逆止门。
3）将离罐车最远的通向两个仓的石灰石管道由平直改为倾斜于仓体，有利于石灰石粉的自流。
（2）简单、优化炉前石灰石给料系统
取消输送风机、螺旋给料阀、喷射式供料器及输送管道。改为由从石灰石仓下接旋转给料阀送入二级给煤机，由二级给煤机送入炉膛，并加一路促动风。
（3）简单、优化加床料系统
取消原加床料联接在加石灰石系统的管路，加大床料仓低部落床料管道为 Oslash;325，保留原有的电动插板门和旋转给料阀，直接联接到A侧二级给煤机，同时在床料仓低部加装了吹堵风，防止床料滑落不畅。
2．4热工控制逻辑的优化。
2．4．1MFT保护及其响应逻辑优化
（1）取消了“失去全部燃料”MFT保护
（2）取消了“火检冷却风母管压力低”的MFT保护逻辑条件，同时将火检风机的控制逻辑改为“火检冷却风母管压力低”自动联锁启动备用风机，确保火检冷却风母管压力满足运行要求。
（3）取消了“点火延时”逻辑条件
2．4．2高压流化风机启动逻辑优化
（1）将原来的允许启动逻辑的旁路阀开度≥50%的条件改为旁路阀开度≥50%或风机备用联锁开关在投入状态即可允许备用风机自启动
2．4．3炉膛压力自动控制逻辑优化
（1）在炉膛压力PID（228PID）控制逻辑中增加引风机状态运行信号，当只有单台风机运行时，系统将禁止投入勺管执行器的自动运行或将已投自动运行的系统强制退为手动。
（2）对DCS系统挂牌逻辑进行了修改，将部分设备互相关联的逻辑单独移出，确保逻辑信号传输的正常。
2．5 CFB锅炉燃烧运行优化调整
经过对CFB锅炉的不断改进，锅炉机组的运行稳定性大大提高，但该CFB锅炉仍存在着飞灰含碳量高（高达20％），排烟温度高（近150℃，设计为134℃）等主要问题，造成锅炉热效率始终达不到设计保证值89%，这严重影响了CFB锅炉机组的运行经济性。2005年9月，粤连公司、连州发电厂、广东宇阳电力科技有限公司、广东省电力试验研究所和浙江大学热能研究所对4号CFB锅炉进行了联合燃烧优化运行调整试验。
优化调整试验主要考察锅炉负荷、运行氧量、一二次风配比、床压、加石灰石等运行参数对锅炉效率的影响，以确定合理的锅炉系统安全经济运行模式，达到提高锅炉效率的目的。同时进行了CFB锅炉污染物SO2、NOx的排放、高温旋风分离器特性等试验。通过优化调整得出如下结论。
（1）在工况优化之前，飞灰含碳量高达20％左右，经过增大氧量、减小一二次风比等措施，最终将飞灰含碳量降至14％左右。所以有效地降低了固体不完全燃烧热损失，从工况优化前的6.36％降低到最低3.8％，平均降低了2％左右，总体上锅炉效率由86.77％提高到88.96%，锅炉效率增加了2.19%。
（2）在Ca/S比为2.4左右时，锅炉SO2排放量可以控制在200mg/Nm3以下，锅炉脱硫效率可达到90％以上。NOx排放量较低，NOx排放平均在80ppm以下，这说明锅炉具有良好的脱硫性能。
（3）空预器漏风率为A侧2.42％，B侧2.09%，漏风系数A侧0.030，B侧0.026，基本达到了设计漏风系数0.03的要求。
（4）对旋风分离器测试表明，额定负荷下，分离效率可达99％以上，本锅炉循环倍率在30左右。分离器入口的实测飞灰浓度在4.5kg/m3左右。在试验的运行风速下，平均粒径大于0.5mm的颗粒，基本上在炉内燃烧，最后随底渣排出；对于粒径小于0.5mm的颗粒被烟气携带出炉膛进入旋风分离器，粒径大于0.0308mm的颗粒，绝大多数能被分离下来，而小于0.0308mm的颗粒也有一半以上被分离下来，随着粒径的减小，其分离效率逐渐降低。负荷在70％～100％额定负荷运行时，分离器分离效率都超过98％，因此给入的石灰石基本上都能参与循环，从而可以提高脱硫效率和石灰石的利用率。
分析表明分离器出口各档粒径颗粒的含碳量均高于进口的，而且分离器出口烟温明显高于进口，说明分离器内后燃现象比较严重。
（5）测试发现，表盘A侧烟道排烟温度比实测值平均大21.7℃，B侧烟道比实测值平均大4.0℃，因此应重新布置A侧烟道内测温热电偶的测点位置。
表盘氧量基本能反映实际燃烧氧量，运行人员燃烧调整控制时可以作为参考依据。
（6）关于减温水量偏大的问题：在试验过程中发现，满负荷时过热器减温水量达到35t/h以上，再热器减温水量达到32t/h以上，远远超过设计值，试验发现这主要是设计的受热面积比实际需要的要大30%左右，运行中不得不增大减温水流量，这大大的降低了电厂运行的经济性，发电效率可降低1～2%。在适当的时候要考虑安排改造。
运行燃烧优化后，每年产生的直接经济效益为：576万元/年。
2．6 CFB锅炉的防磨
CFB锅炉四管及受热面的磨损问题是困扰CFB锅炉技术发展的关键因素，磨损问题解决的如何，直接关系到CFB锅炉的能否保持长期安全运行。连州电厂的经验是及时吸取同类型电厂教训，对关键部位采取了勤检查，细检查，仔细分析原因，及时消除隐患等措施。也正因为如此，才保证了3、4号CFB锅炉投产以来未发生过因四管爆漏和浇注料脱落引起的停炉事件，机组亦保持了较长时间的连续运行天数。
2．6．1上、下省煤器中间段蛇形管弯头在检查中发现存在减薄1mm左右的现象，后经分析原因为厂家弯管制作时引起的减薄，但为保险起见，连州电厂对该部位弯头采用耐磨浇注料填充办法进行防磨。
2．6．2在锅炉的四管检查中我们发现了三级过热器的悬吊管（省煤器管）的迎烟气面防磨罩变形严重，经过仔细分析为抱箍安装数量少导致防磨罩贴紧水冷壁不够，过热变形。对防变形磨罩进行校正并加装抱箍后未再发生过防磨罩变形现象，
2．6．3水冷壁管的磨损，采取了如下措施：
（1） 在水冷壁过渡区锅炉厂已设计了防磨护罩。
（2） 在中间水冷壁与前后墙连接的水冷壁管磨损部位加装防磨护罩
（3） 控制风速（风量）
（4） 严格控制床压在6～8kPa之间
（5） 控制好床温
（6） 控制好入炉煤的粒度
（7） 加强对耐火耐磨浇注料的定期维护
3 总结
连州发电厂＃3、4CFB锅炉经过上述整体优化改造后，其给煤系统经常堵煤以及给煤线时常跳闸的情况得到了很好得解决，再没有发生此原因造成的非计划停运事故，相关设备、元器件没有再发生故障或损坏事故；滚筒冷渣机的排渣情况亦十分良好，以前的结焦、排渣困难危及锅炉安全稳定运行的状况得以扭转，进一步提高了机组运行的安全可靠性及经济型；石灰石和床料系统不再堵塞，SO2排放浓度得以大大降低，符合环保要求；锅炉启动/停运的时间进一步缩短，从而减少了大量的蚝油量，节约了发电成本；锅炉?燃烧优化调整后其效率增加了2.19%，提高了机组的经济型；另外对CFB锅炉的四管及受热面采取得当的防磨措施、及时消除了设备隐患，保证了CFB锅炉较长时间的连续运行天数。