燃用強結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計及運行

燃用強結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計及運行

1鍋爐結(jié)構(gòu)及運行特點循環(huán)流暢性鍋爐采用傳統(tǒng)流暢性燃燒與送式火肥之間的新燃燒技術(shù)，具有高效環(huán)保的特點。考慮到節(jié)約能源和經(jīng)濟效益的考慮，許多熱業(yè)公司主要使用循環(huán)流暢性鍋爐。有的供熱企業(yè)也越來越傾向于將舊的鏈條爐改造成循環(huán)流化床鍋爐,市場對循環(huán)流化床鍋爐的需求量越來越大。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)由高溫水冷旋渦內(nèi)分離器等組成,此結(jié)構(gòu)強化了燃燒和傳熱,煤種適應(yīng)性強(甚至可燃用工業(yè)廢渣),可減少SOx、NOx的排放量。循環(huán)流化床鍋爐通過分離及回送機構(gòu),將未燃盡的細物料送回爐膛循環(huán)燃燒,使機械不完全燃燒損失大大低于普通流化床鍋爐,熱效率幾乎可與同類煤粉爐相比。雖然循環(huán)流化床鍋爐的煤種適應(yīng)性廣,燃燒充分,但對于一些特殊的煤種,設(shè)計及運行還需要特殊處理。鍋爐在燃用強結(jié)渣性煤時,由于煤受到爐內(nèi)高溫輻射的作用,表面易軟化熔融,形成板狀渣塊,有時渣塊形成很快,使燃燒不能繼續(xù)進行,甚至造成很嚴重的后果。針對強結(jié)渣性煤的燃燒特點,需要對鍋爐的結(jié)構(gòu)進行適當改動,才能使鍋爐適合燃燒強結(jié)渣性煤。在運行中把握鍋爐燃燒強結(jié)渣性煤特點,才能使鍋爐運行狀況良好。本文對燃用強結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計及運行行進探討。2煤結(jié)渣性的判別煤的結(jié)渣特性是以煤灰分的軟化溫度和煤的低位發(fā)熱量為判斷指標的。在灰熔融性的3個特征溫度測量中,灰分的變形溫度一般不易測準,當灰分的熔化溫度>1500℃時,受試驗設(shè)備限制,往往測不到準確的值。因此,在鍋爐設(shè)計和運行時,多采用灰分的軟化溫度表征煤的結(jié)渣特性。統(tǒng)計資料表明,隨著煤的低位發(fā)熱量增大,形成結(jié)渣的灰分的軟化溫度的上限擴大。因此,在判別煤的結(jié)渣特性時,除采用灰分的軟化溫度外,還以低位發(fā)熱量作為輔助判別指標。煤結(jié)渣性的判別標準見表1。由表1可知,強結(jié)渣性煤灰的軟化溫度≤1350℃。目前,一般以灰分的變形溫度作為不發(fā)生結(jié)渣的極限溫度,鍋爐設(shè)計中要求爐膛出口溫度應(yīng)稍低于灰分的變形溫度,一般以灰分的軟化溫度與灰分的變形溫度相差小于100℃作為參考依據(jù),使設(shè)計爐膛出口溫度不超過灰分的軟化溫度減100℃為宜。當缺乏可靠資料時,爐膛出口溫度應(yīng)小于1150℃。這樣,對于燃燒強結(jié)渣性煤的鍋爐,設(shè)計時爐膛出口溫度應(yīng)控制在950～1000℃。在燃燒過程中,爐膛溫度低時煤并不粘結(jié)成片,隨著溫度的升高,就會粘結(jié)成片,且成片很迅速,如不及時清理,會造成很大的危險。這就要求鍋爐送風(fēng)及時,加強風(fēng)的擾動作用,并撥動給煤口的渣塊,防止堵塞。因此,不能采用常規(guī)的負壓給煤機,而應(yīng)采用螺旋給煤機,并配以播煤風(fēng)裝置。播煤風(fēng)裝置一般是裝在給煤機出口下部的一個風(fēng)管,起到對從給煤機流出的煤進行播撒的作用。一般來說,強結(jié)渣性煤的揮發(fā)分較高,易于燃燒,固定碳份額較大,短時間內(nèi)不易燃盡,這就要求鍋爐爐膛要高,增加燃燒時間。由于強結(jié)渣性煤燃燒后的渣塊比較大,因此流化床的落渣管尺寸要加大。綜上所述,采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒強結(jié)渣性煤,要求采用正壓給煤、高爐膛、二次風(fēng)擾動、加大落渣管尺寸。下面結(jié)合一臺20t/h循環(huán)流化床鍋爐燃用強結(jié)渣性煤為例,介紹設(shè)計特點。3高溫水冷渦流內(nèi)分離器燃用強結(jié)渣性煤循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計結(jié)構(gòu)見圖1,由于后部的對流受熱面與常規(guī)鍋爐相同,這里主要闡述鍋爐的爐膛設(shè)計特點。高溫水冷旋渦內(nèi)分離器由3片膜式水冷壁經(jīng)過恰當?shù)膹澢蠼M合而成,膜式水冷壁上易磨損的地方焊接抓釘,以便在膜式水冷壁上易磨損的地方澆注耐熱耐磨澆注料。當燃料在爐膛內(nèi)燃燒后,產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈹y帶熾熱的煤粒及灰粒從爐膛下部逐漸向上部流動,在此過程中由于流通截面縮小,流速會逐漸增大,到達高溫水冷旋渦內(nèi)分離器入口時會達到旋渦分離的最佳流速(20m/s左右)。以較佳流速進入高溫水冷旋渦內(nèi)分離器的含顆粒煙氣,在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下,未燃盡的灰粒被甩向高溫水冷旋渦內(nèi)分離器內(nèi)壁上,形成貼壁流,在重力的作用下落入回料道,燃盡的灰粒被煙氣帶出高溫水冷旋渦內(nèi)分離器。雖然在分離灰粒時煙氣溫度很高,有時會達到980℃左右,但是膜式水冷壁內(nèi)流動的汽-水混合物起到了很好的冷卻高溫水冷旋渦內(nèi)分離器的作用,并不會引起高溫灰粒的結(jié)渣。由于膜式水冷壁澆注有耐熱耐磨澆注料,整個高溫水冷旋渦內(nèi)分離器具有長久的使用壽命,因此高溫水冷旋渦內(nèi)分離器具有耐磨損、防結(jié)渣、高分離效率的特點。從高溫水冷旋渦內(nèi)分離器分離出的灰粒進入回料道后,通過多孔壁式半自流閥回料到爐膛燃燒,這樣就形成了燃料的爐內(nèi)循環(huán)。多孔壁式半自流閥是在支撐膜式水冷壁內(nèi)的耐火磚上均勻開幾個邊長為100mm的正方形孔,數(shù)量根據(jù)鍋爐容量決定,20t/h的鍋爐一般開5個孔。鍋爐運行時在松動風(fēng)的吹動下,回料道的灰?？梢詮倪@幾個孔流進爐膛參加燃料的循環(huán)。為了滿足強結(jié)渣性煤燃用要求,對成熟的20t/h低速循環(huán)流化床鍋爐進行設(shè)計改進,設(shè)計中在原來的20t/h鍋爐基礎(chǔ)上把爐膛加高了500mm,鍋筒標高變?yōu)?1m,把負壓給煤機改為螺旋正壓給煤機,并加裝播煤風(fēng)裝置。爐膛的后墻增加了二次風(fēng)裝置,增加擾動,延長了煤粒的燃燒時間,強化了燃燒。沸騰段流化速率控制在5m/s左右,懸浮段流化速率控制在3m/s左右,高溫水冷旋渦內(nèi)分離器入口流化速率控制在20m/s左右,便于分離未燃盡的灰粒。分離下的灰粒通過多孔壁式半自流閥回料到爐膛繼續(xù)燃燒,為了防止分離灰流通不暢,采用松動風(fēng)松動的方式。為了在煤開始著火到固定碳強化燃燒之前,防止大渣塊的形成,爐膛前部也加裝了4個可調(diào)節(jié)的多孔松動風(fēng)裝置,當有渣塊在給煤口附近粘結(jié)成片時,就開啟多孔松動風(fēng)裝置,把渣塊吹散。為保證排渣順暢,把落渣管由?133改為?159。4執(zhí)行范圍4.1強結(jié)渣性煤掌握有效的燃燒調(diào)整方法是循環(huán)床鍋爐正常安全運行的關(guān)鍵,尤其是燃用強結(jié)渣性煤時。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒調(diào)整方法主要是對濃相段的送風(fēng)量、風(fēng)箱靜壓和濃相段料層溫度的控制和調(diào)整。要保證濃相段溫度的平穩(wěn)防止渣塊的形成,必須正確、適時、適量地調(diào)整送風(fēng)量、料層厚度、料層溫度等。4.2減少風(fēng)力,降低運行事故循環(huán)流化床鍋爐能否正常燃燒,送風(fēng)量的控制是關(guān)鍵,風(fēng)量過低就不能正常沸騰,時間稍長,就有結(jié)渣的危險。給煤量一定時,送風(fēng)量過大會使爐料不斷減少,影響正常燃燒和傳熱。因此,在運行中,要十分注意風(fēng)量和送煤量的配比。當鍋爐負荷增加時,應(yīng)先加煤,后加風(fēng);當負荷減少時,應(yīng)先減風(fēng),后減煤。然后,再細調(diào)風(fēng)煤比,使循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)濟運行。運行過程中應(yīng)密切監(jiān)視風(fēng)量變化,這可以幫助判斷一些異?，F(xiàn)象,避免運行事故的發(fā)生,具體包括以下幾方面:①風(fēng)門未動而送風(fēng)量自行減少(風(fēng)道動壓水柱下降)。若風(fēng)機傳動皮帶沒有松弛,且風(fēng)道及風(fēng)箱沒有泄漏,這時,應(yīng)檢查料層是否過厚。如果送風(fēng)門全開,仍不能達到一定的送風(fēng)量,則應(yīng)勤放冷渣,作為臨時措施,每次排放冷渣使風(fēng)箱動壓水柱下降50mm左右。②風(fēng)門未動而送風(fēng)量自行增大。這說明,料層厚度減薄,阻力減小。原因為:a.落渣管的放灰門不嚴,或忘記關(guān)閉,爐料不斷漏出,應(yīng)設(shè)法關(guān)嚴。b.燃煤的灰分降低,料層厚度不斷減小。這時可投入冷渣,也可在原煤中摻進一定比例的煤矸石。c.料層內(nèi)已局部結(jié)焦。這時若同時出現(xiàn)料層溫度過高的現(xiàn)象,應(yīng)迅速觀察火色。由于一部分爐料粘結(jié)成塊后,大量空氣從局部料層較薄處通過。對局部結(jié)焦,可適當?shù)販p少風(fēng)量,打開爐門,用鉤子探查料層,發(fā)現(xiàn)焦塊用鉤子鉤出來。若結(jié)焦嚴重,則應(yīng)馬上停爐進行處理,以免渣塊越來越硬而不易清除。4.3《理想國》第5冊第4頁循環(huán)流化床鍋爐運行時保持的料層厚度主要取決于送風(fēng)機的壓頭,維持一定厚度的料層是鍋爐運行的關(guān)鍵之一。料層厚度一般控制在400～500mm,料層厚度可根據(jù)風(fēng)箱靜壓進行調(diào)節(jié),料層過厚時就要放掉部分冷渣。風(fēng)箱靜壓一般是穩(wěn)定的,當出現(xiàn)大幅度波動時,可能是出現(xiàn)結(jié)焦或爐底沉積大量冷渣,應(yīng)及時排除。當負荷保持穩(wěn)定時,維持料層厚度及合適的風(fēng)箱靜壓很重要。4.4煤的給煤及風(fēng)煤量調(diào)整運行中要時刻注意料層溫度的變化。溫度過高(煙煤980℃以上、無煙煤1050℃以上),易結(jié)焦;溫度偏低,對燃盡不利,也影響鍋爐的熱功率;溫度過低(600～700℃)就易滅火,強結(jié)渣性煤也很容易結(jié)渣,如果一時控制不住溫度,結(jié)焦和滅火是很快的。因此,司爐人員必須十分注意料層溫度的變化,把床溫控制在一定范圍內(nèi)。一般說來,燃燒粒徑為0～10mm的煤時,可根據(jù)其灰熔點和著火的難易,將溫度控制在850～950℃。運行中料層溫度的波動主要是由于風(fēng)量或煤量的變動引起的?？赡苡捎阱仩t負荷變化時,風(fēng)、煤量未能調(diào)整恰當,或由于給煤量不均勻,甚至中斷給煤,或由于運行中煤質(zhì)發(fā)生了變化,風(fēng)、煤量調(diào)節(jié)不及時、不得當?shù)?。這可以從以下幾方面分析:①如果溫度平緩地變化,可采用改變給煤量的方法進行調(diào)整。當溫度慢慢地上升或有上升的趨勢時,就適當降低給煤機的轉(zhuǎn)速;反之,就適當提高給煤機的轉(zhuǎn)速。密切監(jiān)視爐溫變化的趨勢,及時調(diào)節(jié)給煤量,是保證爐溫平穩(wěn)的關(guān)鍵。給煤量調(diào)整時,要根據(jù)含氧量對風(fēng)量適當進行調(diào)整。②如果溫度急劇變化,可用下述方法處理:a.第一種方法為加大或減少風(fēng)量。當溫度超過正常運行溫度,且還有繼續(xù)升高的趨勢時,可減少給煤量(比原來少30%～80%),加大送風(fēng)量,待溫度停止上升并趨于穩(wěn)定時,把風(fēng)、煤量恢復(fù)到合理的水平。當溫度低于正常運行溫度但還有繼續(xù)下降的趨勢時,可適當減少風(fēng)量,待溫度停止下降,趨于穩(wěn)定時,適當增加給煤量,把風(fēng)量調(diào)到合理的水平。b.第二種方法為加濕冷渣或優(yōu)質(zhì)煙煤屑。當溫度急劇上升時減少給煤量,加入適量的濕冷渣;當溫度急劇下降時減少送風(fēng)量,加入適量的優(yōu)質(zhì)煙煤屑,直到溫度穩(wěn)定下來為止,再重新把風(fēng)、煤量調(diào)到合理的水平。第二種方法操作比較簡單,而且效果很好,但需要在點火和運行時備有一定數(shù)量的濕冷渣和優(yōu)質(zhì)煙煤。不同煤種在鍋爐中的燃燒特性不相同。煙煤含揮發(fā)分較多,容易著火。在正常運行溫度下不易滅火,增減煤量能靈敏地控制料層溫度,操作比較容易。無煙煤情況相反,運行操作比較困難。但一般來說,只要煤的低位發(fā)熱量不是太低,粒度(尤其是細顆粒)符合設(shè)計要求,風(fēng)煤比適當,保持正常運行的料層溫度,鍋爐都能長期穩(wěn)定運行。在料層溫度增加時也應(yīng)該勤開爐膛前部的松動風(fēng),以防止渣塊在給煤口處粘結(jié)成片。4.5開大松弛風(fēng)閥循環(huán)流化床鍋爐采用多孔壁式半自流閥,利用松動風(fēng)量控制進入爐內(nèi)循環(huán)燃燒物料量。燃用強結(jié)渣性煤時,松動風(fēng)量應(yīng)比燃用常規(guī)煤種增加10%以上。在鍋爐啟動初期,不開啟松動風(fēng)閥,以便在回料道內(nèi)建立一定的料封高度。通常當料封高度達到回料道上下兩個觀察門之間時,可逐漸開啟松動風(fēng)閥,調(diào)節(jié)物料高度,始終維持在上下兩個觀察門之間。鍋爐停運前,可開大松動風(fēng)閥或通過放料管將回料道內(nèi)的物料吹(放)空,避免結(jié)焦、結(jié)塊堵塞回料道或半自流孔。開