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410t/h循环流化床锅炉床温控制问题的研究

更新时间:2013/9/6 11:25:43 点击数:3026

410t/h循环流化床锅炉床温控制问题的研究

鲍奎元 齐国滨

 

摘要:针对辽通公司热电分公司在十一五期间两台循环流化床(CFB)锅炉床温高、炉内温度不均、稀相区灰浓度低等问题.从回料器配风、入炉煤粒度、总风量、流化风、入炉煤粒度床压等方面进行了燃烧调整试验。结果表明。通过减少回料器进料侧风量和入炉煤粒度、调节一次风和二次风量的配比等措施,可使平均床温由调整前的990℃降至920930℃,效果显著。

引言

辽通公司热电分公司在十一五期间,建设两台SG-410/9.81-M592循环流化床锅炉, 自2009年投用以来,由于外界负荷需求原因,一直处于260~330t/h负荷运行,近一年,两台锅炉相继出现由于床温高、炉内温度不均、稀相区灰浓度低等一系列问题。在正常运行情况下,平均床温达到950℃,局部床温高达990℃,且锅炉出力仅能达到310t/h,个别工况甚至只能达到280t/h,床温高严重影响锅炉出力,同时给锅炉安全稳定运行造成了严重影响。为了解决这一难题,我们进行认真研究和多种尝试,取得了较好的效果。

1. 锅炉的设计参数

SG-410/9.81-M592循环流化床锅炉是由1个模式水冷壁炉膛、2台旋风分离器和1个由汽冷包墙包覆的竖井3部分组成。锅炉共布置4个给煤口,全部布置在炉前,3个排渣口布置在炉膛水冷壁下部,对应2台滚筒式冷渣机和1个预留紧急排渣口。

锅炉设计燃料: 36%石油焦+64%煤(重量比);校核燃料160%石油焦+40%煤(重量比);校核燃料2100%。在实际运行中,使用的燃料是烟煤、贫煤和褐煤等多煤种掺烧。

锅炉主要设计参数见表1。

表1  锅炉主要设计参数

项目

数值

过热蒸汽流量/t·h-1

410

过热蒸汽压力/MPa

9.81

过热蒸汽温度/℃

540

给水温度/℃

158/215

总风量(标准状态)/万M3·h-1

39.7/36.5

煤粒径/mm

6

过氧量/%

3.5

床温/℃

915

排烟温度/℃

122/138

锅炉设计效率/%

91.7/92.4

2. 锅炉运行中存在的主要问题

(1)锅炉平均床温为950℃,而最高床温长期保持在约990℃,中部床温略高于底部床温,而炉膛出口温度仅为840/820℃,同层床温中部和两侧墙偏差较大,约70℃。与CFB锅炉的设计床温为850~920℃相比,床温明显偏高,在没有进行工艺技术改进之前,锅炉只能采取降负荷措施降低床温;此外,当掺烧的褐煤灰熔点为1180℃,床温长期保持在990℃左右,极易导致局部温度过高引起结焦,带来锅炉安全运行隐患。

(2)密相区底部床压9.2KPa时,中部床压为0.5KPa,上部床压为0.2KPa,同类型锅炉应为2.5KPa和1.0KPa,这表明炉内可循环灰浓度较低,即使增加布风板一次风流量,改善幅度不大,且当快速提负荷增加一次风量时,再循环灰浓度会逐渐下降。

(3)旋风分离器压差一般仅能维持在1.0KPa,最低压差为0.8KPa,表明循环灰经过分离器返回炉膛的灰量较少。

(4)以上现象为锅炉最高负荷不超过330T/H,入炉煤为掺烧60%褐煤工况。即使试烧设计煤种(大清矿烟煤),以上现象也未得到有效缓解。

3. 床温超高的原因分析

影响锅炉运行床温偏高的因素主要有:

(1) 受热面设计不合理。主要体现在炉内屏过或尾部受热面金属超温无法调整、受热面吸热不足蒸汽带水等方面原因,造成锅炉出力受限。

(2) 循环灰不足。主要体现在旋风分离器效率低不能很好的将大于20um粒径的灰分离下来成为循环灰和环封返料装置异常。

(3) 煤种物理特性决定灰份中成床物料较少,无法满足循环灰量损耗需求。

    锅炉制造完成后,受热面是不能轻易调整的,因此,我们主要从循环灰不足和煤种物理特性等方面,进行原因分析,探索解决问题的途径.

3.1 锅炉运行参数分析循环灰量

我们认真研究了锅炉的运行参数。

项目

4#炉工况

5#炉工况

过热蒸汽流量/t·h-1

330

307

过热蒸汽压力/MPa

9.06

8.3

下部平均床温/℃

940

954

下部最高床温/℃

953

962

中部最高床温/℃

958

979

格栅一次风量/万M3·h-1

16.9

16.2

过氧量/%

3.1

4.6

风箱压力/KPa

10.8

12.2

床压/KPa

7.10

9.02

中部床压/KPa

0.52

0.54

上部床压/KPa

0.12

0.19

回料压力/KPa

2.43

2.11

旋风分离器差压/KPa

1.25

1.0

总风量(标准状态)/万M3·h-1

36.2

34.1

从中可以看出,在炉内灰浓度过低,中部床压、上部床压、旋风分离器差压设计值为2.5KPa、1.0 KPa、1.8KPa,而目前锅炉的实际运行参数为0.5 KPa、0.2 KPa、1.2KPa,表明锅炉运行工况下循环灰量严重不足,致使密相区热量无法正常传导至炉内受热面换热,这可能是造成锅炉带负荷时床温过高的主要原因。

影响循环灰的因素主要是回料器的配风、旋风分离器的效率、床料粒度和炉膛配风等,我们从这几个因素逐一分析:

3.2 回料器配风

锅炉运行初期,锅炉出力不足240t/h,回料压力一般维持在2.0~3.5KPa,单个回料器进/回流化风控制均为2400M3,后期锅炉提负荷之300t/h,回料压力增至6.5KPa,由于担心返料系统堆积,便将工厂风补充至高压风系统,回料器进/回流化风控制均为3700M3,维持回料压力不超过3.5KPa,但仍然没有解决循环灰量的问题。对此,我们进行了多种实验,并对实验的结果进行分析和研究,认为:回料器配流化风过大,回料器内料位过高,致使炉内循环灰浓度不足,同时,过大的流化风干扰了旋风分离器中心筒的正常气固分离。

3.3 旋风分离器分离效率。

运行中取飞灰样分析,颗粒度中位粒径21.66um,其中大颗粒45~66um,略高于标准水平。锅炉检修期间检查旋风分离器中心筒并无较为明显磨损,只是筒壁预留膨胀开缝有些大,且有单个筒板轻微变形,分析中心筒长度不足影响分离效率因检修期不够,不能实施中心筒改造工作。

3.4 入炉煤粒度。

我厂入炉煤掺烧褐煤,比例不低于60%,褐煤成煤年代较近,挥发分高、灰分低、全水较高(一般40%),因此煤的爆裂性好,燃烧后会迅速爆裂并破碎成为更细的颗粒。此外,由于掺混烟煤和贫煤,破碎机为保证入炉煤粒径,便将所有通过碎煤机的烟煤、贫煤和褐煤统一粉碎成小于10mm粒径,这样会使褐煤过粉碎,致使绝大部分灰以飞灰形式出现,无法补充炉内再循环灰量。造成锅炉由于再循环灰浓度过低,密相区热量无法顺利带走和无低温分离循环灰冷却,而无法保证锅炉出力。

3.5 风配比

锅炉厂原设计一二次风比例为6:4,实际运行中出现锅炉提负荷后最初能够使床温下降10~20℃,锅炉可以顺利提负荷,但随着高负荷运行时间的延长,物料浓度逐渐降低,一般24小时后便出现物料浓度严重不足,致使锅炉负荷因床温过高不得不降低,最终竟然不能达到升负荷前状态,判断原因为循环物料颗粒度较轻,在提高炉内流化风量后,物料循环至旋风分离器后损耗增加,使得循环物料量逐渐减少,影响炉内换热。

3.6 床压

锅炉原始设计床压控制参数缺乏,运行摸索风箱压力控制10.5~11.5KPa,锅炉升负荷后,床料量出现不足,也是使床温升高的原因之一。

4.工艺调整

4.1 按分析推断进行工艺调整

4.1.1调整回料器流化风。

与多家电厂和锅炉运行专家交流后,本着减少回料器料位增加炉内循环灰浓度的试验方向,撤出工厂风,调整回料器进/回流化风控制均为2000/2800M3,回料压力升至7KPa,加大返料风后,回料器压力稳定在4~5KPa,减少了回料器内料位,增加炉内循环物料量。

4.1.2旋风分离器技改。

根据旋风分离器中心筒原始设计的膨胀开缝较宽造成飞灰短路泄漏问题,采取开缝迎风面加挡料板,减少旋风分离时中心筒飞灰泄漏,提高分离效率。

4.1.3入炉煤调整。

根据褐煤煤种特性,采取分线上煤,对于上褐煤的环锤式破碎机调整筛板间隙,调整入炉褐煤的粒度至15mm,增大炉内灰粒径和停留时间,提高循环物料浓度。

4.1.4配风调整

将原设计一二次风配比调整至5:5,一方面出于防磨考虑,一方面加强炉内循环的控制,尽可能减少外循环物料量。

4.1.5床压调整

制定锅炉床压控制关系曲线,对应锅炉负荷变化情况动态调整床压控制范围,保证在锅炉高负荷条件下足够的物料浓度。

4.2调整后的工况

项目

4#炉工况

5#炉工况

过热蒸汽流量/t·h-1

343

342

过热蒸汽压力/MPa

8.83

8.8

下部平均床温/℃

912

894

下部最高床温/℃

922

921

中部最高床温/℃

924

920

格栅一次风量/万M3·h-1

16.4

15.2

过氧量/%

3.0

2.5

风箱压力/KPa

12.7

12.5

床压/KPa

9.18

8.52

中部床压/KPa

1.3

1.82

上部床压/KPa

0.19

0.74

回料压力/KPa

4.8

3.0

旋风分离器差压/KPa

1.7

2.05

总风量(标准状态)/万M3·h-1

39.6

35.2

5.  结论

通过上述燃烧调整,降低回料器内灰位、增大入炉褐煤粒度、适当降低一次流化风强度,可使平均床温降低30℃以下,锅炉负荷350t/h,床温稳定在920℃,最高床温不高于930℃,提高了锅炉的运行安全性,降低了炉膛和循环回路结焦的可能性。

参考文献:

[1] 孙献斌,黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京;中国电力出版社.2009

[2] 杨建球,曾庭华,李焕辉,陈伟球,卢炼区,李  劲,大型循环流化床锅炉运行优化及改进[M].北京;中国电力出版社,2010.

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