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针对我厂燃用煤种及床料偏少的探讨 |
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| 针对我厂燃用煤种及床料偏少的探讨 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 9:26:03  |
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文章摘要：
我厂是国电开远发电有限公司，现正进行三期2×300MW机组扩建工作，预计今年年底正式投厂发电，锅炉为上海锅炉厂引进法国ALSTOM公司技术生产的循环流化床锅炉。作为生产准备人员，我们也正在为机组的运行作充分的准备，通过对300MW循环流化床锅炉学习和培训，以及到其它循环流化床锅炉生产厂的实习，基本掌握了循环流化床的工作原理，设备构造和一定的运行调整方法，但由于目前我国300MW循环流化床锅炉投厂的并不多，运行经验较少，现投运的机组只有白马电厂、大唐红河电厂两台机组。大唐红河电厂和我厂同处一个地区，燃用煤种都是同一煤矿生产的小龙潭褐煤，虽说循环流化床锅炉为哈尔滨锅炉厂生产，但也是引进ALSTOM公司的循环流化床技术，其生产中发生的问题对我们有较好的借鉴作用。作为大多数循环流化床锅炉来说，给煤和排渣是发生问题最多的，主要是给煤易堵，排渣困难，但在试验初期大唐电厂却是渣量太少，很少排渣或长期不排渣，甚至需经常添加河沙作床料，要不然床料维持不住，床压降得很低，但高温绝旋风分离器出口烟温太高，过热器减温水几乎全开，无调节余量，有可能引起过热蒸汽温度超温。这引起了我们的重视，我们分析认为有以下几个原因可能是造成床料少的原因。
一、煤质的关系
小龙潭褐煤的煤质特性如下表：
煤质分析
名 称
符 号
单 位
设计煤种
校核煤种1
校核煤种2
收到基碳
Car
％
36.72
39.78
33.15
收到基氢
Har
％
1.87
2.56
2.54
收到基氧
Oar
％
12.59
13.78
11.82
收到基氮
Nar
％
1.01
1.04
0.52
收到基硫
St.ar
％
1.66
0.73
1.80
收到基灰分
Aar
％
11.45
9.51
14.05
全水分
Mt
％
34.70
32.60
36.12
干燥无灰基挥发份
Var
％
52.70
50.85
52.40
收到基低位发热量
Qnet.ar
MJ/kg
12.435
13.86
11.95
可磨系数
HGI
33
46
43.5
灰变形温度
DT
℃
1060
1170
1125
灰软化温度
ST
℃
1110
1210
1140
灰半球温度
HT
℃
灰熔化温度
FT
℃
1130
1230
1170
从上表中可以看出，我厂燃煤为高挥发份、低灰份的煤种，燃烧后产生的灰渣相对来说要少。飞灰与灰渣比为60：40 ，因此，每小时产生的渣量少是正常的，但长时间不排渣则是不正常的。
二、燃煤粒度不合标准。
根据锅炉厂设计制造要求，燃料入炉粒径应符合下图的要求。
循环流化床锅炉燃料采用宽筛分，颗粒粒径粗细范围较大，一般为0~13mm,通常，挥发份高的煤，粒径允许范围较大，筛分较宽，但从图中我们可以看出，对燃料的粒径分布的总要求是 " 两头大，中间小 " ，即燃煤中大颗粒和过细颗粒的百分比要小，中间尺寸颗粒的百分比要大。若煤中小于 1 mm的煤占份额大，吹入分离器的物料多，在分离器中的燃烧份额大，二次燃烧产生的温升就大。
在正常运行的循环流化床锅炉中，不同尺寸的颗粒燃烧循环时呈一定规律的分布。粗颗粒趋向于聚集在密相区内，而细颗粒作为飞灰被气流曳带离开分离装置，经过尾部受热面离开锅炉，中间尺寸的颗粒则在固体颗粒循环回路中循环。但如果燃料的颗粒尺寸选择不当，则可能会破坏循环流化床内的颗粒循环，从而影响锅炉的正常运行，即锅炉达不到出力或影响正常的燃烧。
过大粗颗粒对锅炉的影响。一方面，给煤粒度超过设计值时，操作人员往往被迫采用较大的运行风量来流化床层，从而使得床料完全流化的流化风速提高，流化风带走的热量增加；粒径的增大使得气、固间的传热减弱，空气与粒子之间的温差加大，要实现床温达到点火投煤温度的要求，则必然要提高热风温度。另一方面，在循环流化床锅炉的设计中，由于采用高浓度循环物料，传热强度高，炉膛高度一般低于煤粉炉，物料浓度高，动量大，二次风向炉内穿透力不足，运行风量往往大于设计风量，减少了粒子在炉内的停留时间，不能被分离器分离的煤粒含碳量居高不下。第三，粗颗粒容易出现沉底，使得床料分层严重，易出现床层局部或整体超温结焦现象，而此时的燃烧效率不高，投煤量较大（相对于该负荷）。这样，在过热器受热面以对流过热器为主的设计条件下，在较高负荷下就可能出现过热蒸汽超温现象。第四，在床内因给煤粒度过大或布风不均，流化不好而结焦时，床温分布是不均匀的，如果不能及时处理，焦块的增大会使床内风速愈加不均，最终因流化问题而导致床温下跌，被迫停炉。第五，虽然大颗粒太多可以减少煤的破碎电耗，但为使其正常流化需要提高风速，从而增加了风机的耗能，压力波动大，从而引发风道振动，这也是运行中要尽量避免的工况。
过细颗粒对锅炉的影响。过细的颗粒使它在炉内的停留时间较短，末完全燃烧就被带出炉膛，而被带出炉膛的煤粒在分离器内末被分离，就随烟气进入尾部烟道，在尾部烟道内燃烧，往往造成飞灰的可燃物大大增加，分离器顶部及烟道出现过热现象，加大烟道管壁的磨损。从上图DCS系统画面可以明显看到，分离器出口烟温较炉膛出口温度高得多，分离器中的燃烧份额过大。
而造成煤粒过细的主要原因是原煤采用二级破碎，原煤末经过筛分就进行破碎，当原煤粒度较小，可磨性小时存在严重的过破碎现象。大唐电厂原煤破碎采用二级碎煤机，一级碎煤机采用用锤击式破碎机，二级碎煤机采用绞拢式，入炉煤粒粒径不能调整，从煤的取样情况来看，小粒径的煤占比例过大，一级破碎机出来的煤大部分已符合燃烧要求，但仍送入二级破碎机，从而造成入炉煤粒过破碎。有关书籍说可以采用旁路调整，对原煤进行筛分，合格的煤粒不需再进入破碎机，从旁路进入，我厂和大唐电厂煤质使用的是同一煤种，不知是否可行。
三、分离器分离效率低
与传统除尘技术中的除尘器相比，循环流化床锅炉气固分离器的运行条件有很大的不同，通常，循环流化床锅炉分离器所处理的烟气流量大，温度高，颗粒浓度高，粒径也相对较大，这对分离器的分离性能产生了很大的影响。影响分离器分离效率的因素主要有：烟气入口流速、烟气温度、颗粒浓度、颗粒粒度和密度、旋风分离器结构参数等。颗粒的粒度分布是影响分离器分离效率的最重要因素之一。对于旋风和惯性分离器，颗粒所受到的分离作用力与阻力之比随颗粒粒度的增加而增大，因此大颗粒比小颗粒更容易从气流中分离。同样的道理，随颗粒密度的增加，分离效率提高，特别是当粒度较小时，密度的变化对分离效率的影响大，而当粒度较大时，密度的变化对分离效率的影响变小。分离器内耐磨耐火材的施工质量对分离器的分离效离有很大的影响，由于赶工期、施工方法不当，施工不认真等造成分离器壁面不平整，对分离器的影响也比较大。
四、一二次风配比及风量的调整。
控制一、二次风的比例，确保燃烧室出口温度在设计范围内。如果煤粒中细颗粒偏少，需要适当减少二次风量；如果煤粒中粗颗粒偏多，需要适当加大一次风。
理论上讲，一次风占总风量的 60% ，而二次风量只占 40% 左右，机组启动时二次比率占的更低。大唐电厂一二次风配比一般在 50% ： 50%左右，甚至有时二次风量是一次风量的二倍，二次风量过大。由于二次风量过大，炉膛含氧量太大，而一次风量则往往不足。二次风量大，二次风口以上燃烧室内的汽流速度和物料浓度加大，这样吹入分离器内的物料量和平均粒径均加大。部分细颗粒未能在炉膛内完全燃烧就被送入分离器，分离器对粒径过细的飞灰分离效率低，造成飞灰含炭量高，尾部烟道发生二次，过热器温度高，减温水量增大，而外循环量减少，从而床料量减少。
在锅炉运行过程中，许多用户往往只靠风门开度的大小来调节风量，但对于循环流化床锅炉来说，其对风量的控制就要求比较准确。对风量的调整原则是在一次风量满足流化的前提下，相应地调整二次风。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，循环流化床锅炉在运行前都要进行冷态试验， 并作出在不同料层厚度(料层差压)下的临界流化风量曲线，在运行时以此作为风量调整的下限 ，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。对二次风量的调整主要是依据烟气中的含氧量多少，通常以过热器后的氧量为准，一般控制在3-5%左右，如含氧量过高，说明风量过大，会增加锅炉的排烟热损失q2；如过小又会引起燃烧不完全，增加化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4。如果在运行中总风量不够，应逐渐加大鼓引风量，满足燃烧要求，并不断调节一二次风量，使锅炉达到最佳的经济运行指标。
五、床料过少，床压过低：
启动前床料加料过少，床层流化后，床压只有 7 KPa ，远远低于规程规定的 10 KPa。由于流化床锅炉启动时间长，床料由流化风扬析后，床料更少，床压更低，只有3 KPa ，甚至更少，而床料加料系统只能加每小时 20 吨，因此，只有采用人工加料。我认为首次加料时应加够，至少床料流化后床压应在 10 KPa 。
锅炉密相区下部压力低，床压迟迟不能达到要求，需经常加床料。床压直接反映了床料的静止高度，但是由于风机特性的限制，也受一次风量大小的影响，在床料静止高度不变的情况下，一次风量增大，水冷风室的风压变大，密相区的床压测点显示的床压值上升。因此运行中应根据不同负荷和一次风量来调整运行床压，以满足锅炉的运行需要。床压跟一次风压、床料多少、物料粒径等有关，对燃用低灰份煤种，应定期加入一定的床料。
流化床燃烧时，床中有大量灼热的床料，床温为 850~1050 ℃，床料中 95% 以上是热灰渣， 5% 左右是可燃物质，主要是焦炭。而每分钟加入燃烧室的燃料只占床料的 5% 左右。大量的热床料为惰性物质，它不与新加入的燃料争夺氧气，相反为新燃料的加热、着火燃烧提供了丰富的热量。但如果床料太少，蓄热能力变差，对燃料的燃尽有一定的影响。
六、回料阀的投入及运行，
流化风机启动后即投入回料阀，不太合理。回料阀应在返料立管中建立一定的料位高度后再投入，否则流化风量调整不当，会造成料腿立管吹空，外循环短路，外循环建立不起来。运行中应控制返料温度，返料温度是指通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度，它可以起到调节料层温度的作用。对于采用高温分离器的循环流化床锅炉，其返料温度较高，一般控制返料温度高出料层温度 20-30 ℃，可以保证锅炉稳定燃烧，同时起到调整燃烧的作用。温度过高有可能造成返料器内结焦，特别是在燃用较难燃的无烟煤时，因为存在燃料后燃的情况，温度控制不好极易发生结焦，运行时应控制返料温度最高不能超过 1000 ℃。 返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节，如温度过高，可适当减少给煤量并加大返料风量，同时检查返料器有无堵塞，及时清除，保证返料器的通畅。
综上所述，造成循环流化床床料偏少的原因是多方面的，我们在运行调整过程中应多方考虑，保证循环流化床锅炉的安全经济运行，尽量减少可燃物在分离器及出口烟道中燃烧，避免过热器温度超温，降低飞灰可燃物含量。
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