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循环流化床锅炉给煤系统的缺陷及设计的改进 |
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| 循环流化床锅炉给煤系统的缺陷及设计的改进 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:44:18  |
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摘要： 目前投运的100～150MW等级循环流化床锅炉(CFB)的给煤系统存在安全隐患，当采用皮带给煤机的给煤系统时，应该增加防止燃烧区的高温烟气反窜的锁气装置，多点给煤的给煤机给煤口设计要注意,且应采用上位机程序控制方式。文章在分析CFB给煤系统的功能与运行情况的基础上，提出给煤系统的优化设计方案和正确运行方式，并指出了采用皮带给煤机和热一次风送煤是大型CFB给煤系统设计的发展趋势。
关键词： 循环流化床；锅炉；给煤系统；设计优化 国内100～150MW等级的循环流化床锅炉(CFB)商业运行情况显示，锅炉本体的设计与运行情况良好，基本可以达到预期的设计要求，但辅机系统的运行情况不容乐观。给煤系统的故障是影响机组安全运行的主要因素，循环流化床电厂给煤系统设计需要系统考虑。
1 CFB及其给煤系统的发展历程
CFB的容量和布置形式直接关系到给煤系统的布置和设备选型。早期的小型CFB多采用炉前给煤，原煤仓的煤经过落煤管进入绞龙给煤机后送入炉膛或通过返料斜管进入炉膛。绞龙给煤机在完成给煤运输的同时也起到隔离高温炉烟的作用。随着锅炉容量的增加，为了对煤进行预热，CFB给煤系统采用炉后分离和返料的炉后二级给煤方式，煤被送入回料器的返料斜管与高温物料混合并被加热。一级给煤机为刮板给煤机，二级为绞龙给煤机或刮板给煤机。为了补充给煤点的氧量，加强煤在炉内的扩散，给煤口设计了播煤风。100MW容量等级的CFB为了增加蒸发受热面，在炉内增加了中隔墙水冷壁，形成双炉膛结构，相应的炉后二级给煤系统采用二级给煤机多点给煤方式，使用的给煤机为刮板给煤机。由于炉后二级给煤系统运行中的问题较多，为提高给煤系统的可靠性，国内100～150MW容量等级的CFB采用了炉前单级给煤，即在炉前布置多台给煤机，分别向各点给煤口给煤，使给煤与返料分离。分离器布置于后墙的150～300MW容量等级的CFB，为加强炉内氧量分布引入了W形燃烧区，采用前后墙混合给煤系统，炉后二级给煤系统的二级给煤机为多点给煤方式；分离器位于炉膛左右两侧的呈H形布置的CFB，则采用侧墙一级给煤，给煤机采用多点给煤方式。给煤机上设计了密封风，给料机使给煤系统与炉膛隔离。随着CFB容量等级的增大，给煤的输送距离增加，刮板给煤机的成本也随之增加，事故率也上升，因此，在给煤系统设计中采用更经济的皮带输送机。目前应用的给煤方式有：
(1) 绞龙给煤机单级炉前给煤。用于小型CFB。
(2) 刮板给煤机单级炉前给煤。用于中小型CFB。
(3) 皮带秤给煤机单级炉前给煤，或皮带秤和皮带给煤机单级炉前给煤。用于布置适合于炉前给煤的中大型CFB，落煤管上设计有快速关断阀。
(4) 炉后二级给煤。用于M型布置的分离器位于炉膛后墙的中小型CFB，其中第一级为刮板给煤机，第二级为绞龙给煤机，或两级都为刮板给煤机。
(5) 炉后二级给煤机多点给煤系统。用于M形布置的分离器位于炉膛后墙的大型CFB，二级给煤机多点给煤，各落煤管上设计有旋转给料阀（星形给料机）和快速关断阀。
(6) 前后墙混合给煤系统。用于大型M形布置的分离器位于炉膛后墙的CFB。其中，前墙为皮带秤给煤机单级炉前给煤，炉后为二级给煤多点给煤系统。
(7) 炉侧墙单级刮板给煤机多点给煤系统。用于大型H形布置的分离器位于炉膛左右两侧的CFB，各落煤管上都设计有旋转给料阀（星形给料机）和快速关断阀。
2 给煤系统的主要缺陷
2.1 皮带给煤机单级炉前给煤的缺陷
皮带给煤机单级炉前给煤系统设计简单，运行平稳，基本上无堵煤现象，发生的事故主要是高温炉烟反窜烧毁皮带给煤机。这种事故在50～145MW容量等级的CFB电厂上发生过多起。事故发生的原因多为煤黏结在煤仓壁上，形成中空的直孔，当给煤中断形成高温烟气通道时，快速关断门被卡涩，不能严密关闭。这说明给煤系统缺乏对封锁高温炉烟的设计或相应装置不起作用。其他采用皮带给煤机单级炉前给煤设计并已投产的十多台100～145MW容量等级的CFB也存在此问题。有2台100～145MW容量等级的CFB电厂已经发生了高温炉烟反窜烧毁皮带给煤机的事故。
2.2 多点给煤系统的缺陷
采用给煤机多点给煤的CFB给煤系统的问题较多。刮板给煤机中部和端部的2个落煤口的给煤均匀性在设计上欠考虑，落煤口开口为全宽度开口，使落煤口的给煤分配严重不均匀；在下煤过多的落煤口处，二级给煤机与位于第三级的星形给料机之间的容量配合出现问题，煤长期受挤压而结块，容易堵塞通道；刮板给煤机过长，在运行中易断链；给煤机漂链；星形给料机黏煤，长时间运转后变成了一个圆柱，造成通道堵塞；星形给料机叶片经常被异物卡住而造成断链；星形给料机轴套中经常窜入细煤，造成摩擦发热而烧坏。
3 给煤系统的功能要求和关键设计
CFB炉膛的燃烧区为正压，给煤系统在设计和设备选型时，必须使系统具备2个功能：保证煤连续供给和防止燃烧区的高温烟气反窜。因此给煤系统必须实现的功能有：煤的连续供给，煤的计量控制，在各给煤口均匀分配煤量，防止燃烧区的高温烟气反窜，系统隔离。
采用皮带给煤机的给煤系统的设计关键是防止燃烧区的高温烟气反窜。可行的方法是在给煤系统上增加密封式给料阀（如叶轮式或星形的旋转给料阀），或采用双级重力式锁气器设计。在给料阀内、锁气器上设计清扫风，当必要时可进行清理。
埋刮板式给煤机沿程给煤设计的关键是给煤口的设计。埋刮板给煤机落煤口处设计插板门以调节落煤口的大小，插板门布置在埋刮板式给煤机的底板上或箱体上；或者当埋刮板式给煤机底部开落煤口时，开口的长度和宽度要适当，在沿宽度方向上的开口区与非开口区间设置隔离叶轮，以便更好地控制煤的分配。在落煤口处设计密封风和脉冲清扫风，落煤管上设计给料阀，以输送给煤并隔离高温炉烟；给料阀截面对于落煤管而言要有一定余量。给料阀内设计脉冲清扫风，必要时可对非受煤叶片进行清理。给料阀密封风和脉冲清扫风的设计有多种方式，将风由空心轴端供入后沿径向清扫或由空心叶片供入清扫，都是可行的。快速关断阀采取向下倾斜式设计，这样可以防止积灰。
多点配煤的系统设计除沿程配煤方式以外，其实还有其他的方式可供选择，如采用分叉管设计、气力斜槽输配设计等。
4 给煤系统设计优化与运行方式
4.1 给煤系统及运行方式的改进措施
配煤口设计不能满足均匀给煤是多点给煤系统的主要问题之一。其主要原因为沿程给煤均匀性在设计上欠考虑，星形给料机不适合承担控制给煤量的任务，快速关断阀被布置成水平方式且与被控制区之间无空间余量。
给煤系统设计的改进方法主要有：在中间落煤口增加弹性扰动装置，并增加中部密封风以保证下煤畅通；刮板给煤机内刮板靠近链条处加限位钢筋，以限制漂链；改造星形给料机，将轴套移出阀体与煤分离；减少星形给料机叶片数目，增加对叶片的清扫风，以清除黏煤；加装除铁器；扩大星形给料机处的间隙，防止卡涩，增加密封风。
大多数循环流化床电厂采取的措施是取消星形给料机和快速关断阀，在给煤机落煤口下方增加插杆门，通过插拔插杆去控制星形给料机的煤量。增加密封冷却风以便封堵断煤时可能出现的高温烟气反窜，并增加快速关断门。多级给煤系统有2种设计：
(1) 皮带式给煤机配置后级给料阀或锁气器的设计，它是一种较为理想的给煤系统设计。皮带式给煤机及卸料器或分叉管实现输配煤功能，给料阀或锁气器实现隔离高温炉烟的作用，快速关断阀用于隔离给煤系统和炉膛。多级给煤系统设计为：两级给煤机均采用皮带输送机，一级给煤机为封闭式皮带输送机。二级给煤机为密封式皮带输送机，相应地在皮带的落煤口处设计固定卸煤器，可以比较精确地实现均匀配煤。机壳内设计有密封风，落煤口处设计密封风与清扫风。二级给煤机下部的给料阀不仅输送给煤并隔离高温炉烟；给料阀处设计密封风与清扫风，给料阀下设计向下倾斜式快速关断阀，便于隔离系统。设计的关键是给料阀及该处密封风的设计，采用一次热风送煤可以简化系统，且可以增加风煤的刚度和穿透力；在实现送煤的同时，还可以防止燃烧区的高温烟气反窜。
(2) 封闭式皮带输送机作为第一级给煤机，第二级给煤机用埋刮板式给煤机。第一级给煤机使煤从煤仓到第二级给煤机。第二级给煤机底部或下部侧向开落煤口。落煤口处设计插板门以调节落煤口的大小。落煤口处设计有密封风和脉冲清扫风，落煤口下的落煤管上有给料阀等锁气装置，以便输送给煤和隔离高温炉烟。给料阀内设计有脉冲清扫风，必要时可对非受煤叶片进行清理。给料阀下部设有快速关断阀，它是向下倾斜式的，这样可以防止积灰；同时，给料阀出口处的落煤管口也为斜口式，其直径小于连接返料斜管的落煤管径。
4.2 运行方式的改进
运行方式上的改进为：使星形给料机运转速度和输送能力大于上一级给煤机在相应落煤口的配煤量，不再承担控制给煤量的任务，仅仅起给煤输送和对高温烟气的密封作用。
系统运行应采用由上位机控制的程序控制方式。给煤量的控制是通过调节具有配煤功能的第二级给煤机的转速来实现，第一级给煤机的输送速度与第二级给煤机转速同步调节。主要起隔离高温炉烟作用的给料阀不但要与第二级给煤机的转速同步调节，在输送能力上还要略大于此时运行的第二级埋刮板式给煤机。
循环流化床电厂给煤系统设计需要从整个系统考虑。在煤场及早清除异物，在前级原煤运输系统上设计适当的除铁装置和细末分离装置，这对于防止给煤系统的堵塞有明显效果。为了给煤系统的安全运行，各级之间的连锁保护是必要的。连锁保护的设计应该是：系统投运时近炉侧的阀门和输送机应先投入，然后投入第二级给煤机，最后投入第一级给煤机。系统停运的顺序则与之相反。运行控制方式为上位控制，带配煤功能的给煤机控制给煤量，第一级给煤机和给料阀与之同步调节。
5 给煤系统的选择
CFB给煤系统要简单可靠。在炉型条件许可时，尽量采用单级炉前给煤方式，当输送距离大于20m时，尽量采用皮带给煤机方式，以提高系统的可靠性。
小型CFB选择绞龙给煤机单级炉前给煤方式；中型CFB可选择刮板给煤机单级炉前给煤方式；中大型CFB选择皮带秤给煤机单级炉前给煤方式，或采用皮带秤和皮带给煤机单级炉前给煤方式，落煤管上设计锁气器。大型CFB采用炉后墙二级给煤机多点给煤系统时，第一级给煤机选用皮带给煤机，第二级给煤机选用刮板给煤机。大型M型布置的CFB给煤系统为前后墙混合方式时，前墙为皮带秤给煤机单级炉前给煤，炉后为二级给煤机多点给煤系统。大型H型布置的分离器位于炉膛左右两侧的CFB多点给煤系统，可以采用皮带给煤机方式；或在刮板多点给煤机前加皮带输煤机，以减小刮板给煤机的长度，提高系统的可靠性。
6 结论
CFB的给煤系统需要实现的功能有：连续供给煤、煤的计量控制、均匀分配煤量、防止燃烧区的高温烟气反窜和系统隔离等。采用皮带给煤机和热一次风送煤是大型CFB给煤系统设计的发展趋势。给煤系统要简单可靠。在炉型条件许可时，尽量采用单级炉前给煤方式，当输送距离大于20m时，尽量采用皮带给煤机方式，以提高系统的可靠性。
目前投运的一些CFB的给煤系统存在安全隐患，应引起注意。当采用皮带给煤机的给煤系统设计时应该增加防止燃烧区的高温烟气反窜的锁气装置。多点给煤的给煤机须重视给煤口的设计,系统运行的控制方式应采用由上位机控制的程序控制方式。
7 参考文献
［1］ 蒋敏华，张敏.清洁能源技术——循环流化床（CFB）电站锅炉.中国能源网,2003，07.
［2］ 党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行,北京：中国电力出版社,2002.
［3］ 党黎军.循环流化床锅炉的给煤系统发展和设计选择.热力发电,2005(2):13～14.
［4］ 党黎军.循环流化床锅炉多点给煤系统遇到的问题与对策.锅炉技术,2004(6).
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