高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行特點及對策探討

1、高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行特點及對策探討 通過對某熱電公司一臺高倍率循環(huán)流化床鍋爐在調(diào)試運行中發(fā)現(xiàn)的幾個問題的分析和討論，試圖摸索出高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行過程中的一些內(nèi)在規(guī)律，并提出相應的處理措施，以指導實際運行操作。1 鍋爐運行情況概述：11 該鍋爐是由xx鍋爐廠生產(chǎn)的xg-130/3.82-m13型中溫中壓、單汽包、單爐膛、自然循環(huán)、全懸吊全鋼架“m”型布置的循環(huán)流化床鍋爐，物料分離和回送裝置采用蝸殼式汽冷旋風分離器和“u”型返料器，鍋爐采用dcs系統(tǒng)進行控制、操作。12 主要設計參數(shù)為： 額定蒸發(fā)量變 130t/h，主汽壓力 3.82mpa，主汽溫度 450，鍋爐熱效率 90.37%，物

2、料循環(huán)倍率 2530，脫硫效率(ca/s為2.0時) 80%，燃用設計煤種燃料消耗量 20.06t/h,石灰石消耗量 0.51t/h,密、稀相區(qū)燃燒份額 6413 設計燃煤特性：收到基全水份(my)： 8.22%收到基揮發(fā)份(vy)： 26.67%收到基碳(cy)： 47.56%收到基灰份(ay)： 32.11%收到基氫(hy)： 2.5%收到基氧(oy)： 8.34%收到基氮(ny)： 0.77%收到基全硫(sy)： 0.4%入爐煤粒度范圍：010mm，50%切割粒徑d50=1.5mm。14。鍋爐調(diào)試運行情況：該循環(huán)流化床鍋爐在調(diào)試運行過程中表現(xiàn)出良好的性能，主要表現(xiàn)在運行穩(wěn)定、帶負荷能力強

3、，在最高負荷143t/h時和最低30t/h時仍能保持良好的運行性能。從整個運行情況看，該爐物料分離器分離效率高，因而確保了鍋爐物料循環(huán)量達到設計要求，從燃燒效果看，該爐燃燒效率很高，飛灰含碳量、底渣含碳分別在5%和1.5%以內(nèi)，實際燃料消耗量1618t/h左右。但是，該爐在調(diào)試運行中也發(fā)生了諸如床層結(jié)焦、物料將床層和返料器壓死、床層或返料器物料消失、床層返料器結(jié)焦等不正常情況，這些不穩(wěn)定因素嚴重影響了鍋爐運行安全，也造成了較大的直接和間接經(jīng)濟損失。2異常情況原因分析：21從發(fā)生異常運行情況時的工況統(tǒng)計數(shù)字來看，大多數(shù)都處于升、停爐或加、減負荷的變工況過程中，正常運行過程中發(fā)生異常情況也是在鍋爐

4、負荷較高或較低時但次數(shù)較少。也就是說大多數(shù)異常情況是發(fā)生在鍋爐處于一種不穩(wěn)定工作狀態(tài)之中。22高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行特點：因異常情況主要發(fā)生在升停爐或變負荷過程中，在對一、二次風量、返料量和給煤量進行調(diào)整時發(fā)生的，因而對高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行特點的把握至關(guān)重要。由于該循環(huán)流化床鍋爐屬高倍率循環(huán)爐，鍋爐廠根據(jù)設計煤種屬高揮發(fā)分、高熱值、低灰分的特點選用高倍率循環(huán)的燃燒方式是完全正確、合理的，該爐表現(xiàn)出很高的燃燒效率也證明了這一點。然而，25-30的物料循環(huán)倍率意味著在以1618t/h的給煤量加入爐膛的同時，約有400-480t/h或更高的循環(huán)灰量在爐膛和主循環(huán)回路中循環(huán)，其中爐膛中的循環(huán)灰量

5、份額占絕對優(yōu)勢，即爐膛中的顆粒濃度極高（是一般循環(huán)流化床鍋爐顆粒濃度的2.5-3.0倍），而爐膛上、下部（即密、稀相區(qū)）顆粒濃度分配（即燃燒份額）主要是由一、二次風量比例及返料量大小決定的（給煤量的變化也有影響但較弱）。因而如果在變負荷操作過程中，對一、二次風量及比例、返料灰量及給煤量的調(diào)整未能把握高倍率循環(huán)爐的特點而造成調(diào)整失當，勢必引起爐膛內(nèi)上下部顆粒濃度大幅度波動，當這種波動影響力達到使爐膛上下部顆粒濃度比例嚴重失調(diào)時，就會出現(xiàn)：或下部顆粒濃度過大物料將床層壓死；或物料大部或全部集中于上部空間床層物料消失。 同時，爐膛內(nèi)顆粒濃度的大幅波動也使爐膛出口的顆粒濃度發(fā)生大幅波動，而這種濃度波動

6、也引起爐膛出口含塵煙氣溫度和煙氣速度（當爐膛出口負壓值保持不變）的大幅度變化，進而對分離器的分離效率產(chǎn)生重大影響。或因爐膛出口顆粒濃度、溫度、速度（此三者的變化方向是一致的，且三者變化值分別都與分離器效率變化值成正比例關(guān)系）大幅上升，分離器效率也大幅度提高（此上升幅度以近三次方速度進行），亦即分離器下來的返料量可大幅增加，造成返料器松動床所受到的壓力大幅增加，如此壓力增加是瞬間進行的，松動床將無法承受而被壓死；反之，當爐膛出口顆粒濃度、溫度、速度大幅下降時，分離器效率也大幅下降，返料量也隨之減少。如發(fā)生床層壓死等極端情況時，返料進入立管中的量幾乎為零，而返料風如未被及時停用，則立管中僅存不多的

7、返料仍將被送入爐膛，當立管中存料料位重力不足以抵消返料風壓時，立管料層就會被擊穿，造成返料器空床。由于引風機的抽吸力和分離器阻力的共同影響，爐膛床層中極細顆粒有可能沿返料通道反竄到尾部煙道。23運行操作的影響分析：由于使用了dcs系統(tǒng)這種較先進的控制手段，運行操作人員可以更方便、更快捷地完成各種監(jiān)視和操作任務。dcs系統(tǒng)不但可讓運行人員利用點擊鼠標的方式操作所有開關(guān)量，而且在進行各風門檔板、閥門開度、輔機轉(zhuǎn)數(shù)等開關(guān)量調(diào)節(jié)時可由運行人員根據(jù)需要直接設定好目標值，經(jīng)確認后由微機自動快速跟進調(diào)節(jié)電動操作機構(gòu)執(zhí)行，執(zhí)行完畢后微機還將執(zhí)行情況以反饋信號的方式予以反饋。此種控制方式被掌握后不但大大減輕了運

8、行人員工作量，而且操作準確率極高，省時省力。經(jīng)一段時間磨合，運行人員均能熟練運用此項操作技能。這種操作手段不但被熟練地運用于鍋爐正常運行中，而且在升停爐、加減負荷等變工況中，運行人員也根據(jù)運行經(jīng)驗使用該手段，以期用較快速度完成各項操作。 根據(jù)該循環(huán)流化床鍋爐以往發(fā)生的一些異常情況大多發(fā)生在升停爐和加減負荷等變工況過程中的事實，我們對運行人員在變工況時的一些操作進行了詳細的分析和研究，經(jīng)對各種變工況下的一次風量和風壓、二次風量和風壓、返料風量和風壓、點火風室壓力、床層壓力等操作曲線，并結(jié)合高倍率循環(huán)流化床鍋爐的運行特點進行了認真分析研究，認為各種異常情況的發(fā)生除了煤質(zhì)（含粒度）變化、設備結(jié)構(gòu)設計

9、存在著的一些不足等客觀原因外，與運行人員在變工況時的操作不當有很大的關(guān)系?，F(xiàn)將各種異常情況發(fā)生的原因和現(xiàn)象分析、討論如下：231一次風量增加或二次風量減小操作幅度過大、過快，爐內(nèi)一、二次風量比例失衡：在升爐和加負荷過程中，運行人員往往依運行經(jīng)驗在進行一、二次風量調(diào)整時采用預先設置目標值，后由微機帶動電動機構(gòu)執(zhí)行快速達到目標值的方法進行操作的。這種操作方法帶來的后果是，依據(jù)循環(huán)流化床加負荷先加風、后加煤的操作原則，司爐在升爐和加負荷過程中，也是先加風后加煤，而在風量調(diào)整時又按先加一次風后加二次風的順序進行。如此，當一次風量的增加是通過微機操作快速完成的（此時間只須幾秒至十幾秒），而且風量調(diào)整幅度

10、達幾萬立方米時的極端情況下，在此瞬間爐內(nèi)工況可能發(fā)生根本性的改變，即當一次風量增加時二次風量、給煤量并未增加跟進，此時爐內(nèi)一、二次風比例中一次風占絕對優(yōu)勢，爐內(nèi)顆粒濃度份額（燃燒份額）隨之發(fā)生根本性改變。大量原本停留在爐下部密相區(qū)內(nèi)的顆粒，因一次風速隨風量迅速加大而超過顆粒終端速度，被送入爐上部稀相區(qū)。床層顆粒濃度迅速下降，這使一次風速進一步加大（料層阻力在進一步減?。?，床層顆粒濃度進一步減小，除那些為數(shù)不多的終端速度大于一次風速大顆粒外，床層顆粒幾乎全部離開密相區(qū)床層物料消失。與此同時，稀相區(qū)也因瞬間濃度增加過快，稀相區(qū)燃燒份額迅速加大，使爐膛出口顆粒濃度和煙氣溫度迅速增加，如此時爐膛出口仍

11、保持為負壓則煙氣速度也會增加。隨著爐膛出口（即分離器進口）含塵氣流的濃度、溫度、速度的迅速增加，分離器分離效率也將迅速提高很多，被分離出來進入返料區(qū)域的返料量迅速加大，返料立管中灰柱對返料器形成的壓力迅速加大。由于這種壓力增加量遠超過一次風增加量對返料風的影響，造成返料器堵塞。如正常運行時返料器煙溫度接近1000，返料器被壓死后就可能發(fā)生結(jié)焦。232一次風量或二次風量操作幅度過大、過快：在停爐或減負荷等變工況過程中，如一次風量或二次風量調(diào)整操作同樣采用微機快速（幾秒至十幾秒）完成的方法，其幅度達到幾萬立方米時，將使爐內(nèi)上下部物料顆粒濃度同樣發(fā)生急劇變化。由于高倍率循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)上下部物料顆

12、粒濃度極高，二次風在鍋爐運行過程中除加強對顆粒燃燒擾動、補氧提高燃燒效率外，還將爐膛劃分為密相區(qū)和稀相區(qū)兩個相對獨立的燃燒區(qū)域，即起到進行爐內(nèi)顆粒濃度分配的作用。在高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行中，爐膛內(nèi)上部物料顆粒濃度極高，因而其重度（含內(nèi)循環(huán)顆粒重度）也很大，往往是低倍率循環(huán)爐的2.53.0倍，故二次風還以其足夠的剛度（其風速一般達60100m/s）一定程度上起到支撐爐上部顆粒重度的作用。在此情況下，如鍋爐停爐或減負荷等變工況操作中，減（或停）二次風量（機）時，也采用微機設定目標值快速完成操作，造成二次風量減小幅度過大、過快，二次風支撐爐膛上部物料支撐力瞬間減小很多（或消失），這樣，大量終端速度

13、超過一次風速的爐膛上部物料（含內(nèi)循環(huán)物料）就會瞬間向床層集中，而次時即使一次風尚未減小，也難以承受整個爐膛物料重力瞬間對其產(chǎn)生的壓力，床層由流化床變?yōu)楣潭ù?，床層被壓死。不僅如此，即便在正常運行二次風量調(diào)整也會對床層高低產(chǎn)生一定影響，這在鍋爐運行過程已得到了證明。而一次風量如減小時幅度和速度過大、過快，也會造成同樣的后果。24鍋爐系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)設計考慮不周造成的影響：241返料器的結(jié)構(gòu)設計的影響：該鍋爐雖設計采用高倍率循環(huán)，有著濃度極大的物料循環(huán)，但鍋爐廠在返料器的設計中對此并未予以充分關(guān)注，仍然采用傳統(tǒng)的設計方法，將返料風室設計成矩形，而非布風性能優(yōu)越的等壓風室。在返料風和松動風量分配的結(jié)構(gòu)設

14、計時，也只不過是在布風板開孔率加以考慮，而返料風帽與松動風帽結(jié)構(gòu)型式和風帽孔徑卻完全一樣，并未在兩種風帽結(jié)構(gòu)設計上多想些辦法。這些結(jié)構(gòu)設計很難保證兩個風室的風壓在鍋爐變工況即返料量大幅度變化時保持一致。同時，也未在返料立管下端（返料器進口）設置溫度和壓力測點，返料立管看火孔處也未設計觀察平臺，使運行人員無法從儀表和就地觀察返料器內(nèi)返料整體的運行情況，即使感到返料器運行不正常，進行返料風調(diào)整時很盲目。高倍率循環(huán)流化床鍋爐中如此重要的返料器運行情況因結(jié)構(gòu)設計不周而成為運行監(jiān)視的盲區(qū)，鍋爐運行工況特別是返料情況一旦大幅變化，運行人員無法根據(jù)實際情況作出快速判斷和果斷處理。這也是鍋爐異常情況頻發(fā)的又一

15、重要影響因素。242返料風系統(tǒng)設計的影響：設計院在進行返料風系統(tǒng)流量測量裝置設計時，只是在返料風母管上設置了一個測量裝置，正常運行時尚能保證監(jiān)視需要。但因返料風量和松動風量無單獨流量監(jiān)視裝置，當返料量發(fā)生大幅變化時，運行人員很難通過兩個風室風量的調(diào)整保持左右兩個返料器及同一返料器返料風室和松動風室的風量平衡。再加上返料器風室非等壓設計，當返料大量增加時，松動風量急速下降風壓急速上升。因返料器結(jié)構(gòu)原因無法保持松動風室的壓力恒定，大量風量向壓力相對小些的返料風室流去，造成松動風量進一步減小，返料將返料器壓死。反之，返料大量減少時，松動風因壓頭急速下降風量急速上升，將立管返料擊穿，返料被吹散。這些因

16、素加速了異常情況的發(fā)展。243給煤系統(tǒng)及給煤機結(jié)構(gòu)設計影響：因煤倉設計原因給煤機進口常堵煤，造成煤流不穩(wěn)。同時，兩臺“u”型絞籠給煤機因給煤機能力限制，單臺給煤機出力達不到鍋爐滿負荷運行要求，一旦任一臺給煤機斷煤對鍋爐運行工況特別是對爐膛燃燒工況影響很大，如處理給煤機斷煤時間過長，床層的穩(wěn)定性被破壞，爐膛上下物料濃度分配發(fā)生改變，司爐此時若處置不當，異常情況亦隨時可能發(fā)生。3異常情況處理對策探討：31運行操作原則性處理對策：針對高倍率循環(huán)鍋爐的運行特點，在對鍋爐異常情況進行深入分析研究后，必須對運行人員在運行工況調(diào)整特別是變工況調(diào)整操作作出一些原則性規(guī)定，以指導運行操作，防止異常情況發(fā)生。31

17、1一次風機風量調(diào)整：在一次風量調(diào)整時，禁止使用在dcs中設定目標值后由微機自動跟進快速完成操作的方法進行。而必須用點擊鼠標的方法小幅慢速完成一次風量加減操作，將因一次風量調(diào)整給爐內(nèi)上下部顆粒濃度分布造成的影響降低到最小，避免運行異常情況發(fā)生。312二次風機啟停和風量調(diào)整：根據(jù)高倍率循環(huán)流化床鍋爐運行特點，要求在升爐期間必須盡可能地早投用二次風機，而在停爐時應盡可能遲地停用二次風機，以保證爐內(nèi)上下部顆粒濃度分布在合理范圍內(nèi)，避免床層壓死或消失情況發(fā)生。鍋爐正常運行過程中，二次風量調(diào)整也應遵循小幅緩慢的原則，盡可能將一、二次風量比例控制靠近設計值64運行，保證床層運行穩(wěn)定，不發(fā)生異常情況。313正常運行床溫的調(diào)整：鍋爐正常運行時，床溫應盡量控制在900960之間,既使鍋爐有較高的燃燒效率，又避免床層和返料器因超溫引起的結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生。同時，在給煤機斷煤引起床層風煤比例失調(diào)時，應盡快處理恢復煤流正常，并適當調(diào)減運行風量保持床溫穩(wěn)定，保證爐內(nèi)顆粒濃度上下分布正常，防止意外情況發(fā)生。32鍋爐局部結(jié)構(gòu)設計不合理的完善：321返料器監(jiān)視裝置的完善：在條件允許情況下，可在立管下端分別設立一個測溫和一個測壓裝置，運行人員利用該處測量數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)有的返料器出口煙溫測點數(shù)據(jù)，可對返料器運行情