燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行

燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)及運(yùn)行

1鍋爐結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)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(diǎn)。考慮到節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)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(chǎng)對(duì)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(qiáng)化了燃燒和傳熱,煤種適應(yīng)性強(qiáng)(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(jī)構(gòu),將未燃盡的細(xì)物料送回爐膛循環(huán)燃燒,使機(jī)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(duì)于一些特殊的煤種,設(shè)計(jì)及運(yùn)行還需要特殊處理。鍋爐在燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤時(shí),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(shí)渣塊形成很快,使燃燒不能繼續(xù)進(jìn)行,甚至造成很嚴(yán)重的后果。針對(duì)強(qiáng)結(jié)渣性煤的燃燒特點(diǎn),需要對(duì)鍋爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改動(dòng),才能使鍋爐適合燃燒強(qiáng)結(jié)渣性煤。在運(yùn)行中把握鍋爐燃燒強(qiáng)結(jié)渣性煤特點(diǎn),才能使鍋爐運(yùn)行狀況良好。本文對(duì)燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤的循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行行進(jìn)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(biāo)的。在灰熔融性的3個(gè)特征溫度測(cè)量中,灰分的變形溫度一般不易測(cè)準(zhǔn),當(dāng)灰分的熔化溫度>1500℃時(shí),受試驗(yàn)設(shè)備限制,往往測(cè)不到準(zhǔn)確的值。因此,在鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí),多采用灰分的軟化溫度表征煤的結(jié)渣特性。統(tǒng)計(jì)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(kuò)大。因此,在判別煤的結(jié)渣特性時(shí),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(biāo)。煤結(jié)渣性的判別標(biāo)準(zhǔn)見表1。由表1可知,強(qiáng)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(jì)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(jì)爐膛出口溫度不超過灰分的軟化溫度減100℃為宜。當(dāng)缺乏可靠資料時(shí),爐膛出口溫度應(yīng)小于1150℃。這樣,對(duì)于燃燒強(qiáng)結(jié)渣性煤的鍋爐,設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)煤并不粘結(jié)成片,隨著溫度的升高,就會(huì)粘結(jié)成片,且成片很迅速,如不及時(shí)清理,會(huì)造成很大的危險(xiǎn)。這就要求鍋爐送風(fēng)及時(shí),加強(qiáng)風(fēng)的擾動(dòng)作用,并撥動(dòng)給煤口的渣塊,防止堵塞。因此,不能采用常規(guī)的負(fù)壓給煤機(jī),而應(yīng)采用螺旋給煤機(jī),并配以播煤風(fēng)裝置。播煤風(fēng)裝置一般是裝在給煤機(jī)出口下部的一個(gè)風(fēng)管,起到對(duì)從給煤機(jī)流出的煤進(jìn)行播撒的作用。一般來說,強(qiáng)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(shí)間內(nèi)不易燃盡,這就要求鍋爐爐膛要高,增加燃燒時(shí)間。由于強(qiáng)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(qiáng)結(jié)渣性煤,要求采用正壓給煤、高爐膛、二次風(fēng)擾動(dòng)、加大落渣管尺寸。下面結(jié)合一臺(tái)20t/h循環(huán)流化床鍋爐燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤為例,介紹設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3高溫水冷渦流內(nèi)分離器燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見圖1,由于后部的對(duì)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(jì)特點(diǎn)。高溫水冷旋渦內(nèi)分離器由3片膜式水冷壁經(jīng)過恰當(dāng)?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(dāng)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(dòng),在此過程中由于流通截面縮小,流速會(huì)逐漸增大,到達(dá)高溫水冷旋渦內(nèi)分離器入口時(shí)會(huì)達(dá)到旋渦分離的最佳流速(20m/s左右)。以較佳流速進(jìn)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(shí)煙氣溫度很高,有時(shí)會(huì)達(dá)到980℃左右,但是膜式水冷壁內(nèi)流動(dòng)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(huì)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(gè)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(diǎn)。從高溫水冷旋渦內(nèi)分離器分離出的灰粒進(jìn)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(gè)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(gè)孔。鍋爐運(yùn)行時(shí)在松動(dòng)風(fēng)的吹動(dòng)下,回料道的灰?？梢詮倪@幾個(gè)孔流進(jìn)爐膛參加燃料的循環(huán)。為了滿足強(qiáng)結(jié)渣性煤燃用要求,對(duì)成熟的20t/h低速循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn),設(shè)計(jì)中在原來的20t/h鍋爐基礎(chǔ)上把爐膛加高了500mm,鍋筒標(biāo)高變?yōu)?1m,把負(fù)壓給煤機(jī)改為螺旋正壓給煤機(jī),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(dòng),延長了煤粒的燃燒時(shí)間,強(qiáng)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(dòng)風(fēng)松動(dòng)的方式。為了在煤開始著火到固定碳強(qiáng)化燃燒之前,防止大渣塊的形成,爐膛前部也加裝了4個(gè)可調(diào)節(jié)的多孔松動(dòng)風(fēng)裝置,當(dāng)有渣塊在給煤口附近粘結(jié)成片時(shí),就開啟多孔松動(dòng)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(qiáng)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(yùn)行的關(guān)鍵,尤其是燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤時(shí)。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒調(diào)整方法主要是對(duì)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(shí)、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(yùn)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(shí)間稍長,就有結(jié)渣的危險(xiǎn)。給煤量一定時(shí),送風(fēng)量過大會(huì)使?fàn)t料不斷減少,影響正常燃燒和傳熱。因此,在運(yùn)行中,要十分注意風(fēng)量和送煤量的配比。當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí),應(yīng)先加煤,后加風(fēng);當(dāng)負(fù)荷減少時(shí),應(yīng)先減風(fēng),后減煤。然后,再細(xì)調(diào)風(fēng)煤比,使循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。運(yùn)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(yùn)行事故的發(fā)生,具體包括以下幾方面:①風(fēng)門未動(dòng)而送風(fēng)量自行減少(風(fēng)道動(dòng)壓水柱下降)。若風(fēng)機(jī)傳動(dòng)皮帶沒有松弛,且風(fēng)道及風(fēng)箱沒有泄漏,這時(shí),應(yīng)檢查料層是否過厚。如果送風(fēng)門全開,仍不能達(dá)到一定的送風(fēng)量,則應(yīng)勤放冷渣,作為臨時(shí)措施,每次排放冷渣使風(fēng)箱動(dòng)壓水柱下降50mm左右。②風(fēng)門未動(dòng)而送風(fēng)量自行增大。這說明,料層厚度減薄,阻力減小。原因?yàn)?a.落渣管的放灰門不嚴(yán),或忘記關(guān)閉,爐料不斷漏出,應(yīng)設(shè)法關(guān)嚴(yán)。b.燃煤的灰分降低,料層厚度不斷減小。這時(shí)可投入冷渣,也可在原煤中摻進(jìn)一定比例的煤矸石。c.料層內(nèi)已局部結(jié)焦。這時(shí)若同時(shí)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(duì)局部結(jié)焦,可適當(dāng)?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(yán)重,則應(yīng)馬上停爐進(jìn)行處理,以免渣塊越來越硬而不易清除。4.3《理想國》第5冊(cè)第4頁循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行時(shí)保持的料層厚度主要取決于送風(fēng)機(jī)的壓頭,維持一定厚度的料層是鍋爐運(yùn)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(jìn)行調(diào)節(jié),料層過厚時(shí)就要放掉部分冷渣。風(fēng)箱靜壓一般是穩(wěn)定的,當(dāng)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí),可能是出現(xiàn)結(jié)焦或爐底沉積大量冷渣,應(yīng)及時(shí)排除。當(dāng)負(fù)荷保持穩(wěn)定時(shí),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(yùn)行中要時(shí)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(duì)燃盡不利,也影響鍋爐的熱功率;溫度過低(600～700℃)就易滅火,強(qiáng)結(jié)渣性煤也很容易結(jié)渣,如果一時(shí)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(shí),可根據(jù)其灰熔點(diǎn)和著火的難易,將溫度控制在850～950℃。運(yùn)行中料層溫度的波動(dòng)主要是由于風(fēng)量或煤量的變動(dòng)引起的?？赡苡捎阱仩t負(fù)荷變化時(shí),風(fēng)、煤量未能調(diào)整恰當(dāng),或由于給煤量不均勻,甚至中斷給煤,或由于運(yùn)行中煤質(zhì)發(fā)生了變化,風(fēng)、煤量調(diào)節(jié)不及時(shí)、不得當(dāng)?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(jìn)行調(diào)整。當(dāng)溫度慢慢地上升或有上升的趨勢(shì)時(shí),就適當(dāng)降低給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速;反之,就適當(dāng)提高給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速。密切監(jiān)視爐溫變化的趨勢(shì),及時(shí)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(shí),要根據(jù)含氧量對(duì)風(fēng)量適當(dāng)進(jìn)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(dāng)溫度超過正常運(yùn)行溫度,且還有繼續(xù)升高的趨勢(shì)時(shí),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(shí),把風(fēng)、煤量恢復(fù)到合理的水平。當(dāng)溫度低于正常運(yùn)行溫度但還有繼續(xù)下降的趨勢(shì)時(shí),可適當(dāng)減少風(fēng)量,待溫度停止下降,趨于穩(wěn)定時(shí),適當(dāng)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(dāng)溫度急劇上升時(shí)減少給煤量,加入適量的濕冷渣;當(dāng)溫度急劇下降時(shí)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(jiǎn)單,而且效果很好,但需要在點(diǎn)火和運(yùn)行時(shí)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(yùn)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(yùn)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(xì)顆粒)符合設(shè)計(jì)要求,風(fēng)煤比適當(dāng),保持正常運(yùn)行的料層溫度,鍋爐都能長期穩(wěn)定運(yùn)行。在料層溫度增加時(shí)也應(yīng)該勤開爐膛前部的松動(dòng)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(dòng)風(fēng)量控制進(jìn)入爐內(nèi)循環(huán)燃燒物料量。燃用強(qiáng)結(jié)渣性煤時(shí),松動(dòng)風(fēng)量應(yīng)比燃用常規(guī)煤種增加10%以上。在鍋爐啟動(dòng)初期,不開啟松動(dòng)風(fēng)閥,以便在回料道內(nèi)建立一定的料封高度。通常當(dāng)料封高度達(dá)到回料道上下兩個(gè)觀察門之間時(shí),可逐漸開啟松動(dòng)風(fēng)閥,調(diào)節(jié)物料高度,始終維持在上下兩個(gè)觀察門之間。鍋爐停運(yùn)前,可開大松動(dòng)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