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大型循环流化床锅炉存在的问题及对策


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大型循环流化床锅炉存在的问题及对策
目前,我国已有几十台燃用 135 等级循环流化床锅炉的运行

投入商业运行,总体上看,它们都能带 B—MCR 负荷运行,锅炉 的热力参数均达到设计值,但相当一部分锅炉存在减温水量偏大, 排烟温度偏高的现象。运行中出现的问题有很多类似之处,本文 综合多台锅炉的运行经验,试图分析问题产生的原因

并提出改进 的措施。 1 循环流化床锅炉运行中主要存在下面几个方面的问题:

(1) 堵煤 ·给煤斗出口不下煤; ·给煤口上方旋转给料器堵转; (2) 风水联合冷渣器排烟困难 ·底渣在 3 个室内皆无法流化; ·一室压死,甚至一室出口堵塞,即使能排,渣温也很高; ·灰渣无法翻越二、三室之间的隔墙,造成二室充满,而三 室灰渣少,以至溢流口无渣可排。 (3) 喷水量偏大及排烟温度偏高 ·燃用纸反应能力煤出现的后燃烧现象,使尾部烟道入口烟 温上升 30~50℃;
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·尾部烟道中的过热器、再热器无法吹灰造成排烟温度高。 (4) 飞灰含碳量偏高,特别是燃用难燃煤种更是如此。 (5) 受热面磨损问题。 2 原因分析及对策 2.1 据资料报道,由于磨损造成停炉已占到 CFB 锅炉非计划

性停炉的 62%,严重影响锅炉长期安全运行。影响磨损量的主要因 素有:烟气流速、飞灰浓度、飞灰的磨损特性、材料的耐磨性系 数等因素有关。 CFB 锅炉的磨损部位与锅炉的结构、运行参数、材料特性等 因素有关,主要有受热面管子和耐火材料。易磨损的金属部位为 耐火材料与水冷壁交界处、不规则的管壁区域、水冷壁四角区域、 过热器前几排管子、省煤器前几排管子、金属膨胀节、布风装置 等。 2.1.1 卫燃带与水冷壁过渡区的磨损 磨损的原因有:一是卫燃带区由于沿壁面下流的固体物料与 炉内向上流动的固体物料运动方向相反,因而在局部产生涡流;另 一方面是沿壁面下流的固体物料在交界处产生流动方向的改变产 生反弹力,因而对水冷壁产生冲刷。其中后者与现场检查的结果 吻合较好。 目前该位置常用的防冲刷磨损的方法有结构防磨和材料防磨 两种。 结构防磨主要有让管设计、防磨梁和防磨板设计等措施。让
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管设计可去除该部位的涡流磨损和反弹力磨损。防磨梁、防磨板 设计和焊磨涂层等方法,其中耐磨涂层的制备方法有电弧喷涂、 氧乙炔火焰粉末喷熔、堆焊、热扩散渗层等措施。 综合比较耐磨效果、质量控制的难易程度、现场施工效率、 成本等,电弧喷涂是水冷壁较可行的措施。 2.2.2 水冷壁四周磨损 由于水冷壁四周物料浓度大,向火面焊缝容易不平整而导致磨 损速率高。所以水冷壁防磨措施中让管设计、清除凸出障碍物和 电弧喷涂是可行的方法。 2.2.3 对流受热面 CFB 锅炉的对流受热面磨损是一个比较严重的问题,磨损发 生的主要部位在过热器的第一、第二排管子,省煤器两端和空气 预热器出口处。这部分管排常因结构、安装或受热变形等原因形 成烟气走廊,物料速度较高,导致磨损加快。 该部位防磨除了在尾部烟道设计时应存分考虑选择合适风 速、合理结构外。在结构方面可在烟气转弯处加导流板,用于改 变烟气流动方向,减轻由于烟速和浓度不均所带来的磨损。材料 防磨方法有采用 ? 管、防磨瓦和防磨板、堆焊等。 2.2 流化床冷渣器运行的问题 引进技术生产的 135MW、 300MW 的 CFB 锅炉全部配置风水冷联 合冷渣器,其主要优点是容量大,冷却效果好,在国外是广泛使 用的定性产品,但在国内众多 CFB 锅炉上配套使用时,却困难重
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重,主要是锅炉排出的底渣粒径大、热渣进入冷渣器困难;有大 颗粒进入冷渣器之后在里面流化不好,只好被迫加大流化风,受 热面就容易受到磨损;第一风室必须定期放渣,稳定运行不可靠; 煤种一变立刻就要关心冷渣器。 如果从煤中杂质及入炉煤粒度无法控制的话,那么只能放弃 流化床冷渣器,转而改用对底渣粒度不敏感的滚筒式冷渣器、螺 旋式冷渣器、或强力钢带式冷渣器,前两者为国产、廉价,后者 进口、价格昂贵,但使用效果良好,能够满足运行要求。 2.3 飞灰含碳量高的问题 CFB 锅炉采用低温燃烧技术,当燃用贫煤、无烟煤等难燃煤 种时,飞灰含碳量高,这是性能考核试验的锅炉热效率难以达到 保证值的主要因素。 煤的燃尽程度受两方面因素的影响: ·锅炉结构因素:炉膛高度、分离器分离效率,飞灰再循环 系统; ·锅炉运行参数:媒质(Vdar、Aar、粒度级配) 、炉膛温度、 风煤混合均匀性、炉内停留时间等。 对于同一种炉型的 CFB 锅炉,结构参数差异不大,运行参数 中炉温、二次风供给方式等也不大,这种情况下,媒质就成了影 响燃尽程度的主要因素。根据实际运行经验得出:CFB 锅炉燃用 不同煤种得出的可燃基挥发分 Vdar 与飞灰含碳量 Cfa 之间有着非 常强的对应关系, 即随着 Vdar 减少, Cfa 相应增加。 那么减少 Cfa
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的措施主要有: 2.3.1 提高炉膛温度

CFB 锅炉的飞灰中,粒径在 40~50?m 的灰粒度含碳量最高, 大于 70?m 的灰粒度含碳量则比较低,前着多为分离器分离不下来 而一次通过分离器的灰粒, 在确保 SO2 及 NOx 排放指标合理的前提 下,适当提高床温是降低难燃煤种飞灰含碳量的有效措施。 2.3.2 解决 CFB 锅炉炉膛中心缺氧问题 在保证过量空气系数为设计值的前提下,减少一次风量,适 当增加二次风量,既可提高下床温,又能增加二次风的穿透能力, 有利于解决中心缺氧问题;降低下床压,减少床存量,也能增加 二次风的均匀混合效果,但是二次风的引入标高及风口直径已被 结构所固定,它是否满足不同标高处的燃烧份额的需要,二次风 的动量是否足够等还需通过设备改造和运行调整来解决。 2.3.3 发挥 CFB 锅炉的特点,提高煤粒在炉内的停留时间 CFB 锅炉的床料内循环及外循环方式增加了灰粒(煤粒)在 炉内停留时间,有利于煤粒燃尽,参与内循环的床料直径约为 0.3~1mm,而参与外循环的床料直径约为 0.09~ 0.3mm, 它们均能 在炉内停留足够时间而燃尽。上述范围以外的粗粒子,只能在密 相区翻腾,时间过长(10~30min) ,它会石墨化,反应活性下降 而“失活” ,而小于 0.09mm 的细粒子大部分以飞灰形式一次经过 分离器而离开锅炉,由于停留时间短,飞灰含碳量也会高。因此, 必须根据该煤种的成灰特性,调整入炉煤的粒度级配,尽量减少
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粒径偏大或偏小的床粒,其中,控制入炉煤中小于 0.2mm 粒子的 份额对降低飞灰含碳量尤为重要。 2.4 喷水量偏大及排烟温度高的问题 2.4.1 后燃现象应该是问题的重要原因,所谓 “后燃”是指细粒 子在分离器内继续燃烧 ,表现为分离器出口烟温高于其入口烟温 , 这个烟温差与煤质有关,如 k 电厂的△t 可达 30~50℃,负荷越高,越 接近上限;而燃用褐煤的 x 电厂, △t=0℃。 “后燃”使尾部烟道入 口烟温升高,增大了对流受热面的吸热量,也提高了排烟温度;为 了不使喷水量过大,这些受热面尽量不吹灰(只吹省煤器、空预器), 这也使排烟温度无法降下来。 2.4.2 我们认为在合理布置 CFB 受热面的基础上,通过运行

调整使炉膛中气固两相流的“运行流态”是确保热力参数达到设 计值的重要手段。但是直接测量炉膛内的飞灰携带率(或飞灰浓度 分布)是很困难的。目前,我们采用置于炉膛下部耐磨耐火层区域 的上,中,下三层床压测点的测量值间接反映上述指标。但上层床 压测点距布风板仅 5 米,尚不能很准确地代表炉膛中、上部的灰浓 度,根据国外经验建议采用炉顶至布风板下面的差压测点的测量 值△p 总代表炉膛内床料质量与布风板风帽压降的总和,对于锅炉 某一特定负荷,△p 总为一定值,可通过排放底渣进行调整;同时 采用炉顶测点与炉膛中部测点之间的差压值△p 上代表炉膛至分离 器入口的灰浓度,△p 上没有直接控制手段,但它受床存量、风量、 炉温和床料粒径级配等因素的影响,可通过这些因素间接改变△p
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。在锅炉运行中,运行人员应该根据负荷大小,改变上述因素使

△p 上达到一个预先给定值。可以认为,△p 上代表了在某一给定烟 气流量下的循环质量流量,它会影响炉膛的换热、炉膛上、下部 的温差以及后燃现象等等。锅炉设计工况是考虑加石灰石脱硫的, 而实际运行时用户往往不投石灰石,这会对床料粒径级配产生相 应的影响,由此产生的热力参数偏差也必须加以弥补。 总之,为了提高炉膛中、上部飞灰浓度,可以采用以下手段: · · · · 调整入炉煤粒度级配,增加参与外循环的床料分额; 坚持投入粒度合适的石灰石; 必要时,也可在运行时补充粒度合适的床料(如细沙); 通过排放粒度粗的底渣,也能改变床料粒度构成。

上述措施的结果就是提高床料的循环倍率 , 进而使炉膛传热 系数达到设计值,最终解决锅炉传热失调问题。 2.5 堵煤问题 原煤经破碎后送入煤斗,当入炉煤细粒子多,且其表面水分 大于一定值,则煤斗内煤粘壁压实、搭桥、出煤口不下煤,旋转 给料器轮斗粘煤、堵煤。CFB 锅炉以运行一旦断煤,虽不会灭火, 但对负荷及热力参数扰动极大,往往引发其他事故,夏季多雨没 有干煤棚,此类问题更严重。细粒子多不是堵煤的唯一原因,但 是重要因素之一,在改进措施中,除了改变煤斗型线、下煤口结 构以及煤斗内衬材料等措施外,应在两极破碎机之间加装转筛机, 使已合格的煤粒直接入煤斗,不要在破碎机中进一步破碎,最主
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要的还是在采购时控制原煤的细粒子份额。 3 3.1 结论 CFB 锅炉受热面管道的磨损影响因素很多,所以防磨措

施的制定需根据锅炉的磨损机理和原因,综合比较防磨效果、施 工难易程度、效率、成本等因素后才能确定。防磨措施一般包括 结构防磨、材料防磨和运行防磨。 3.2 由于煤质问题, 不能得到风水联合冷渣器流化所需的合

理的底渣粒径级配是该型装置不能正常运行的根本原因。若煤质 不能改变,则必须改用对灰渣粒度不敏感的冷渣器型式,如改用 滚筒式已是大势所趋。 3.3 CFB 锅炉具有清洁燃烧、稳燃性能好及煤种适应性强等

优点,但它并非燃烧效率高,因为其炉温低,在使用难燃煤种时, 不要对它的燃烧效率期望过高。 3.4 CFB 锅炉的燃烧工况的组织比煤粉炉复杂,炉内灰工况

偏离设计工况,实际的循环倍率达不到设计要求,这会降低炉内 传热系数,造成炉膛蒸发受热面与尾部过热、再热受热面的吸热 比例失调,从而引发锅炉过热器减温水量增大、排烟温度高等问 题出现。 3.5 根据煤质(Vdaf、 Aar、 成灰特性)规定合理的入炉煤的粒度

级配要求,是保证内能形成满足燃烧、传热所需要工况的主要手 段,设计及运行人员对此必须有清醒的认识。

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