cfb锅炉启动过程床料低温结焦的原因分析及对策

cfb锅炉启动过程床料低温结焦的原因分析及对策

循环流放锅炉（cfb）是一种高效、低污染、清洁的燃煤技术。它具有燃料适应性强、负荷调节性能好、灰烬渣易大规模使用等优点。但在循环流化床锅炉诸多事故中,结焦事故是一种常见燃烧事故,无论点火或正常运行中都有可能发生[1～2]。当床层整体温度低于灰渣变形温度而由于局部超温或低温烧结而引起的结焦称低温结焦,低温焦块是疏松的带有许多嵌入的未烧结颗粒。床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦称为高温结焦,高温焦块表面上看基本上是熔融的,冷却后呈深褐色,并夹杂少量气孔。运行中的床温、床压和流化都正常情况下出现的缓慢长大的焦块称渐进性结焦。不论是哪种原因引起的结焦,随着时间的推移,焦块像滚雪球似的越滚越大,造成流化更加困难,而流化不良又加剧结焦,最后被迫停炉。1锅炉及钢架支吊布置广东连州电厂二期工程440t/hCFB机组4#机组于2004年3月投入运行,锅炉为哈尔滨锅炉厂采用引进Alstom的CFB锅炉技术设计生产的HG-440/13.7-LWM9型超高压中间再热循环流化床锅炉,全钢架支吊结合的固定方式,半露天布置,平衡通风。运行时燃烧室处于正压工况,床上床下联合启动,固态机械除渣,气力除灰。1.1温度预热布置锅炉主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、自平衡“U”形回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室布置有大直径钟罩式风帽,炉内布置双面水冷壁、屏式Ⅱ级过热器和屏式热段再热器,燃烧室与尾部对流烟道之间布置两个高温绝热旋风分离器,尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器和空气预热器。整个锅炉结构示意见图1,燃烧室内的风帽﹑油枪及回料口的布置见图2的炉膛底部结构图,主要技术参数见表1。1.2无烟煤的燃烧锅炉设计燃用的煤种主要来自湖南临武、宜章、嘉禾、白沙等地产的无烟煤以及连州本地产的无烟煤,运行中湖南煤和连州煤按一定比例混合送入锅炉燃烧。煤种和校核煤种见表2。运行中煤粒最大允许粒径小于等于7mm,d50=0.6mm,d小于350µm不大于10%。煤的变形温度t1、熔化温度t2在1180～1200℃。2煤前床料结焦现象投运后的多次启动升炉过程中,发生了投煤前床料结焦现象,即低温结焦现象,严重影响了电厂机组安全及经济运行,本文针对这些现象的原因进行了查找与分析。2.1床料结焦对比2004年10月4日,投煤前床温在980～1030℃之间维持了约30min,由于当时床料系统故障,没能及时加床料,在没有将炉内大量焦块排出的情况下投煤,结果造成被迫停炉清焦。2006年2月7日锅炉启动,投煤前床温在980～1012℃之间维持了约60min,床料结焦较严重,需置换床料,造成机组启动时间较长,升炉共用油190t。2006年5月29日23:30,4#炉床压4.0kPa,表计显示一次总风量15.5万m3/h,点着床下2#、3#油枪,此后按温升率1.0℃的速度升温。5月30日11:204#发变组并网,启动A给煤机,以3t/h给煤量脉冲投煤3min,11:26启动B给煤机,以3t/h给煤量脉冲投煤。这同就地观察发现4#炉炉膛有较多小焦块,启动过程炉膛最高温度是中部床温980℃。通过对床料样(启动床料、启动床料+柴油、河沙)加热至950℃恒温2h观察,没有发现床料样粘结。4炉#多次在启动时发生床料结焦,每次的焦块都是细床料粘结成一块,分析认为属于低温结渣。综合几次该炉的结焦过程,发现具有以下共性:(1)焦块成分是细小的床料,较松散;(2)一般在床上油枪运行3h后,床温大于680℃;(3)焦块首先在后墙出现;(4)每次出现结焦都有中部或上部的某点床温大于980℃;(5)在投煤及负荷升高,油枪全退后,焦块会逐渐减少。2.2风压测量的误差一次风风量不足,导致床料流化不良。运行中发现DCS标定显示的一次风量与实际相差较大,电厂于2006年5月对4#炉进行了冷态风量试验,通过西安热工研究院重新测定发现,4#炉DCS表盘显示的主一次风总量与实际值相差较大,DCS显示主一次风量为15万m3/h时,实际的主一次风量只有12万m3/h;4炉在料层高度530mm时,测得临界流化风量是13.7万m3/h(主一次风),而DCS显示的数据应为17.79万m3/h。而4#炉DCS表盘显示的4支床下风道燃烧器的平均风量更加离谱,DCS显示4支床下风道燃烧器的总风量为15万m3/h时,实际风量只有7.5万m3/h。由于风量测量的误差,机组在启动过程中,4支床下风道燃烧器未退出前,一次风(流化风)全部由4支床下风道燃烧器提供,期间通过入4支床下油枪的总风量为总一次风量,从机组多次启动的一次风量看,投煤前的一次风总量(4支床下风道燃烧器的总风量)一般为14～16万m3/h(CRT上显示值),而这时实际的一次风总量(流化风)只有7～8万m3/h,远远小于要求的临界流化风量13.7万m3/h,势必造成炉内床料流化不良,在4个返料口附近床料更是呈局部静止状态。油枪中心火焰直接在局部静止状态床料上燃烧。床上油枪为机械雾化,刚度和射程较远。当侧墙1#、6#(与1#位置相对)床上油枪在运行时,火焰中心偏向燃烧后墙台阶和1#、4#返料口处。前墙3#、4#床上油枪在运行时,火焰直对中间的2#、3#返料口,同时,由于炉膛深度×宽度为7.22×13.7m,#3、4#床上油枪的燃烧空间相对不够,90°角直接对冲1#、6#床上油枪,造成1#、6#床上油枪火焰中心严重偏向炉膛的后墙台阶和4个返料口。同时,因床料流化不良,火焰直接与静状态的床料较长时间接触喷射加热后,表面层床料则会超温结焦。各油枪及喷口的布置见图2。从4#机组历次投煤前发生结焦的情况看,每次结焦都有炉膛部分测点超温的现象(2004年10月4日结焦前为1030℃,2006年2月7日发生结焦前1012℃,2006年5月30日发生结焦前为980℃),且结焦的严重程度明显与超温幅度及持续的时间成相同趋势。从以上分析可以发现,由于风量标定不准,造成4#炉在启动初期,流化风量远远小于临界流化风量,床料流化不良,因此造成细小的床料在粗床料上鼓泡流动,(下转第50页)(上接第48页)特别是分离器上细小的床料在回到4个返料口与床料接触处时,流动性更差。另外,由于油枪布置及其雾化特性的不合理,容易产生局部高温,造成床料结焦。3床下风道燃烧流化风,是一个案修正了DCS显示的主一次风量、二次风量、床下风道燃烧器的风量和高压流化风量。由于机组启动初期炉膛的流化风全部由床下风道燃烧器提供(此时的流化风量是4支床下风道燃烧的风量总和),而现在的临界流化风量试验所测得数据是两侧主一次风量的总和,与启动初期的实际运行方式不符,且床下风道燃烧器的风管较短,特别是直管段更短,合理安装测点较困难,从而使实际风量与测量风量有较大偏差。通过床下风道燃烧流化风的临界流化风量试验,取得了4#炉点火至退油枪阶段的临界流化风量。根据风量调整后的情况,重新调整床下、床上油枪出力。(1)将床下油枪雾化片由0.4t/h调为0.6t/h,规定相应的风道燃烧器的预燃室烟气温度≯1200℃,风道燃烧器的烟温≯950℃。若发生温度超限,先增加风量冷却,若不能控制温度在许可范围,则调整油枪出力。(2)将床上1#、2#、5#、6#床上油枪雾化片由1.2t/h调整为1.0t/h,前墙的3#、4#床上油枪雾化片由1.2t/h调整为0.8t/h,通过清理或更换小一规格的油枪雾化片,控制炉膛各测点床温不超过950℃。(3)油枪调整原则是:尽量增大床下油枪出力,尽量降低A、B侧墙的4支床上油枪出力,尽量不投前墙的2支床上油枪。在4#炉升炉过程中,除控制床上床温各测点温度不超过950℃,还要求投入床上油枪时,应调整一次风实际风量高于临界流化风量1万m3/h左右,并尽快升高床温至投煤温度,投煤前应保证床压在3.0～3.5kPa之间,投煤时下层平均温度控制在650℃左右,且流化状态良好。4整理后的结焦预防成效(1)连州电厂循环流化床锅炉的结焦属于低温结焦,原因是由于一次风风量不足导致床料流化不良,同时油枪中心火焰直接在局部静止状态床料上燃烧造成的。(2)DCS显示风量值指示偏大是流化风不足的主要原因。纠正各风量值,重新测定临界流化风量值