燃用强结渣性煤的循环流化床锅炉设计及运行

燃用强结渣性煤的循环流化床锅炉设计及运行

1锅炉结构及运行特点循环流畅性锅炉采用传统流畅性燃烧与送式火肥之间的新燃烧技术，具有高效环保的特点。考虑到节约能源和经济效益的考虑，许多热业公司主要使用循环流畅性锅炉。有的供热企业也越来越倾向于将旧的链条炉改造成循环流化床锅炉,市场对循环流化床锅炉的需求量越来越大。循环流化床锅炉的燃烧系统由高温水冷旋涡内分离器等组成,此结构强化了燃烧和传热,煤种适应性强(甚至可燃用工业废渣),可减少SOx、NOx的排放量。循环流化床锅炉通过分离及回送机构,将未燃尽的细物料送回炉膛循环燃烧,使机械不完全燃烧损失大大低于普通流化床锅炉,热效率几乎可与同类煤粉炉相比。虽然循环流化床锅炉的煤种适应性广,燃烧充分,但对于一些特殊的煤种,设计及运行还需要特殊处理。锅炉在燃用强结渣性煤时,由于煤受到炉内高温辐射的作用,表面易软化熔融,形成板状渣块,有时渣块形成很快,使燃烧不能继续进行,甚至造成很严重的后果。针对强结渣性煤的燃烧特点,需要对锅炉的结构进行适当改动,才能使锅炉适合燃烧强结渣性煤。在运行中把握锅炉燃烧强结渣性煤特点,才能使锅炉运行状况良好。本文对燃用强结渣性煤的循环流化床锅炉的设计及运行行进探讨。2煤结渣性的判别煤的结渣特性是以煤灰分的软化温度和煤的低位发热量为判断指标的。在灰熔融性的3个特征温度测量中,灰分的变形温度一般不易测准,当灰分的熔化温度>1500℃时,受试验设备限制,往往测不到准确的值。因此,在锅炉设计和运行时,多采用灰分的软化温度表征煤的结渣特性。统计资料表明,随着煤的低位发热量增大,形成结渣的灰分的软化温度的上限扩大。因此,在判别煤的结渣特性时,除采用灰分的软化温度外,还以低位发热量作为辅助判别指标。煤结渣性的判别标准见表1。由表1可知,强结渣性煤灰的软化温度≤1350℃。目前,一般以灰分的变形温度作为不发生结渣的极限温度,锅炉设计中要求炉膛出口温度应稍低于灰分的变形温度,一般以灰分的软化温度与灰分的变形温度相差小于100℃作为参考依据,使设计炉膛出口温度不超过灰分的软化温度减100℃为宜。当缺乏可靠资料时,炉膛出口温度应小于1150℃。这样,对于燃烧强结渣性煤的锅炉,设计时炉膛出口温度应控制在950～1000℃。在燃烧过程中,炉膛温度低时煤并不粘结成片,随着温度的升高,就会粘结成片,且成片很迅速,如不及时清理,会造成很大的危险。这就要求锅炉送风及时,加强风的扰动作用,并拨动给煤口的渣块,防止堵塞。因此,不能采用常规的负压给煤机,而应采用螺旋给煤机,并配以播煤风装置。播煤风装置一般是装在给煤机出口下部的一个风管,起到对从给煤机流出的煤进行播撒的作用。一般来说,强结渣性煤的挥发分较高,易于燃烧,固定碳份额较大,短时间内不易燃尽,这就要求锅炉炉膛要高,增加燃烧时间。由于强结渣性煤燃烧后的渣块比较大,因此流化床的落渣管尺寸要加大。综上所述,采用循环流化床锅炉燃烧强结渣性煤,要求采用正压给煤、高炉膛、二次风扰动、加大落渣管尺寸。下面结合一台20t/h循环流化床锅炉燃用强结渣性煤为例,介绍设计特点。3高温水冷涡流内分离器燃用强结渣性煤循环流化床锅炉的设计结构见图1,由于后部的对流受热面与常规锅炉相同,这里主要阐述锅炉的炉膛设计特点。高温水冷旋涡内分离器由3片膜式水冷壁经过恰当的弯曲后组合而成,膜式水冷壁上易磨损的地方焊接抓钉,以便在膜式水冷壁上易磨损的地方浇注耐热耐磨浇注料。当燃料在炉膛内燃烧后,产生的高温烟气携带炽热的煤粒及灰粒从炉膛下部逐渐向上部流动,在此过程中由于流通截面缩小,流速会逐渐增大,到达高温水冷旋涡内分离器入口时会达到旋涡分离的最佳流速(20m/s左右)。以较佳流速进入高温水冷旋涡内分离器的含颗粒烟气,在旋转离心力的作用下,未燃尽的灰粒被甩向高温水冷旋涡内分离器内壁上,形成贴壁流,在重力的作用下落入回料道,燃尽的灰粒被烟气带出高温水冷旋涡内分离器。虽然在分离灰粒时烟气温度很高,有时会达到980℃左右,但是膜式水冷壁内流动的汽-水混合物起到了很好的冷却高温水冷旋涡内分离器的作用,并不会引起高温灰粒的结渣。由于膜式水冷壁浇注有耐热耐磨浇注料,整个高温水冷旋涡内分离器具有长久的使用寿命,因此高温水冷旋涡内分离器具有耐磨损、防结渣、高分离效率的特点。从高温水冷旋涡内分离器分离出的灰粒进入回料道后,通过多孔壁式半自流阀回料到炉膛燃烧,这样就形成了燃料的炉内循环。多孔壁式半自流阀是在支撑膜式水冷壁内的耐火砖上均匀开几个边长为100mm的正方形孔,数量根据锅炉容量决定,20t/h的锅炉一般开5个孔。锅炉运行时在松动风的吹动下,回料道的灰粒可以从这几个孔流进炉膛参加燃料的循环。为了满足强结渣性煤燃用要求,对成熟的20t/h低速循环流化床锅炉进行设计改进,设计中在原来的20t/h锅炉基础上把炉膛加高了500mm,锅筒标高变为11m,把负压给煤机改为螺旋正压给煤机,并加装播煤风装置。炉膛的后墙增加了二次风装置,增加扰动,延长了煤粒的燃烧时间,强化了燃烧。沸腾段流化速率控制在5m/s左右,悬浮段流化速率控制在3m/s左右,高温水冷旋涡内分离器入口流化速率控制在20m/s左右,便于分离未燃尽的灰粒。分离下的灰粒通过多孔壁式半自流阀回料到炉膛继续燃烧,为了防止分离灰流通不畅,采用松动风松动的方式。为了在煤开始着火到固定碳强化燃烧之前,防止大渣块的形成,炉膛前部也加装了4个可调节的多孔松动风装置,当有渣块在给煤口附近粘结成片时,就开启多孔松动风装置,把渣块吹散。为保证排渣顺畅,把落渣管由∅133改为∅159。4执行范围4.1强结渣性煤掌握有效的燃烧调整方法是循环床锅炉正常安全运行的关键,尤其是燃用强结渣性煤时。循环流化床锅炉的燃烧调整方法主要是对浓相段的送风量、风箱静压和浓相段料层温度的控制和调整。要保证浓相段温度的平稳防止渣块的形成,必须正确、适时、适量地调整送风量、料层厚度、料层温度等。4.2减少风力,降低运行事故循环流化床锅炉能否正常燃烧,送风量的控制是关键,风量过低就不能正常沸腾,时间稍长,就有结渣的危险。给煤量一定时,送风量过大会使炉料不断减少,影响正常燃烧和传热。因此,在运行中,要十分注意风量和送煤量的配比。当锅炉负荷增加时,应先加煤,后加风;当负荷减少时,应先减风,后减煤。然后,再细调风煤比,使循环流化床锅炉经济运行。运行过程中应密切监视风量变化,这可以帮助判断一些异常现象,避免运行事故的发生,具体包括以下几方面:①风门未动而送风量自行减少(风道动压水柱下降)。若风机传动皮带没有松弛,且风道及风箱没有泄漏,这时,应检查料层是否过厚。如果送风门全开,仍不能达到一定的送风量,则应勤放冷渣,作为临时措施,每次排放冷渣使风箱动压水柱下降50mm左右。②风门未动而送风量自行增大。这说明,料层厚度减薄,阻力减小。原因为:a.落渣管的放灰门不严,或忘记关闭,炉料不断漏出,应设法关严。b.燃煤的灰分降低,料层厚度不断减小。这时可投入冷渣,也可在原煤中掺进一定比例的煤矸石。c.料层内已局部结焦。这时若同时出现料层温度过高的现象,应迅速观察火色。由于一部分炉料粘结成块后,大量空气从局部料层较薄处通过。对局部结焦,可适当地减少风量,打开炉门,用钩子探查料层,发现焦块用钩子钩出来。若结焦严重,则应马上停炉进行处理,以免渣块越来越硬而不易清除。4.3《理想国》第5册第4页循环流化床锅炉运行时保持的料层厚度主要取决于送风机的压头,维持一定厚度的料层是锅炉运行的关键之一。料层厚度一般控制在400～500mm,料层厚度可根据风箱静压进行调节,料层过厚时就要放掉部分冷渣。风箱静压一般是稳定的,当出现大幅度波动时,可能是出现结焦或炉底沉积大量冷渣,应及时排除。当负荷保持稳定时,维持料层厚度及合适的风箱静压很重要。4.4煤的给煤及风煤量调整运行中要时刻注意料层温度的变化。温度过高(烟煤980℃以上、无烟煤1050℃以上),易结焦;温度偏低,对燃尽不利,也影响锅炉的热功率;温度过低(600～700℃)就易灭火,强结渣性煤也很容易结渣,如果一时控制不住温度,结焦和灭火是很快的。因此,司炉人员必须十分注意料层温度的变化,把床温控制在一定范围内。一般说来,燃烧粒径为0～10mm的煤时,可根据其灰熔点和着火的难易,将温度控制在850～950℃。运行中料层温度的波动主要是由于风量或煤量的变动引起的。可能由于锅炉负荷变化时,风、煤量未能调整恰当,或由于给煤量不均匀,甚至中断给煤,或由于运行中煤质发生了变化,风、煤量调节不及时、不得当等。这可以从以下几方面分析:①如果温度平缓地变化,可采用改变给煤量的方法进行调整。当温度慢慢地上升或有上升的趋势时,就适当降低给煤机的转速;反之,就适当提高给煤机的转速。密切监视炉温变化的趋势,及时调节给煤量,是保证炉温平稳的关键。给煤量调整时,要根据含氧量对风量适当进行调整。②如果温度急剧变化,可用下述方法处理:a.第一种方法为加大或减少风量。当温度超过正常运行温度,且还有继续升高的趋势时,可减少给煤量(比原来少30%～80%),加大送风量,待温度停止上升并趋于稳定时,把风、煤量恢复到合理的水平。当温度低于正常运行温度但还有继续下降的趋势时,可适当减少风量,待温度停止下降,趋于稳定时,适当增加给煤量,把风量调到合理的水平。b.第二种方法为加湿冷渣或优质烟煤屑。当温度急剧上升时减少给煤量,加入适量的湿冷渣;当温度急剧下降时减少送风量,加入适量的优质烟煤屑,直到温度稳定下来为止,再重新把风、煤量调到合理的水平。第二种方法操作比较简单,而且效果很好,但需要在点火和运行时备有一定数量的湿冷渣和优质烟煤。不同煤种在锅炉中的燃烧特性不相同。烟煤含挥发分较多,容易着火。在正常运行温度下不易灭火,增减煤量能灵敏地控制料层温度,操作比较容易。无烟煤情况相反,运行操作比较困难。但一般来说,只要煤的低位发热量不是太低,粒度(尤其是细颗粒)符合设计要求,风煤比适当,保持正常运行的料层温度,锅炉都能长期稳定运行。在料层温度增加时也应该勤开炉膛前部的松动风,以防止渣块在给煤口处粘结成片。4.5开大松弛风阀循环流化床锅炉采用多孔壁式半自流阀,利用松动风量控制进入炉内循环燃烧物料量。燃用强结渣性煤时,松动风量应比燃用常规煤种增加10%以上。在锅炉启动初期,不开启松动风阀,以便在回料道内建立一定的料封高度。通常当料封高度达到回料道上下两个观察门之间时,可逐渐开启松动风阀,调节物料高度,始终维持在上下两个观察门之间。锅炉停运前,可开大松动风阀或通过放料管将回料道内的物料吹(放)空,避免结焦、结块堵塞回料道或半自流孔。开