流化床锅炉运行.ppt

1、中铝重庆分公司员工培训培训内容：循环流化床锅炉的运行,授课人：钱朝洪 2008年6月5日,第三章 循环流化床锅炉的运行,第一节 循环流化床锅炉若干主要参数的确定 第二节 循环流化床锅炉冷态试验 第三节 循环流化床锅炉的点火启动 第四节 循环流化床锅炉的运行 第五节 参数变化时对循环流化床锅炉运行的 影晌,第一节 循环流化床锅炉若干主要参数的确定,一、床温和燃烧室出口温度,循环床床温的选定应根据燃烧的稳定性、运行的安全性和经济性以及环境保护等方面的要求，进行综合确定。考虑到燃烧和脱硫等，根据煤种的不同，床温一般取为800-900。对于无烟煤或不需进行脱硫的床温选择，一般选在900左右为宜。 燃烧

2、室出口烟温应以大于焦炭的着火温度(800)为好，上限也应受到灰熔点的限制。,二、流化速度和截面热负荷,流化速度是循环床锅炉的重要特性参数。其选取应综合考虑多方面的因素而定。早期国外的循环床锅炉，采用高达812m/s的流化速度。随着高化流速带来的磨损与能耗等问题，目前逐渐降至55.5m/s左右。 截面热负荷即单位炉膛截面积所能产生的热量，是循环床锅炉设计中的一个重要参数。对于具体锅炉，当燃料量确定后，截面热负荷与流化速度两者是等同的。,三、燃料粒度和石灰石尺寸,燃料的粒度：其确定和选择与燃料特性、流化速度等有关。由于循环床锅炉的流化速度较高，床料粒径较大的也可流化起来，可达012mm、020mm

3、、025mm等。实际上循环床锅炉使用的燃料其平均粒径比鼓泡床锅炉的小。影响入炉燃料粒度的因素还有煤的热爆裂性和挥发分含量。 石灰石尺寸：当燃煤中含硫较高、需要采用石灰石实现炉内脱硫时，为了获得较高的脱硫剂利用率和脱硫效率，石灰石尺寸一般为100300m.(平均粒径)，最大尺寸通常不大于1mm。,四、飞灰携带率和循环倍率,飞灰携带率定义为每千克烟气携带飞灰的千克质量。它表征烟气中固体颗粒量大小(绝对量)的无因次参数。 循环倍率则定义为单位时间内锅炉循环物料量与煤耗量之比。循环倍率的高低与锅炉的燃烧、传热、污染控制和负荷调节等密切相关。 影响循环倍率的主要因素有：燃煤和石灰石投入量及其粒度分布、流

4、化速度和分离器的分离效率等。,循环倍率的变化能够改变燃烧系统和后部对流受热面热负荷的分配，从而保证循环床锅炉对燃料的适应性强。 循环倍率的大小决定了炉内烟气中固体颗粒的浓度，进而影响受热面的磨损，还影响着炉膛的流动阻力。其高低对石灰石的利用率影响很大以及受分离器性能的制约。过低的循环倍率也是不可取的。,表3-1 几种典型循环床锅炉的循环倍率及相关数据,国外典型循环床锅炉的循环倍率和相关数据如表3-1所示，可供设计和运行时参考。,第二节 循环流化床锅炉冷态试验,一、送风机性能的测定,1、压力的测定 送风机的压力一般指全压，即动压pd和静压ps的代数和。 在正压风管中，压力都是正值，即,在负压风道

5、中，p和ps是负值，pd是正值，即,图3-2 送风机前后管道内气流压力变化示意图,(3-1),(3-2),2、风速的测定,最常用的风速测定方法是利用倾斜微压计和标准皮托管测定出风管中某一截面上的平均动压值，然后计算出管道内的气流速度和流量。与风速之间的关系可按伯努利方程来确定。即,式中：u测点的气流速度，m/s；pd测点气流的动压 值，Pa；气体的密度，kg/m3。 对应于工作状态下的气体密度，可按下式计算：,式中:,0工作状态和标准状态下的气体密度，kg/m3； p,p0工作状态和标准状态下的气体压力，Pa； T,T0工作状态和标准状态下气体的热力学温度，K。,(3-3),(3-4),3、风

6、量的测量,在管道中，气体的流量按下式计算：,式中:qv气体流量，m3/h； u管道内测点截面上的平均气体速度，m/s； A管道内该测点处截面面积，m3。,(3-5),二、布风系统的冷态试验,布风系统的冷态试验内容包括：1、进入流化床内一次风量的测量与标定；2、布风板空板阻力和料层阻力随风量变化的规律；3、测定临界流化风量；4、确定热态运行的最小流化风量；5、对二次风量进行测量与标定等。,1、一、二次风量的测量与标定,测量风量需用标准毕托管对其进行标定。标定方法和要求与上述风机性能的测试一样，其风道内的气流速度按下式计算。,式中: K毕托管的动压修正系数。 当求出风道中的气流的速度后，按公式(3

7、-5)计算出风道 中的风量。,(3-6),2、流化床气动力特性试验,流化床气动力特性试验包括布风板阻力、料层阻力随风量的变化关系测试。 (1)布风板阻力特性试验 布风板阻力与风量的关系曲线。如图3-3所示：,图3-3 布风板阻力特性曲线,如缺乏试验数据，布风板阻力也可由下式计算：,表3-2 料层阻力近似值,式中: u0风帽小孔风速，m/s； 风帽阻力系数； 气体密度，kg/m3。 料层阻力也可以从表3-2中近似查取。,(3-7),三、飞灰循环系统输送特性试验,图3-5 循环流化床锅炉及飞灰循环系统 1等压风室；2布风板；3循环床 燃烧室；4高温过热器；5低温过热 器；6中温下气固分离器；7回料

8、阀；8输送风；9松动风,飞灰循环系统由分离器、立管、回料阀、与下灰管组成，如图3-5所示。 分离器和回料阀是本系统的核心。回料阀的工作特性对循环流化床锅炉的效率、负荷的调节性能及正常运行有着十分重要的影响。回料阀的结构不同，其输送特性也大不一样。,回料阀投运前需进行冷态试验，为热态运行提供依据。 试验的目的是了解松动风和输送风量的配比、最小启动风量、较佳的气固比等，为热态运行提供数据。 通过冷态试验，可以了解回料阀的启动风量和工作范围以及风门的调节特性。,第三节 循环流化床锅炉的点火启动,目前，循环床锅炉的点火方式可简单地归为如下几种，即微流化点火、流态化点火及循环床点火，分别指点火初期时床层

9、的状态，点火热源可以是床上或床层中的油枪、气枪等以及床下预燃装置产生的热烟气(图3-6)。,图3-6 床上、床下点火方式示意图(a)床上油枪点火；(b) 床内天然气点火；(c) 床下热风点火；(d) 床下油气预燃室点火,一、床层升温过程,点火过程中，床料一般经加热升温、快速引燃和向稳定状态过渡等几个阶段。图3-7是某循环床锅炉典型的启动升温曲线。 考虑油枪加热床上微沸腾点火的情况，从冷料加热至引燃物着火是一个动态加热过程。,图3-7 循环流化床典型启动升温曲线,二、不同粒径的颗粒在点火过程中的作用,表3-3中列出了一种典型的底料配置及不同粒径档次的发热量分布，在点火过程中，不同粒径底料对加热整

10、个床层的贡献如表中所示。,表3-3 不同粒径的颗粒在点火升温过程中的作用,三、床下点火的机理和实现方法,在床下点火方式中，床层是通过布风板送入床层的热烟气来加热的，热烟气则来自布置在风道上或床外其它地方的点火预燃器。,图3-9 挥发分对点火升温过程的影响,由图3-8可知，升温曲线在一定温度下会出现第一个拐点，拐点的形状可作为流化床能否被引燃的定性表征。利用拐点讨论一些参数对引燃过程的影响。图3-9中，用较小的活化能来模拟挥发分的作用，与图3-8明显不同的是早期升温速率。,图3-8 底料热值对点火升温过程的影响底料热值：1-0；2-1103kJ/kg；3-2103kJ/kg；4-4103kJ/k

11、g；5-6103kJ/kg,图3-10 底料热值及活化能对拐点温度的影响E/R=10300KC=2.9kg/(m2SkPa)E/R=9600KK，C=2.01kg/(m2SkPa),图3-10的结果表明：随着底料活化能的降低和底料热值的增加，出现拐点的温度下降，这也与试验结果完全吻合。,图3-11是两种有代表性的热风点火装置，其中，最简单的是涂有耐火层社里的预燃室，水冷预燃室由于结构较复杂而不便维修。这两种装置的共同不足是燃烧部分与气温调节部分制造成一体，难以在不影响燃烧的前提下自由调节预燃室出口热风温度。,图3-11 两种点火预燃室结构(a) 水冷预燃室；(b) 夹层风预燃室1风管；2油枪；

12、3旋流片；4燃烧筒,夹层风空气冷却预燃室,它由油枪、火焰检测器、燃烧室和混合室构成。 对于正常的点火热负荷，预燃室的体积可设计得很小。 表3-4中列出燃用热值为41500kJ/kg的柴油时，采用不同过量空气系数时的理论燃烧温度。,图3-12 夹层风冷点火预燃室1-风管；2-油枪；3-旋流片；4-风冷预燃室,表3-4 燃室中烟气的理论燃烧温度,试验数据表明，在保持给入的空气量不变时，随着燃油量的增加，预燃室出口烟温持续上升，如图3-13所示。对同一燃油量，空气量增加时出口烟温将降低，而燃烧效率的变化情况如图3-14所示，在一定的过量空气系数下燃烧效率达到最高值。,图3-13 预燃室出口烟温与投油

13、量的关系,图3-14 燃烧效率与空气系数的关系布风段长度 1-l=500mm；2-l=750mm；3-l=1000mm,通过加热惰性物料的试验(图3-18)，可以看到，即使打开返料使床内物料循环起来，这种预燃装置也能在很短的时间里将床层加热到煤的着火温度。加煤后的升温曲线(图3-19)在煤的着火温度附近有一明显的拐点出现，据此，可以判断点火时着火情况，并决定在何时可以撤出油枪。,图3-19 加热含煤的循环床层时的升温曲线,图3-18 夹层风冷预燃室加热惰性物料时的升温曲线,四、分床启动技术,分床启动是大型化的需要。在采用这种启动方法时，床面设计成由几个相互间可以有物料交换的分床组成，其中某个分

14、床作为启动区，在实际启动过程中将首先被加热至煤的着火温度。 整个床层的启动则依赖几种关键的启动技术。它们是床移动技术、翻滚技术和热床传递技术。,床移动技术,原理：床移动技术是将冷床的风量调节到稍高于临界流化所需的风量水平上，点火分床由油枪加热，热床料缓缓移动到冷床，并使冷床空气膨胀而较充分地流化冷床，形成流化区移动扩张的情形。 优点：热料与冷料间的混和速度较慢，因而启动区可以更小，而不至于使启动床受到急速降温并导致熄火。,床的翻滚技术,原理：床的翻滚技术，即利用流化床的强烈物料混和，在启动区数次进行短时流化而使床温均匀。 优点：这种方法可用来较快地提高整个床温，同时避免局部超温结渣。,热床传递

15、技术,原理：启动床的静止床高取为1000mm，左右，而冷床静止床高约为200mm，从而建立一个较大的高差。 冷床的风量不要太大，以免热料过来时被吹灭。一般地，滑动门的流通截面积约为最大分床面积的0.55%2%，即可满足热料传递之需。 在启动期间，热料传递的速度可由两床间的压差和滑动门的面积来确定。,设计上的考虑：要有均匀的布风装置，灵活的风量调 节手段，可靠的给煤机构，适当的受热面和边角结构设计，以及可靠的温度和压力监测手段。 (2)底料的配比：底料的粒度及引燃物的比例、静止料层 高度是几个重要的指标。 (3)配风、给煤和停油：配风对点火十分重要。 (4)注意保持床层流化质量和适当床高：为此，

16、除配风适当外，无论是全床还是分床点火方式，加热过程中有时应以短暂流化或钩火方法使床层加热均匀，防止低温结渣。 (5)返料的启动：锅炉点火稳定一段时间后，即可以打开返料机构，逐步增大返料量，并投入二次风。,五、点火时需注意的几个方面,六、循环流化床锅炉的启动步骤,启动一般包括： 启动前的检查和准备； 锅炉点火； 锅炉升压； 锅炉并列。,(1) 检查并确认所有有关阀门处于正确的开关状态。 (2) 确认风机风门、二次风门、返料机构放灰门等处于关闭状态。 (3) 确认锅炉各种门孔、锁气装置严密关闭。 (4) 检查并确认控制仪表、各机械转动装置和点火装置处于良好的状态。 (5) 煤仓上煤，化验锅水品质，

17、电气设备送电，给水管送水，开启所有的水侧疏水阀，开启汽包和过热器所有排气阀，将过热器及主蒸汽管道中的凝结水排出。 (6) 确认给水温度与汽包金属壁温相差不超过110，经省煤器向锅炉缓慢上水，至水位计负50100mm停止；若汽包里已有水，则应验证水位显示的真实性。 (7) 将配好的底料在炉外搅拌均匀后填入流化床，底料静止高度500700mm，依次启动引风机和送风机，并逐渐增大风量使床层充分流化几分钟后调整送引风机，以备点火。,具体步骤 ：,(8) 启动送风机(投入联锁)并缓慢增大风量，使床层达到稳定的流化状态，其它风机(如二次风机)的开启视具体情况而定。 (9) 启动油泵，调整油压后点火，并调整

18、油枪火焰。 (10) 待底料预热到400500时，可缓慢增大风量使床层达到稳定流化状态，确保底料温度平稳上升。 (11) 当底料温度达到500600时可往炉内投入部分燃煤（间断投煤），增大风量使床层充分流化。 (12) 当床温达到750左右时，启动所有给煤机给煤，并视床温变化情况调整风量和给煤量。 (13) 调整投煤量和风量使床温稳定在适宜的水平上(如850900)。 (14) 调整锅炉运行工况。,(15) 锅炉缓慢地逐步升压，并监视床温、蒸汽温度和炉体膨胀情况，保证水位指示真实，水位正常。 (16) 当汽包压力上升至额定压力的50%左右时，应对锅炉机组进行全面检查；如发现不正常情况应停止升压

19、，待故障排除后再继续升压。 (17) 检查并确认各安全阀处于良好的工作状态，进行动作试验。 (18) 对蒸汽母管进行暖管，暖管时间对冷态启动不少于2h，对温态启动和热态启动一般为30-60min。 (19) 锅炉并列前应确认:蒸汽温度和压力符合汽轮机进汽要求，蒸汽品质合格，汽包水位为-50mm左右。 (20) 锅炉并列，注意保持汽温、汽压和汽包水位;如发现蒸汽参数异常或蒸汽管道有水冲击现象，则应立即停止并列，加强疏水，待情况正常后重新并列。 (21) 关闭省煤器与汽包间的再循环阀，使给水通过省煤器。,七、影响循环流化床锅炉启动速度的因素,限制循环床锅炉的启动时间和速度的因素主要有床层的升温速度

20、、汽包等受压部件金属壁温的上升速度、炉膛和分离器耐火材料的升温速度，以及锅炉油枪的出力。,温态启动(停炉12h以内)一般只需2-4h，即可达到锅炉的最低安全运行负荷。热态启动(停炉6h以内)最为方便，一般只需要1-2h，在很多情况下可以直接给煤来提高床温和汽温。图3-23中给出了温态和热态的启动曲线。,图3-23 温态和热态启动曲线,图3-22 启动时汽包金属壁和炉膛耐火层升温曲线,第四节 循环流化床锅炉的运行,一、循环流化床锅炉正常运行的经验,表3-5 几台典型性的循环流化床锅炉的设计参数,表3-6 国外典型循环流化床锅炉运行指标,主要问题： 达不到额定出力； 蒸汽参数不能保证； 受热面磨损

21、严重、爆管； 分离器超温引起变形、结渣； 耐火层脱落； 返料机构工作不正常； 床层超温、结渣； 水冷壁磨损严重； 污染物排放值超过设计指标。 此外，还有各种可能的设计选型上的失误，如风机出力不够及其它机械故障等。,二、关键参数的运行控制,1、床温控制 床温是通过布置在密相区和炉膛各处的热电偶来监测的。 推荐烧烟煤时，循环床的密相区温度在820900，烧无烟煤时可取得稍高一些。一般应保证密相区温度低于灰的初始变形温度100200或更多。 在循环床锅炉中，由于炉膛上部悬浮空间颗粒浓度较高，燃烧份额也往往超过0.3，故对于某些设计，悬浮空间直至炉膛出口温度往往高于密相区。 给煤粒度超过设计值时，操作

22、人员往往被迫采用较大的运行风量来流化床层，控制床温，否则容易出现大颗粒沉底，床料分层严重，床层局部或整体超温结渣现象。 中低温分离的循环流化床锅炉可以用改变返料量的办法来控制床温，床温升高时可增加返料量以维持床温不变，反之亦然。,维持相对稳定的床层高度或炉膛压降是运行中十分必要的方面，通常是把循环床某处作为压力控制点，并监测此处压力。 放底渣是常用的稳定床压的方法 。在定期放渣时，通常的做法是设定床层压降或控制压力的上限作为开始放底渣的基准，而设定的压降或压力下限则作为停止放渣的基准。这一原则对连续排渣也是适用的。如果流化状态恶化，大渣沉积将很快在密相区底部形成低温层，故监测密相区各点温度可以

23、作为放渣的辅助判断手段。,2、料层高度控制,结渣的直接原因是局部或整体温度超出灰溶点或烧结温度。依此标准，常将结渣分为高温结渣和低温结渣两种。高温结渣是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结渣现象。低温结渣是指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渣。无论高温渣还是低温渣都常在点火过程中出现，一旦生成，就会迅速增长。 另一种结渣是运行中的渐进性结渣，此时床温和观察到的流化质量都正常，这时渣块是缓慢生长的。渐进性结渣的主要原因有： 布风系统制造和安装质量不好； 给煤中存在大块； 运行参数控制不当等。为此，要强调指出的是，当给煤粒度超出设计值时，应对大块进行分离和再

24、次破碎后方可入炉。新建机组投运初期，应检查风帽及风帽小孔有无错装或堵塞，炉内分隔墙和耐火层边角处和顶部角度设计是否适当。,3、床内结渣及其影响因素,三、正常运行和变负荷运行,循环床锅炉正常运行时，司炉人员主要的操作是监视和调整各种运行参数，保证机组高效运转，预防意处停炉事件的发生。调节负荷的主要手段是改变投煤量和相应风量。变负荷过程中床温的正常变化范围是750930，视制造厂家的设计方法和煤种而异。 司炉应经常检查床的流化状态和返料机构的运转情况。 检查烟气侧的(对流受热面)压降有助于判断是否需要吹灰。 经常监视床层压降并维持正常的床高水平和氧量，以及风箱与床层给定点之间的压差。 经常检查水位

25、和水位表计的工作情况，确保就地水位与远程水位计读数一致，并防止读数失真。,经常检查蒸汽减温器前后蒸汽温度，调节减温水量，确保减温后的蒸汽温度不低于饱和温度以上10。 锅炉吹灰的目的是防止受热面积灰，提高锅炉效率。 负荷变化时各种参数的动态响应是衡量机组性能的重要指标。,图3-24 循环流化床锅炉的负荷变化速度,为防止管子超温，控制系统有时也增设过热器喷水量的逻辑控制。 为保证安全性能，在锅炉满负荷运行时，必须将锅炉的减温水系统投运，不能猛开猛关，绝对不能将减温水全关。,压火是一种正常停炉方式，一般用于锅炉按计划还要在若干小时内再启动的情况。也用于由于短期事故抢修，停电或运行时不适应低负荷而需短

26、期停止供汽时。 压火操作之前，应先将锅炉负荷降至70%额定负荷。 步骤:在停止给煤以前，尽量将床温降在900以上，压火前向锅炉内送入适量的煤后，应将所有送引风机停掉并关死风门。 在压火后的再启动时,可根据床温水平和给煤品质来确定再启动步骤： 当床温保持在750以上或给煤质量较好时，可先向床内加少量的烟煤，启动引送风机，逐渐开启风门到运行风量，同时开始给煤或给煤时加入适量烟煤。 床温在500-600、启动风机至点火风量，投入少量的给煤；同时投入油枪运行。 (3) 床温500或更低时，应按(2)的方法进行操作。,四、压火及压火后的再启动,重点考虑的保护方案： 1、炉膛监测 2、主燃料跳闸(MFT)

27、系统 3、炉膛及烟风管道的压力保护 4、联锁 5、吹扫和启动,五、循环流化床的运行监测、保护和自动控制,循环床锅炉的控制系统应由这样几个部分组 成，即床温控制、给煤量控制、床压控制、脱硫剂量控制、过剩空气量控制、返料量控制、蒸汽温度及压力控制、给水流量控制和通风量控制等。,六、控制系统及调节手段,第五节 参数变化时对循环流化床锅炉运行的影晌,煤种的变化主要指发热量和灰分、挥发分的变化，循环床燃烧技术总体而言具有广泛的煤种适应性，但对给定的一台循环床锅炉，并不能燃用所有煤种。 煤种的影响还涉及密相区燃烧份额(图3-26，图3-27)。,一、煤种变化的影响,图3-27 密相区燃烧份额对运行床温的影

28、响,图3-26 煤的发热量对运行床温的影响,二、给料粒度和水分的影响,燃烧和脱硫效率都受粒度影响。 给料粒度分布对运行影响的具体表现为，给料粒度过大，则飞出床层的颗粒量减少，这使锅炉往往不能维持正常的返料量，造成锅炉出力不够；另一方面，大块给料还是造成结渣的首要原因。粒度对传热的影响也很明显。 燃料水分与粘附性有很大关系。 水分对床层温度的影响可用床内热平衡来考虑。,无论对鼓泡床还是循环循环床锅炉，提高过量空气系数可改善燃烧效率，但过量空气系数超过1.25后继续增加时燃烧效率几乎不变 。,三、过量空气系数变化的影响,流化风速是循环床运行的控制变量之一，它的影响是多方面的。风速对传热系数的影响不是决定性的。在