循环流化床锅炉烧煤量,循环流化床锅炉燃烧问题的解决《一》

 2018-12-26 14:07:19   |    799   |    循环流化床锅炉   |              
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第一章  循环流化床锅炉燃烧故障与处理

第一节  CFB锅炉正常运行调整常识与普遍问题的处理

       为了对CFB锅炉燃烧故障的现象、原因和处理方法有一个全面的整体认识,本节重点对CFB锅炉运行中的有关运行常识和问题处理方法进行了阐述,希望通过这些细节的解释说明,使读者真正获得有关CFB锅炉运行故障处理的技术概念。应该说,没有正确的运行调整概念,不可能对事故状态做出清晰明了的判断,也就无法准确、及时地对故障进行合理的处置,难以做到异常情况下冷静而快速有效的操作。为此,本节用了较大篇幅来对CFB锅炉正常运行调整常识和普遍问题的处理进行论述,希望达到抛砖引玉、博取众长的目的,不妥之处还望指正。

1 CFB锅炉正常运行调整的目标

a 在特定燃料供应方式下,对CFB锅炉主设备及其辅助系统进行运行调整,实现机组的基本设计性能和运行指标。

b 维持良好的燃烧调整工况,保证理想的床温、床压和正常稳定的物料循环返料过程。

c 生产出满足汽轮发电机组所需的适量主蒸汽与再热蒸汽流量,确保过热蒸汽和再热蒸汽出口温度、压力符合技术规范设计参数要求。

d 通过炉内过程和炉外除尘器、脱硫设备运行方式的优化,实现粉尘和烟气污染物排放达标,确保排烟检测数据满足环保法规的限制指标要求。

e正确处置各种运行突发事件,防止故障和事故的扩大化,确保锅炉岛主设备和辅助系统运转的安全可靠性和理想的运行经济性,力求长周期的连续运行时间。

2 CFB机组锅炉燃烧调整的一般原则

在CFB机组的调整过程中,始终牢记“一次风调床温、二次风调氧量”这样的配风基本原则,了解CFB锅炉的基本燃烧调整方法和特定炉型的基本特点。

为了提高炉效、降低磨损、增强燃尽能力,可以在保持物料充分实现循环流化过程并保持良好物料温度的前提下,应尽量降低一次风率,增加二次风率。

认真考虑和分析炉膛内部不同高度密相区和稀相区的烟气压力差异,熟悉各个二次风支管风压与炉内对应点背压之间的压差分配的关系,运用“上小、下大、左右调平”的二次风基本风量平衡原理,实现二次风整体配风的一致性,以此来解决二次风穿透问题,尽量消除中心区贫氧现象。一次风用量至少要大于最低临界流化风量,炉两侧各个一次风进风通道尽量保持一致的阻力和进风量,避免严重布风不均和左右床温的不一致性,强调料层流态化平衡。以排渣和进料过程的实际物料平衡调节来确保料层厚度的始终稳定,实现理想的床压恒定。

确保物料循环返料体系返料的连贯性,维持顺畅的返料进程和高效的循环物料分离效率。对于回料腿给煤方式,要在不同负荷下对落煤插板和密封风的差异进行初期微调,找出最终稳定工况的平衡落煤制约方式,使其适合于所有负荷下的给煤均匀性条件。对于前墙单独给煤方式,要设法保持落煤口下煤量的均匀和播洒效果。蒸汽温度的调节要针对实际燃烧过程的具体情况,尤其是转向室烟温、烟气负压和炉膛温度等对应参数,进行有效的预见性实时操作,防止汽温汽压异常。

3料层厚度的掌握与料层的流态化过程控制

从目前掌握的各种数据汇总和经验总结来看,要实现CFB锅炉的正常流态化过程,维持基本燃烧稳定工况,首先要确保料层厚度的适当。为了确定最佳的料层厚度,需要掌握布风板面积、物料颗粒度和堆积比重、风帽型式、布风板开孔率和布风板空床阻力等有关重要数据。一般来说,在同等条件下,每增加一平方米的布风板面积,需要对应地增加6~11mm的料层厚度;对于堆积比重相对较轻或较重的物料,所需的料层厚度需要在布风板面积变化的基础之上,按照比重的不同适当做出比例缩放。颗粒尺寸的大小也决定着料层厚度的选择。多数情况下,粗大的颗粒相对多的物料其料层厚度可以薄一些;平均粒径2.0~2.8mm中间颗粒尺寸份额居多且相对均匀物料的料层厚度掌握上要灵活一些;细颗粒成分份额较高的物料要求料层厚度相对厚一些。但对于最粗和最细份额都很高的、中间切割平均粒径颗粒份额又相对较少的两极化不均匀物料来说,其料层厚度的确定是比较困难的一件事情,难以驾驭,此时也容易在流态化过程中出现沟流、分层、涌动、穿孔等颗粒异常运动情况,对燃烧稳定不利。按照常识概念,一般对于35t/h(6MW,6~10m2)级别的循环流化床机组来说,其可运行的料层厚度为380mm~450mm;而对于450t/h(135MW,47~52m2)级别的循环流化床机组来说为800 mm~1150mm;1050t/h(300MW,54~60m2/95~125m2)级别的循环流化床机组则为850 mm~1200mm /950mm~1350mm。依此类推,可根据各个CFB锅炉的实际布风板床面积、物料颗粒筛分、布风均匀性、比重等因素,结合精确的冷态试验分析来确定用户自己允许的最低可连续运行料层厚度。正常情况下,每增加1m3布风板面积,需要相应增加7~11mm的料层厚度。当物料颗粒度条件很好、煤质稳定可靠、燃烧系统完善时,如果用户采用节能降耗的“薄床料、低床压”技术运行的话,则可以根据自己的布风板面积,按照每增加1m3布风板面积相应增加6~9mm的料层厚度的原则来掌握料层厚度。确定料层厚度时,要先计算出其与35t/h流化床布风板面积的差值,即与8m3布风板面积对应380mm料层厚度的基准值之间的面积增加值,最终可确定合理的运行料层厚度范围,但采用薄床料运行时要十分精细地调整,防止床温不均匀性和流态化的异常情况出现。如果煤质多变,且设备缺陷较多时,在运行中会出现薄床料下的种种问题,容易发生意外灭火和床温脉动情况,要求十分关注返料器回料和料层床温床压的稳定性。 

4 床温的调节与保持

          CFB锅炉床料温度是决定燃烧状况好坏的关键数据,它是燃料供应量、一次风量、二次风量、燃料特性与物料循环在整体流化过程中的放热与散热的平衡结果,也与炉内整个CFB燃烧过程燃料份额的分布情况有关,反映出所进行的燃烧调整工况的优劣程度。床温均匀性和局部绝对床温的变化率也可以对着火与燃尽参数进行评价。当流化床运行过程中出现床温不均匀现象时,就意味着在整个床面上存在着入炉燃料量、流化程度、返料系统、料层厚度、物料颗粒度、二次风给量或者一次风布风系统等方面的某一个主要方面或者几个因素出现了偏差,引起了这种床温的不均匀性。

在运行调节的增减煤量操作过程中,CFB锅炉不能像煤粉炉那样简单地依照“增加负荷时先加煤后加风”或者“减少负荷时先减风再减煤”的习惯性做法来维持床温,尽管在多数情况下CFB也是如此来照办的。事实上,循环流化床锅炉与煤粉炉最大的区别在于极少燃料比例的床料流态化燃烧与纯燃料的悬浮燃烧方式之间的差异。煤粉炉是高温的低热惰性单一进程煤粉着火与燃尽;而CFB为低温的高热惰性多次流化循环过程颗粒燃烧,没有显著的着火与燃尽段分界线。比如在增加负荷时,如果初始床温比较高,就先加风后加煤;而床温比较低时,就先加煤后加风。反之,减负荷时,如果床温高就先减煤后减风;床温低则先减风后减煤。掌握好这个要领,可以减少结焦和意外灭火的可能性,容易保持床温稳定均匀。

决定CFB锅炉燃烧温度的关键当然主要是一、二次风与燃料之间的平衡,但这中间床料情况、风温、流火程度、燃料特性和物料循环返料过程也都起到了不可忽视的作用,需要整体设计合理、运行调整得当才可以维持正常的床温。对大多数煤种来说,可以接受的稳定运行床温为780~1000℃,最佳运行床温为870~920℃。对于大型化循环流化床锅炉来说,带有换热器外置床的CFB机组的床温随着负荷的变化其温度值相对平稳,有时甚至可以做到床温基本稳定在一个很狭窄的合理范围内,上下漂移不超过±25℃。而对于多数没有外置床的CFB炉型,床温的变化趋势与负荷变化相对应地增减,床温变化可高达±50~±100℃。

等同条件下相比,细料居多的床料运行温度偏低,料层厚度不宜保持,低温结焦倾向明显;而粗大颗粒料层又容易温度偏高,底部排渣相对困难,高温结焦倾向明显。

相对于早期的鼓泡床来说,物料在炉内有着相对明显的床层与上部悬浮空间分界线,可以清晰地分出料层与稀相区的分界线,因而比较容易做出各种热态的和冷态的试验研究数据,得到的物料参数和关联过程量相对精确。而目前的大中型CFB锅炉流化速度高且循环过程强烈,使得物料更多地体现在连续的密相区与稀相区的模糊过渡状态,因此我们一般对循环流化床的床温理解可以限定为布风板以上的8~9米以下平均密相区温度为“床温”概念.对于测点来说,取用布风板上方0.5米附近以及1.0~1.6米的多个温度平均为好,这是因为前者代表了点温度转化位置。后者代表了面温度转化概念。

5 变负荷过程的燃烧适应性

事实上,当机组增加负荷时,习惯上按照加负荷先加煤后加风的一般概念调整在多数情况下是可以的,但千万不能忽视运行中间出现的一些特殊现象的影响,调整煤量或风量时要注意观察当时床温的绝对值和变化趋势。

在此,我们建议在床温较高时,加负荷时可以先加风后加煤;床温较低时则可以先加煤后加风。这样调整的好处是,可以因地制宜地随时控制相对平稳而连续的床温,也同时用一种简单的办法就可以解决中国电厂多变煤种带来的床温不稳定性,如果热控专业把这一逻辑做到DCS自动控制系统中去的话,将会有更好的床温稳定效果。

在负荷变化时,由于CFB机组热惰性相对较大,燃烧与负荷之间的适应性没有煤粉锅炉来的那么快,因此在调整负荷时应当对电力调度中心有关监控部门专门说明一下,考虑到足够的负荷调整迟缓情况,负荷变化率要明显低于同容量煤粉锅炉,否则会带来煤水比变化过快时的气温气压不适应。运行中应及时做到机、炉、电三个专业的整体协调,尽量以“机跟炉” 的负荷增减方式来协调整体运行,对机组的长周期经济安全运行会带来明显的好处。

流化床锅炉的优势在于宽范围的燃料适应性,发热量可以是3MJ/kg以下的煤矸石、油页岩、煤泥、泥煤、洗中煤、城市垃圾、污泥等等低热值劣质固体或气体燃料,也可以是20MJ/kg以上的各种高热值液体、气体和固体燃料或者这些燃料的混合体,只要这些固体燃料可以被破碎到一定尺寸、液体燃料可以得到良好雾化且并不破坏流态化过程即可。

6 主蒸汽温度与再热汽温的调节

对于煤粉锅炉来说,过热器和再热器温度的调整应以锅炉尾部竖井烟道前的所谓转向室烟温来作为具有预测性的汽温调节基准点。而循环流化床锅炉则更应以床温和循环物料分离器后的烟温为关键控制基准点,床温比物料分离器后烟温对汽温的影响要稍微慢一下,物料分离器后烟温变化15~20秒钟后汽温开始变化;而床温变化30~40秒钟后汽温开始变化。CFB设备中,除了带有外置床的大型流化床机组需要根据分流到外置床灰量的多少来控制再热汽和过热汽汽温以外,多数的CFB锅炉都需要采用高中压减温水、尾部烟道烟气调整挡板、旁路受热面和燃料量调节来进行汽温调节,其中一、二次风量的配风调节、定周期尾部烟道吹灰、给水温度变化、总风量及氧量调节等操作也都会改变受热面的吸热状况,对汽温产生影响。但无论如何都不能回避尾部烟道前分离器后烟气温度对主蒸汽温度、再热蒸汽温度的响应十分敏感这一事实,需强调这一汽温调节要素。对于具有换热器的外置床CFB锅炉来说,很难做到使得每一个外置床在一定的外部物料循环条件下完全对称,多少总有一些区别和差异,即使是同一台外置床也或多或少由于长期运行带来某些灰量调节偏差。为此,要注意观察各自的温度与循环分支物料量调节上的异同,最好在启动之初就考虑到这一点,尽量在点火初期就事先微量开启外置床回料阀,这样的投入方式可以较好地解决一些电厂在中低负荷下再热汽温的偏差问题,以不一致的投入量换取一致的汽温均匀性。物料中间粗大颗粒占主要成分、二次风相对较少或者燃用易燃尽煤质时,一般汽温会显得相对较低;而细料床、多二次风比例或者难易燃煤情况下,则汽温会显得相对较高。反映在运行中,则是同等出口汽温下的减温水用量的多寡和排烟温度的高低之分,往往是减温水用量大时排烟温度也相对较高,此时处于汽温相对较高的过程。其症结在于炉膛内部燃烧份额分配的不同,扬析过程燃烧份额较大时汽温偏高,而密相区燃烧份额较大时汽温偏低一些,这种规律很重要,可以帮助我们明确控制汽温的基础成因。

7 最低稳燃状态的保持

流化床低温燃烧过程起码要做到炉内物料的沸腾状态流化,并且保持住对应煤种的最低着火温度以上。实际的额定燃烧工况下要求床温保持在900℃左右,而一般情况下我们已知的煤种中无烟煤、矸石等劣质煤最低着火所要求的燃烧温度至少为750℃,那么考虑到给煤量的不稳定性和个别给煤机瞬间断煤的可能性,要求在此基础上适当增加一些温度为最低允许的运行床温。根据我们的实践经验、冷态试验分析和计算结果,燃用劣质煤的CFB锅炉的最低稳燃床温一般可控制在780~790℃;而燃用褐煤的最低稳燃床温则可以保持在740~750。为了保证尽可能小且安全可靠的的最低不投油稳燃负荷,我们要求务必要使料层在该时段内始终处于略高于沸腾态下的最低临界流化,此时的风量不宜太大,否则很难使床温保持在一个能够可靠着火的范围内,并难以持续燃尽的过程。这个热态下最低临界流化风量一般为冷态试验所得出的最小一次风流化风量的70%~85%左右,具体数值依赖于煤种和物料的堆积比重、料层厚度的掌握、风帽型式、布风板面积和风温风压。如果按照单位燃料或者单位布风板面积来计算的话,多数情况下小型流化床炉子所能实现的最低流化风量要比大型CFB锅炉所用的风量明显小一些,这里面主要是因为大型锅炉布风板面积增加时,受到流化不均匀性影响,促使其料层厚度有所增加所致。

8 变煤种调整对策与CFB煤质适应性

由于煤源供应和价格的制约,使得发电成本居高不下,煤种变化大无法保证稳定,远离设计煤种和校核煤种,且主要趋向于燃用劣质煤的现实情况,成为目前困扰各种燃煤锅炉的一大问题。当一台CFB锅炉改用劣质煤燃烧时最容易产生以下几方面问题:灰渣处理设施在不堪重负的情况下常常罢工不干,磨损问题、汽温问题、蒸发量不足等问题也接踵而来,迫使燃用劣质煤后的CFB机组经常处于不能带满负荷的状况。

a显著的颗粒冲刷磨损问题

其中包括水冷壁、省煤器、再热器、过热器、耐火浇注料、风帽、循环返料系统的受热面及炉内其他通流部分,其磨损状态经常是惨不忍睹,各个电厂都曾或正在遭遇这种情况。作为用户不可能不计成本地选用昂贵的防磨措施,也不能因为过分追求防磨而频繁人为停机检查和补救,企业效益也不允许我们更多地处于防磨被动状态,切实可行的合理防磨措施是需要多加思考的,不能治了磨损而带来其他问题,只要可以完成一个合理的百天以上连续运行周期看来也是很好的目标了,实在不行合理地降低一些指标也无妨。磨损问题的解决,除了采取防磨梁、护瓦、防磨鳍片、防磨喷涂、炉内测点凸起点光滑过渡、消除炉内水冷壁异常凹凸点、分离器入口烟窗导流处理、覆盖耐火浇注料和防磨隔离片等有效的机械防磨措施以外,还必须注意到这些机械防磨措施中有不少方法会显著破坏贴壁流对炉内的传热过程,降低水冷壁蒸发能力,最终形成火焰燃烧份额上移,使得锅炉排烟温度升高、减温水量增加甚至限负荷运行,尽量采取哪些不明显影响传热的防磨措施和导热性能好的防磨材料,结构措施上也尽量做到符合物料“有原则导向疏导”的流动原则,从流动模型上多做一些考量。除此以外,运行操作上也可以对减轻磨损有所帮助。一般来说,诸如尽量降低一次风量、上下二次风尽量均等分布、颗粒细度控制得相对小一些、少一些局部烟风道漏风和均匀而相对小的床压控制等运行处理方法,也能有效地抑制CFB的炉内磨损程度,减轻防磨压力。设计上,以4.7~5.1m/s的流化速度选择最为合理,既可以满足大多数煤种的流化床燃烧稳定性,又可以适度控制磨损程度。实践证明,十多年前从国外引进的大型CFB技术选用5.5~6.4m/s的流化速度,所产生的劣质煤严重磨损已被国内广大用户充分认识,仅适合于硬度较低、易破碎的褐煤、高热值优质烟煤等松软煤质,会引起国内煤种多变情况的CFB消化不良问题。而对于那些燃用生物质的CFB炉型,只能选择鼓泡床炉型,其流化速度可选择的低一些,一般以2.3~3.4m/s为好。

b 辅机运行负载加重

很多电厂都因为燃料灰量的急剧上升使得运行连续性不能保证,堵灰漏渣等一般故障更是层出不穷,不得不进行相应的辅助系统改造。由于灰量大增,直接导致排渣除灰系统的机械设备卡涩跑偏、排量受限、堵灰堵渣和跑冒滴漏等故障频发,给煤机、除尘器、冷渣器、除灰除渣系统等与燃料、灰渣有关的辅助机械的承载负担也相应加大,极大地制约了设备性能,限制了机组带负荷能力。

在灰渣量增加的情况下,除灰除渣系统的运行非常困难,个别电厂的灰量甚至成倍增加,使冷渣器无法正常工作,限制了料层厚度控制的灵活性,无法获得一个理想的床温床压稳定性。紧急排渣除灰方式在这些电厂中变成了一种常态,锅炉零米和除尘器下部变成了灰渣堆放场地,粉尘飞扬、污水横流,对环境产生极大的污染。本来燃用高热值煤种的给煤机和落煤系统,其原始极限出力不能保证劣质煤状态下的长期连续大出力运行,不断发生运行中断煤和堵煤故障,紧急减负荷和应急处理成为困扰CFB运行操作的难题,尤其是燃用水分含量较高的洗中煤、煤泥时更容易出现这样的情况,除非在设计之初已经充分考虑高水分劣质煤的给煤影响因素。除尘器在灰量很大的情况下,排灰很不顺畅且容易产生灰斗和分级除尘之间的粘堵,尤其是北方电厂冬季运行过程中最容易出现麻烦,布袋除尘器经常会出现压差无法平衡,布袋之间的阻力急剧增加限制了机组带负荷能力,甚至造成停机。因此,解决大灰量冷渣器、除尘器等设计、制造和设备选型问题已刻不容缓。

c炉内物料浓度升高带来的汽温问题

由于受到磨损的制约,很多厂采取了相应的水冷壁加耐火涂层或其他的弱化传热的防磨措施,结果导致减温水大幅增加甚至满表勉强运行的情况,一些机组不得不限负荷运行。即使是不采取防磨改造,这种大浓度循环灰过程,使得悬浮段炉膛温度上升,也能够产生汽温偏高的趋势,往往需要对减温水系统进行减温器扩孔、给水回路提压和减温水支管加粗等相关的减温水加量技术改造,否则很难保持汽温合格。而在额定蒸汽温度下,一旦减温水已用到极致时,实现“压红线运行”的特殊调温方式是一件非常困难的事情。此时,需要锅炉与汽轮大电机组之间的进汽量、电负荷和汽压参数的协调非常精准,并随着负荷的变动而频繁调节燃烧过程使烟温与汽温相适应,使得操作员的运行调整难度加大,蒸汽超温现象时有发生。在一些情况下,为了保证蒸发段获得足够吸热量,就需要增加一些省煤器或者翼型水冷壁面积,以补偿劣质煤灰量大带来的燃烧份额后移使产汽量减少造成的影响,最终实现过热再热吸热比例有所下降,以保障使用大灰量劣质煤的CFB机组能够长期正常运转。有的用户通过改善入炉煤质、改良防磨措施、拆除原有影响传热的炉内防磨件、增设低温省煤器或者减负荷运行等措施,使磨损得以抑制,恢复了受热面的合理热量分配关系,从而保证了正常的汽温和蒸发量。

d 循环返料系统运行异常故障频发

通过热态观测、模型试验和CFD分析方法,人们发现了CFB锅炉都存在着沿水冷壁表面快速下移的贴壁灰流和空间落渣现象,并量化分析了不同高度的颗粒重力自然分选作用,了解了炉内水冷壁磨损的基本成因。这部分贴壁流和炉内较大颗粒的悬浮过程空间下落灰量,共同构成了炉膛内部的炉内自然会循环过程;而灰的外循环则是由分离器的离心分离、上升段低流速重力分离产生的回料过程,这部分外循环灰依靠回料腿、返料器的栓塞封闭和流化转移作用,连续地返回炉内料层,形成了外循环过程。目前已知的是炉内内循环灰量要显著大于返料系统的外循环灰量,它们共同构成了CFB的循环过程,其循环灰量与入炉固体燃料的比值就是我们常说的所谓物料循环倍率。。当CFB锅炉从循环灰分离器逸出的灰颗粒度大于90~100um时,细颗粒返料情况就不是很好,外循环效率下降;而当分离器后的飞灰颗粒直径小于70um时,则说明分离器效率很高,循环过程良好,对尾部烟道的受热面磨损就会显著减少。即使是正常运行的炉子,也很难做到每个分离器和返料器运转状态一致,灰量在各个分离器内的分布不均匀是必然的情况,不可能做到返料灰量的绝对平衡。返料系统在循环灰量大量增加时,其故障和灰量承受能力不足的问题就会随之凸显出来。实际上,燃料灰量异常增多时,总有一台套分离器和返料器处于难以承受的极限状态最大灰量,经常需要运行检修人员对返料器进行事故放灰操作,有时也会造成返料器和料腿的堵塞和其他故障。受此影响往往造成汽温、烟温和料层厚度的左右侧不对称情况,意外的返料器塌灰故障也经常发生,严重的情况下从回料口跌落到料层表面的循环灰竟然能够使料层厚度意外增高3~4米以上!另一种情况能够也很麻烦,那就是由于上部燃烧份额增加后,产生分离器耐火内壁高温挂焦直至整体结焦、分离器中心筒变形脱落和返料器或分离器的整体垮塌等严重事故,我国云南某电厂就曾发生过很严重的返料系统高温结焦,清理结焦工作用了四十多天才得以完成,对于低熔点煤质要尤其注意这方面的异常。

e机组发电负荷受限、厂用电率居高不下

相对于煤粉锅炉,影响CFB机组效益的主要问题是较高的厂用电率和供电煤耗,设备一次投资也相对高一些,接近于“W”火焰锅炉造价。灰量增加时,由于各种问题接踵而来,记住不得不在某些极端情况下限负荷运行,使得燃料系统、灰渣系统和烟风系统各有关辅助设备的机械电耗大增,而随着负荷的降低又加重了厂用电率的升高。

在设计时,长期燃用大灰量煤种的CFB锅炉,要充分考虑劣质煤问题,解决好这些由于没有认真核算和规划而带来的问题。无论是炉本体结构,还是辅助系统选型,都要充分满足实际裕量要求,尽可能满足大负荷正常运行条件,以降低限负荷的影响,使厂用电率和供电煤耗相对有所下降。

对于大灰量煤质,建议使用滚筒式冷渣机等其他电耗非常小的冷渣设备。与此同时,由于此时炉膛内部的灰浓度已经非常高,不会存在循环灰量太少的问题,因而也就可以取消所谓的冷渣风机。而通过播煤风改造、点火风道一次风系统降阻力改进和多炉公用同一条返料风母管,分别可以取消原来给煤管的播煤风机和点火风道前的增压一次风机,少用一台或几台高压流化风机,使得风机带来的用电损失有所下降,也是一个不错的有效途径,可以显著降低厂用电率,提高机组整体发电效率,也使系统有所简化,减少了设备故障点。

f排烟温度增加火电机组锅炉设备最大的一项热损失就是锅炉排烟损失,而炉膛内部燃烧中心上移可直接导致排烟温度增加,这种由于燃用劣质煤带来的热损失增加是显而易见的。在不考虑燃烧调整方式情况的同等条件下,由于煤种的变化,可使同一台CFB锅炉产生8~20℃的排烟温度升高,至少可产生0.5%~1.2%的锅炉热效率下降,折合17~45g/kw.hr的供电煤耗增加,其经济损失是非常可观的,需要我们对原设计为高热值煤种的CFB锅炉进行劣质煤掺烧比例的核算工作,否则是很有问题的。大多数北方电厂新建CFB机组往往采用纯布袋除尘器或者电布除尘方式,其入口烟气温度有很明显的限制。该类除尘器规程要求的极限排烟温度不等超过190~198℃,否则容易发生各类事故,严重降低布袋寿命。为此,绝大多数布袋除尘其入口都设有事故减温水,当烟气温度超过某个定值,比如说175~185℃时,其自动喷水降温就开始动作,甚至被迫停机。

g引风量不足引起的风量不足问题

灰量增加后,锅炉炉内烟气通流截面容易堵灰,使阻力增加,进而对引风机出力有所影响,严重时会因为炉膛压力不能保持而限制入炉风量,使锅炉带负荷能力下降,厂用电率必然增加且发电收益降低。

当炉内灰浓度过高时,也会因二次风穿透能力下降,形成严重的炉膛中心贫氧区,降低了燃料的燃尽度,形成相对高的机械未完全燃烧损失。尤其对燃用劣质贫煤、矸石、无烟煤、油页岩和煤泥的CFB锅炉,所产生的飞灰含碳量上升是比较显著的。在颗粒度不变的情况下,流化床炉底渣含碳量随着燃料量增加的变化不是很大,机械损失变化主要反映在飞灰可燃物损失增大。

为此,可以考虑在除尘器第一级灰斗下方和返料器的下部,分别增设飞灰复燃回送管路和返料器的紧急排灰管系统,放出的高温返料器存灰可以设法送入冷渣机(器)降温后排出,以达到复燃增效和热量回收的作用。

h 床压、烟温波动和料层厚度问题

由于物料增加而加剧了排渣除灰的难度,运行人员不太好控制料层厚度,难以在煤种异常变化时保持两侧的床压平衡。而对于双床CFB锅炉来说,如果原来的料层厚度较薄,则此时最容易产生翻床问题,为使两侧风室压力平衡,势必出现原来就节流很多的两侧一次风进风门不得不调整得更小一些的情况,从通过增加一些节流损失阻力来达到对两侧风室压力调节上的缓冲,满足自动调节的技术条件,实现风室压力平衡,防止翻床。

料层厚度的影响也受到返料器异常工作的影响,较大的返灰量容易产生两侧物料量失衡,左右床压会处于较大波动状态,随之而来的就是炉内各段烟温包括密相区温度都会不稳定,其结果也会影响汽温调节的稳定性。

煤种发生变化时,尤其是发热量波动时,氧量和炉膛各处烟温首先会发生改变,其变化率超过蒸汽温度、床压、稀相区炉膛压力的变化速率。变煤种的应对首要的关键是盯住床温的稳定性,多数情况下在变煤种时由于炉内两侧给煤线煤种的变化不可能十分对称,在一段时间内,往往会出现变煤种带来的床温、氧量和减温水不对称情况。要求我们在上煤过程中尽量勤快一些,保持在运行过程中各个煤斗料位基本相同,尽量减少煤种差异出现的左右侧不同步,建立良好的燃料平衡供应条件,使我们的CFB机组操作员运行调整难度有所降低。

煤种的变化是不可避免的,但我们有办法做到心中有数的预防性调节。床温较低的那一侧可以适当加大给煤量,并在低负荷的情况下适当增加一点一次风量以促使流化状态相对剧烈一些,强化水平湍动流化过程,均匀床温。很多情况下,加煤不升温的情况往往标志着流化程度的不足,使得料层对燃料的消化能力有所欠缺,此时的布风板底部粘滞层过于厚重,需要强化搅拌来减薄死料区。

9 颗粒度对运行调整的影响

循环流化床锅炉的燃料颗粒度直接影响到炉内物料流态化的合理组织,没有良好的流态化过程就根本无法保证CFB锅炉的正常低温燃烧过程的进行,也就谈不到其他的一些循环流化床性能保证和整套机组的经济性。应该说解决颗粒度问题以后才能保证长期的可靠连续运行,机组的最基本安全性才可以得到保证。可以这样认为,加入CFB用户的燃料颗粒度问题得以彻底解决,那么,65%以上的CFB锅炉的其他运行问题就会迎刃而解,机组的基本性能就可以得到改善,安全经济性就会得到保证。

随着这些年来人们对于循环过程颗粒行为的深入研究,逐渐形成了完善的学术研究机制,认识到CFB设备内部颗粒群实际上是以一种连续而伴随瞬态脉动的三维流态化过程。除了主要体现在上下移动过程的颗粒流态化行为以外,床料水平流化湍动过程也是一个不可或缺的概念。水平移动过程往往决定着一台CFB锅炉的床温均匀性,可以在良好处置的前提下,有效地消除因为布风不均匀所带来的局部燃烧与着火的不一致,建立一个好的稳燃基础条件后,对上部稀相区物料循环过程产生很好的后续影响。

北京科技大学刘柏谦教授、浙江大学的王勤辉教授以及国内外的不少学者,已经开展了颗粒行为方面的深入研究。从有关文献得知,在密相区小高度范围内存在着颗粒群的团聚式三维脉动流动行为,也知道了在布风板上方8米、16米和21米附近分别可采集到最大直径为5mm、2.5mm和1.5mm左右的颗粒,了解和见证了微观摄影所揭示的水平流化湍动过程和粘滞层现象。

早在2002年初,我们就提出了粘滞层和水平流化湍动过程概念,今天已被广泛证实。对于绝大多数的CFB机组来说,评价流化程度的好坏关键在于充分认识流化床布风板上方1.2~1.6米范围内核心稳燃区的颗粒状态和紧贴布风板表面那层粘滞层的厚薄情况。热态下我们不好准确测量这一粘滞层厚薄及核心稳燃区的活跃程度,但我们可以通过研究运行过程密相区床温分布和脉动现象来了解核心稳燃区和粘滞层现象,间接地加以基本分析。此外,也可以在冷态下对核心稳燃区和粘滞层进行相当精确的实验研究与量化测量,我们可以通过触摸来实实在在地感受到水平流化湍动、核心稳燃区和粘滞层的客观存在,悟出颗粒行为的真谛并运用到实践过程中去。

对于大多数CFB电厂来说,多数运行问题都与颗粒度的筛分分布情况有关,要保持好对应煤质条件下良好的颗粒度和基本筛分特性。解决了颗粒度问题,大多数的燃烧稳定问题都可以迎刃而解。我们关注煤质,关心对应煤质所需的燃料颗粒度量化要求。一般来说,成灰特性较差的褐煤和其他低地质年龄易热裂破碎煤质所要求的燃料颗粒度尽可能大一些,平均粒径最好为5mm左右,最大粒径可为15~25mm;而易成灰且不易发生热裂破碎煤质,其平均粒径最好为1.9~2.5mm,最大粒径不宜超过8~12mm。

对于我们所关心的颗粒筛分要求,我们希望符合相对平缓的正态分布规律即可,要想尽一切办法减少最粗大颗粒和最细小颗粒在整个燃料中所占的比例。当粗大颗粒太多时,下部燃烧份额加重容易造成床料超温,使布风板附近容易形成结焦倾向,容易出现低汽温现象,且加重了下部水冷壁和底部燃烧区风帽、耐火层的磨损,底渣含碳量和冷渣器出渣量会有所增加,也会增大流化过程所需要的一次风流化风压和风量需求,一次风机厂用电率增加。而过多的细末成分,又会增加飞灰的杨析损失,使飞灰含碳量增加,同时也会增大稀相区和分离器部分的燃烧份额,产生上部烟温升高,使外循环物料返料系统结焦趋势加重,此时最容易出现汽温高趋势和蒸发量下降的情况,甚至带来减温水量不足影响带负荷能力。

因此,我们需要对燃料破碎系统进行相应的优化改造或运行完善,确保颗粒的几何尺寸和颗粒度筛分情况良好,以确保整个CFB燃烧状况始终处于优良的运转状况,减少因颗粒度异常带来的问题,这是一个目前各个CFB机组最需要解决的首要问题。

10 运行过程氧量的保持与一、二风配风方式的调节

一般来说,循环流化床锅炉的氧量控制与对应容量的煤粉炉相当,基本上以3.5%~4.5%的炉膛出口氧量变动范围为好,对应的炉内空气过剩系数为1.18~1.25,但在变负荷过程中对氧量的调节和一、二次风的配比控制又有所区别。

作为煤粉锅炉,一般其最低不投油稳燃负荷为35%~60%BMCR机组负荷,在最低稳燃负荷情况下要求的锅炉氧量一般为6.5%~7.5%,这主要受限于额定或最低允许蒸汽温度的保证的局限,以及服从于相对高比例的二次风量要求,多数情况下不期望二次风率小于60%。另一个因素就是煤粉一次风管道流速不得低于18m/s这一不积粉堵管的最低限速。

而作为CFB锅炉,尽管劣质煤对稳燃显然存在不利影响,相对的最低稳燃负荷要比燃用好煤时略高一些,但其最低不投油稳燃负荷与煤质的依赖关系不是那么显著,最低负荷的差异也就不超过10%BMCR负荷,大多数机组都能很好地实现28%~35%BMCR这样的低负荷稳燃能力,只要床温相对均匀,可以达到780℃或更高温度,且过热汽和再热蒸汽出口温度合格,就基本可以保证安全稳燃,达到不投油运行条件。此时CFB机组所要求的氧量一般为7%~12%,而具体的氧量控制指标选择与炉型和结构参数有很大的关系,决不能像煤粉炉那样一概而论,需要针对具体设备分别考虑,此时就会对煤质特性、物料颗粒度状况和流态化配风优化等因素从经验、数据和理论概念等方面做出正确的分析,及时采取适当的运行调整措施。

在40%BMCR以下的机组负荷时,CFB锅炉的热效率确实要比煤粉炉低一些,这主要是因为CFB锅炉料层流化需要基本的最低流化风量来保证,这就造成了其一次风率要比煤粉炉一次风率明显高一些,使燃尽和循环返料所需的二次风率受到限制,不利于飞灰含碳量的降低,且由于单位燃料氧量的增多造成排烟损失的增加。另外一个方面,由于是低温燃烧过程,在低负荷运行时必须顾及蒸汽温度的保障,因此而需要更多的烟气量产生来保证分离器后受热面对流传热所需要的基本流速,以弥补相对于煤粉炉较高烟气温度下的CFB炉型对流传热温差的降低。

在很多CFB低负荷情形下,其循环返料系统分离器后烟温经常只有570~650℃,对应于最低负荷下汽轮机组500±10℃的进汽汽温要求来说,末级过热器和再热器传热温差显然有些小。换句话说,在多数情况下,CFB机组的最低稳燃负荷并不受制于稳燃状况,而是受限于汽温要求,为了获取足够的蒸汽侧吸热量,必须保持对流传热高温介质的最低流速,否则无法获得合格的出口汽温指标。

流化床锅炉所设计的一次风率为35%~65%,相应的二次风率为65%~35%。早期的鼓泡床流化床炉型的二次风率较低,二次风量甚至不超过35%,这就产生了很大的不同配风要求。其实,在低负荷稳燃过程中,任何一台高循环倍率CFB流化床锅炉也都变成了鼓泡床炉运行模式,必须按照早期鼓泡床的基本稳燃概念来做好最低稳燃运行调整。但有所区别的是,虽然其料层流化特质和物料循环与鼓泡床别无二致,但毕竟不是以100%负荷概念来设计的鼓泡床炉型结构,所以只能是按照30%左右负荷时的鼓泡床应有模式去调整具体的运行方式,还要明确没有埋渣管以后的配风和料层流化所需的参数变化要求。

CFB路型设计强调的是床料的良好流态化过程和二次风的充分穿透效果,以减少炉膛中央的贫氧区和对后期物料的搅拌作用,分级送风的影响没有煤粉炉那么明显,其原理就在于低温的流化燃烧方式本质与高温的悬浮燃烧之间的区别。在低负荷状态下,往往需要保持较低的二次风率,在最低稳燃过程中,人们一般不期望二次风率超过30%~40%,一次风虽然也只需要做到最低流化风量且保证床温超过780℃稳燃即可,但由于后期出口烟温的限制,其氧量也就控制得相对较高一些,以实现最低稳燃所对应的基本料层温度。

燃料燃烧时用风量和二次风配风的总体控制,首先要在明确了氧量的准确数值以后才能深入下去。标定风量时,由于工业应用的大中型CFB机组的各处超过Φ350mm以上的大尺寸风道缺少直管段,使得我们没有办法精确地测量出流速,只能采取冷态测试外加热态氧量辨别的间接标定方法,借助于改变各段风量分配来获得炉膛出口氧量的差异,通过压力、温度、煤量、原始风量分布和风量差压表读数等运行数据在各个组合工况下的物理化学响应规律,来核算出真实的各个主要风量和氧量。当我们可以制造出足够明显的烟温、蒸发量、氧量和风量差异时,就可以进行风量的标定和氧量的热态综合校验了。专业人士经过专门培训和实践演练,很快掌握好这一好的方法,然后根据这些工况数据的排列组合,采用矩阵分析或插值函数方法达到风量标定的目的。这里面对误差的控制,主要来源于对相关运行测点的仪表和测量系统的一次元件、传输变送系统和计算单元的标定,尤其是氧量表、蒸汽流量、给水流量和风量差压信号的标定。

11给水温度变化的影响

由于汽轮机回热系统的除氧器或高、低压加热器不能正常投运的原因,不少CFB机组经常处于较低或者很低的给水温度,不能实现设计的给水温度,造成了一系列的锅炉运行问题。其根源就在于省煤器部分的变化不大但水冷壁吸热量影响很大,同等燃料量下水冷壁蒸发量显著下降,造成了炉膛出口温度对应较小蒸汽流量时过热器和再热器部分的相对吸热量增加,减少了水侧吸热比例,破坏了了原有的受热面吸热份额分配平衡关系。

给水温度降低时,会产生以下运行问题:

a 各段主蒸汽和再热蒸汽受热面温升增加。

b为控制正常汽温,促使各段过热器和再热器减温水量剧增。

c 为维持同样的机组负荷下的蒸汽流量,需要的燃料量增加。

d 排烟温度上升使锅炉效率下降,机组发供电煤耗增加。

e 炉内各段烟温、床温及循环物料温度上升。

f 除灰出渣量增加,加重了炉内磨损速率,也增加了物料循环负担。

对应这样的实际变化,除了我们尽可能设法恢复正常给水温度以外,我们也要在给水温度较低的情况下,设法维持正常的连续运行。

在这种情况下,我们需要对一二次风进行适当的调节,可以适当增加一次风率、降低二次风率,以保持相对高的料层流化程度和较低的循环倍率,其目的就是要减弱二次风对循环倍率的刺激作用,易于控制料层温度而不至于出现高床温情况,这一点对于粗大颗粒占主要份额且平时运行温度已高达920~1050℃的很多劣质煤CFB锅炉尤为重要。否则就会出现严重的结焦倾向或者调温失控,增加了锅炉爆管的可能。如果无法坚持燃烧系统的安全运行,也就谈不到汽温的调整对策了。

如果出现这种情况,减温水的调节要跟得上去,始终保护好屏式受热面,实现过热器和再热器出口的正常额定汽温。当减温水量太大,基本流量无法保证满足高负荷下的汽温控制要求时,就只好降低机组负荷,在较低的锅炉蒸发量下勉强运行。对于经常出现这种情况的CFB机组,我们建议对过热器和再热器及其减温水系统进行适当的改进。一是要适当加粗减温水总管和支管回路管径,同时对减温器喷嘴进行扩孔或增加孔数处理,以降低减温水阻力增加减温水流量调节能力;二是要将减温水水源变为两段并联,一部分来源于最后一级高压加热器后而另一部分来源于给水泵后、高压加热器之前,这样做的好处是在需要大流量的减温水时,不至于因为太低的给水温度而产生更大的煤耗损失,冷热兼备后至少在有一台高加工作的情况下,捞回0.8g/kw.hr以上的煤耗利益,正常给水温度下利用回热后的热水降温会取得1.2g/kw.hr以上的煤耗下降效果。

另外一个方面,对于那些细颗粒占主要份额且煤种灰分很高的CFB用户来说,循环灰量的大幅增加也加剧了灰循环的负担,此时可以通过对返料系统进行循环灰紧急排放操作,牺牲一些炉效来换取正常的循环返料,降低汽温持续升高的趋势,缓解一下汽温调整的矛盾,必要时甚至可以考虑增设循环灰持续排放系统和必要的远控调节手段。但要充分考虑循环灰的排放地点,最好放置在除渣机入口,万不得已时也可以考虑设置专门的水冷套放灰管和专用集灰装置,水源可以考虑工业冷却水开式排放或者除盐水闭式循环冷却装置,避免由于高温灼热着火灰流而烧坏放灰管甚至造成人员灼伤。必要的截门也要放置在人员可以正常躲避和方便操作的位置,冲灰水布局应合理安全,不能使溅起的蒸汽热水妨碍现场人员通行。

12 运行过程中参数之间的关联性分析与调整手段

锅炉运行中,各个系统之间以及不同地点的监控测点所反映出来的运行数据,实际上都或多或少地存在着某种直接和间接的关联关系,优秀的操作人员能够通过这些参数的变化所反映出来的客观规律进行准确的状态判断,并且可以根据这些关联情况和各测点数据绝对值的变化程度采取相应的对策,以应对各种复杂的运行工况。作为运行人员和锅炉工程师,需要简化基本操作工艺,准确无误地对运行规程和检修工艺深入理解,做到对CFB锅炉设备的充分理解,了解冷热态下运行参数相互之间存在的必然联系,并将专业知识运用到实际的运行操作和设备检修工作中去。

这里,我们要强调一些传统意识上容易被人忽略的几方面参数,这些参数与循环流化床锅炉运行特性紧密相关,并不是一般意义上的所谓参考测点。

a 省煤器出水温度。

b 锅炉尾部烟道前转向室烟温。

c 物料循环返料系统的旋风分离器后烟气压力、烟温。

d 沿炉膛高度分布的各段密相区和稀相区压力、温度。

e 返料器风室压力、温度以及回料腿温度。

常规的运行测点参数的解读和常规调整技术,已被广大的CFB锅炉工程师、运行人员和专家多次重复灌输和充分理解,这里不想多加赘述。作者想强调的是本段文字上述五个方面测点参数的分析理解和实际应用,可以给用户设备管理和技术改造带来相当不错的经济效益,提高设备运转的安全可靠性。

水的加热过程温升分析和热量计算非常单一而准确,而局部水冷壁传热存在着汽水混合物焓值随干度变化的影响,过程相对复杂,尤其是超临界机组更是如此。但是,如果我们利用饱和蒸汽焓值和省煤器出水焓值之间的差值,加上主蒸汽流量扣除减温水量以后的蒸发量结果,就可以很精确地计算出到底蒸发段吸收了多少热量,省煤器究竟得到了多少热量,完全解决了省煤器和水冷壁各自吸热量的精确定量问题。这样的做法,为这两部分水侧受热面的技术改造提供了参考依据,避免盲目地增减其受热面面积。

当省煤器吸热量已超过允许最大热量时,会造成该省煤器出水温度与汽包的欠焓不足,有可能产生省煤器的局部沸腾。此时,你就不可以通过增加省煤器面积来直接降低排烟温度和提高蒸发能力了,只能是设法采取翼型水冷壁附加受热面方式,增加水冷壁部分的传热面积提高其蒸发量,达到间接降低排烟温度的目的。由于大多数亚临界以下的CFB机组,其省煤器的温升大约只有8~12℃,这么点儿的温升在具体测量省煤器出口温度时,需要多几个同位置水温热电阻或热电偶,来测量出精确的出口水温,即所谓“热电阻堆”的概念:用多个测点的平均值来表征该点实际测量值。

作为运行优化,省煤器出水温度对决定锅炉紧急停机后的保护和恢复启动还有好处。当电厂出现厂用电停电等事故引起意外停炉时,在上水恢复水位的过程中,要依靠降压后的省煤器出口温度和附近烟温来判断能否向汽包进水。上水条件在于省煤器出水温度与汽包壁温的温差不能超过50℃,且尾部烟温也不太低。此时,如果汽包水位计能够“叫出”水位、停炉时间也不超过数小时且紧急停炉时汽水系统阀门封闭很及时,假如发现省煤器出水温度高于230~260℃、与汽包饱和壁温温差不大于45℃,同时保证省煤器附近烟温不低于180~250℃,可以缓慢向锅炉上水,直至看到汽包出现正常水位,完全没有安全问题的顾虑,除非意外停炉时风机没有及时停运、汽水系统封闭又不及时,有可能存在非常严重干锅状态。这样的能不能上水由省煤器出口温度说了算的做法,必然会节省很多启动恢复时间,对直流炉来说其益处更大。对省煤器出口温度的检点,对其他参数的控制同样可以发挥一定的作用。比如说针对减温水的调节、料层厚度的控制参考、床温的异常变化和漏风的间接影响等等,都有一定参考作用,限于篇幅不再赘述。

与煤粉炉很相似,转向室烟温与汽温的跟随性良好,但不能替代分离器后邻近的烟温测量对汽温的快速灵敏性。转向室烟温还有一个好处是对能否获得稳定燃烧进行评判,了解各类煤种在一定负荷下可否可靠着火。燃烧的相关分析中,除了对床温和炉膛烟温的监控以外,还必须结合返料器回料腿温度和转向室烟温来综合考虑。

转向室烟温是经过二次扩容后获得的稳定平均烟温,无法对左右侧多个分离器后的多边界烟温偏差进行,烟气流程的偏斜影响已经变得相对模糊。而分离器后的烟温和压力,可以非常迅速而直接地反映出各个分离器之间的运行性能偏差。通过分离器出口压力与炉膛出口压力的差值分析,结合回料腿温度、分离器下方立腿温度、返料器小风室风压和高压流化风支管流量,我们能够利用中间储仓式制粉系统的基本原理,结合循环返料系统的特点快速诊断出个别分离器和循环回料系统所存在的性能偏差,甚至明确回料量差异、返料装置漏风、积灰偏差程度以及阻力分配的基本情况,并找出其中原因而加以合理处置。

事实上,在我们点火启动时,能否撤出油枪关键在于使床料已达到稳定连续着火状态,其判据必须是在合适床温下结合回料腿温度来掌握,避免来回进行油枪的投停,使点火过程风量的调整也变得比较简单一些。一般来说,回料温度的异常标志着循环返料系统的不顺畅,升降温度的波动状态显示了返料器或分离器的稳定性,甚至也标志着对应局部布风板上料层上方的悬浮段燃烧稳定性和灰浓度的分布是否正常。

另外要强调的是,料层厚度通过床压来间接反映,也可以在DCS系统上做一个专用修正程序,来描述实际床压和厚度的对应关系。首先,将空床床压的零压基准点对应的料层厚度确定出来,将该厚度下虚拟床压的折算值作为常数,按照常规床压加该常数作为最终运行床压计算显示值,可以相对精确地反映出热态料层厚度。一般来说,大多数CFB锅炉的床压测点都会布置在炉膛燃烧室的下部边角区,位于布风板表面上方200~240mm高度上,炉外测压平衡容器上附带有定期反吹扫补偿式定期清理装置。

而其他密相区、稀相区的更多高位炉膛压力测点,更多地反映出物料的局部灰浓度分布情况,为我们控制循环灰量和床温控制提供了有益的参考,是一个构建出炉内合理的流态化过程不可或缺的重要数据集合。

13 空气预热器和炉本体漏风带来的运行调节问题

空气预热器和炉本体的漏风会带来以下几个问题:

a 排烟温度提高和烟气量增加,使锅炉排烟热损失有所增加,炉效下降。

b 一次风的泄漏降低了一次风压,减少了布风板有效流化风量。

c 相同送风量下,会减少锅炉有组织总风量,对CFB炉型燃烧调整不利。

d 炉膛左右侧漏风不均衡时,对布风板平衡配风和均匀流化燃烧过程不利。

e 有组织入炉风量的减少,会增加一次风机和二次风机电耗,使机组的厂用率提高。

f 严重的漏风会引起缺氧燃烧和机组限负荷运行问题,机械未完全燃烧损失增加,炉效下降。

g 当由于振动、烧损、膨胀等异常造成一次风机和二次风机出口侧膨胀节破裂或者风道撕裂时,往往会破坏料层正常流化,不利于燃烧稳定和物料循环返料过程,可直接导致意外停炉事故。

鉴于以上几条理由,我们针对漏风大的CFB锅炉要尽早予以停炉处理,诊断出泄漏点和泄漏原因,通过合理可靠的措施和技术手段消除漏风因素,保持好空气预热器的严密性和机械可靠性,尤其是300MW级及其以上大型循环流化床锅炉,其回转式空气预热器的漏风问题显得尤为重要。

这些年来,多层齿状环向扇形板密封和轴向筒壁密封已成为回转式空气预热器改造的主流方向,除此以外也认识到了密封间隙尽量调小和扇形板多跨距分段处理的重要性。材料学方面采用了软硬材质差异的磨损件,使密封片的硬度略低于被密封基面,避免了刚性材料的硬碰硬损伤,大大降低了转动设备卡涩的故障率,使回转式空气预热器的意外停运事故率降低到最低程度。一些用户采用了反向旋转技术,使空气预热器在正常运转一段时间后,及时定期反转运行,然后按同等周期反复调整转向得以自适应,防止了密封间隙的异常变形扩展,对降低空气漏风率和提高机械可靠性有一定的好处。对于传热元件盒,每次检修应当检查一下,保持内部的畅通,及时更换锈蚀的传热波纹薄板,对防止堵塞和保持设计传热性能有很大的好处。

事实上,空预器的烟气、空气通流截面被严重堵塞后,会增加回转式空气预热器的漏风率,任一并联通道的阻力增大,都会迫使流体向着比较容易逸出的方向行进,而流化床位于空气预热器附近的一次风压和二次风压分别高达16~23kPa和8~15kPa;由于存在一段压差约为650~1100Pa的循环物料分离器的缘故,相同位置的烟气侧压力却比同容量煤粉炉大一些,约为-2.4~-3.8kPa。而对于同等容量的煤粉炉来说,空气预热器附近的一次风压和二次风压分别为 7~13kPa和2.5~5kPa;由于没有大压差阻力构件,相同位置的烟气侧压力却比同容量流化床小一些,约为-1.5~-2.7kPa。两者相比,循环流化床锅炉的空气侧对应烟气侧的压差显然要比煤粉炉大许多,因此在同样的密封间隙下,CFB空气预热器漏风要比煤粉炉的漏风量大许多,也就不难理解为什么要求人们更关注CFB机组的漏风率问题了。这就是CFB锅炉选择四分仓回转式空气预热器、将单通道一次风限制在双通道的二次风中间的原因;一般煤粉炉多选择三分仓的回转式空气预热器,而对于那些从预热器后抽取热风的一次风机布置方式,甚至于可以采用两分仓回转式空气预热器,因为这种情形下的漏风更易于处理。

在运行中一旦我们发现空气预热器漏风较大却不能停运机组时,我们可以从几个方面来调整我们的运行对策。

a 料层厚度的控制

漏风较大时,不宜采用太厚的料层高度。对于300MW机组单布风板90~115m2面积的CFB,其料层厚度此时以保持1050~1200mm为好;而对于双床分别为45~60m2面积的CFB,其料层厚度此时以保持850~1100mm为好。这样做的好处是不至于过分憋风,能够减少一些空气侧阻力和脉动现象,对减少漏风有好处,有利于风压和风量的维持。从配风方式来讲,漏风较大的炉子配风操作时不宜将风门关得很小,以避免形成大的流通阻力,防止因料层厚度和风阻的双重作用造成漏风进一步加剧,使炉内缺风情况加重。

b 运行氧量的控制

对于漏风较大的CFB机组,要随时注意观察和控制空气预热器前后的氧量变化。在55%以上负荷下,CFB运行中的炉膛出口氧量即空气预热器前氧量一般应控制为3.0%~4.5%的氧量,对应的二次风率按照跟随氧量原则来调整。当漏风达到15%~23%或以上程度时,锅炉的运行效率之低、燃烧配风氛围之恶劣是不能接受的,最好停机处理。此时表现出来的排烟氧量至少在7%~9%以上,如果此时炉膛出口氧量已经受到明显限制的话,则不建议CFB机组在很高的负荷下运行,至少应限制为75%BMCR以下负荷。此时应以炉膛出口氧量能够实现3.5%~4.5%的最高负荷,作为实际运行的最大机组负荷,决不能在3%以下缺风工况下勉强加大机组负荷,否则有可能形成高炉温结焦、床温不稳定、燃烧效率低下、燃料燃尽度差和尾部烟道二次燃烧等降低炉效、产生事故的不利因素

c 高灰分煤质的问题

对于燃用褐煤、石油焦、洗中煤、煤泥等细末很多的燃料,应注意控制炉膛各段压差。炉膛上部压差此时不宜超过3.0kPa,太高的物料循环灰浓度会导致回料器塌灰、炉温失控或燃尽不足,此时以控制在1.5~2.5kPa为好,这一条适应于100MW以上各容量CFB锅炉。在漏风较大的情况下,过高的灰浓度不利于二次风在炉膛中心区域的均匀穿透,未燃尽颗粒群表面的氧气渗透作用减弱,飞灰可燃物含量会显著增加。

d漏风部位的检查

运行中应重点针对膨胀节等关键漏风部位进行认真的漏风试验和运行巡检,及时发现问题。正压侧烟风道比较好检查,飘带、粉尘、烟雾、噪音等方法都可以看出来;而负压侧烟道则相对麻烦些,尤其是负压较小的炉膛出口等微负压段要麻烦些,检查环境也比较恶劣,严重漏风可以听到漏风点的噪声,普通负压段漏风可以通过吸附烟雾、粉末粉尘和纤维质小布片来发现。

e膨胀节的漏风

可以通过多层迷宫密封结构改进、增加密封吹扫风、耐火层膨胀缝改良、金属材质的填充方式改进等手段来消除膨胀节漏风问题,各个膨胀点要注意留好膨胀间隙裕量,并注意受力分布和结构形状。有时,可以用金属膨胀节来替代高温段的那些非金属膨胀节,膨胀节的内外筒体之间至少应有双层的错位迷宫式密封,杜绝那些单层内置封闭的简单波纹管密封的密封结构,坚决更换和改造那些制造精度差、结构设计不合理的膨胀节。

f 炉本体及烟风道重点漏风部位的防护

炉本体及锅炉各处烟风道的人孔门、观察孔、防爆门、热工测点、各处炉墙和烟风道边角处、返料器和外置床附近、布风板附近区域、给煤管口、炉前二次风管口、风烟系统连接部件和受热面管束穿墙管等处是很容易产生漏风的关键部位,应加强这些部位的运行巡检和检修维护,消除各种可能引起漏风的因素。

而炉膛和循环返料系统正压侧的这些部位泄漏,除了风、烟介质的泄漏以外,还会引起漏灰漏渣。高温灼热的物料泄漏现象会产生一系列严重的环境污染和安全防护方面的故障。很多CFB用户都经历过漏渣漏灰使人员灼伤、烫伤甚至丧命这样的严重事故,而更多的时候是引燃泄漏部位附近的控制电缆、动力电源、施工易燃附着物,造成非常严重的火灾事故。排渣系统附近进入高温灰渣时,会导致金属构件烧损变形,而渣沟所敷设的防磨石料内衬会被烧崩、脱落,造成刮板输渣机、提升机卡涩停运。

为了预防这些严重事故的发生,必须做好各种应对预案和防护措施,电缆、电缆桥架和电缆竖井通道在设计时应尽量避开可能的高温泄漏点,实在不能避开时则应做好阻燃覆盖措施,隔离密封结构完好,封闭性良好。而电缆沟道、刮板输渣机沟道和其他工作面地下设施沟道均应有非常坚固可靠的盖板和密封措施,与水泥地面接触面的连接处应平整、紧密、精细、密封严密,无缝隙泄漏的可能。

防爆门是最容易破损的一个部位,除了事故爆燃时造成故障以外,还可能由于人为的磕碰、意外落物砸伤等原因造成防爆门破皮。而对于那些重锤式防爆门,由于接触面不够平整有轴头卡涩、重锤脱落和安装扭曲,也会产生显著的泄漏。漏风检查时,不能忽略对防爆门部位。顺便提一下,防爆门外的导向管引出位置和方向以不能伤害人员为准,也不能对周围精确的测量设备和易燃物品造成危害,金属箔原理的防爆门要确保平时不破损,而一旦发生炉内爆燃式能够及时瞬间爆破,还要求所选材料能够在长期运行中抵御腐蚀性烟气和空气的腐蚀。重锤式防爆门也要满足类似的功能,但最重要的是封闭接触面和锤头这两部分,需要加工紧密、安装无误,达到技术要求。

14 对屏式过热器、屏式再热器的运行保护问题

目前国内CFB锅炉为了受热面的疏水彻底,减轻管屏间的热偏差影响,均采用了福斯特惠勒FW型式的屏式过热器和再热器结构,在前墙布置竖直的入口联箱,而在炉膛顶部放置了水平的出口联箱,这样就形成了一定的穿墙管附近膨胀应力补偿问题。有时由于预留膨胀位移量不足或者密封套筒安装不当,常会出现管件移动不很顺畅的情况。在炉内屏式受热面的上升段转弯处一定标高至前墙处,管壁上敷设了耐火浇注料,其目的在于均衡传热和防磨处理。

2007年以前的那段时间,发现有些50~135MW等级的CFB锅炉,在炉膛上部顶棚管、前墙的联箱后穿墙管处,时常会发生水冷壁管与屏式受热面引出管之间存在有膨胀受迫、局部磨损问题,频繁引起局部爆管事故。我们对这一情况仔细分析后认为,多数爆管并不是材质缺陷、局部过热和燃烧偏差等常规原因造成的,而其根本成因在于管与管之间的硬摩擦、膨胀不均的扭力作用和局部高浓度物料两相流磨损几个方面。有些时候是由于穿墙管和顶棚管之间的密封套管焊接原因造成的,焊接工没有将套管下部和上端分别与水冷壁管穿墙孔垫圈和竖直引出管单侧焊接,而是简单地将套管拼接件与引出管整体地焊牢,没有留下膨胀余地,使得引出管和顶棚管之间形成非常大的拉应力或剪切应力,生拉硬扯地将穿墙管局部管件撕裂。为消除磨损、释放应力,就将该处的水冷壁和屏式受热面局部穿墙管处敷设了耐火料小面积平台和光滑边角过渡,使得局部漩涡消除,减少了物料磨损的可能;另外,又在炉内外穿墙管局部300mm长度内改造成大半径弯管,并适度做了扩孔处理,彻底消除了局部应力和金属管件的相互摩擦;考虑到密封问题,对其中空隙处用软质高温氧化铝耐火填料进行了填充,不仅消除了漏风,也解决了膨胀补偿问题。很多用户采用这一方法后,再也没有出现过类似问题,最早的至今已运行六年多而毫发无损。

屏式过热器和再热器的变形和由此引起的磨损甚至爆管是很常见的问题,其中尤以屏式

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相关问答

问:260吨循环流化床锅炉用煤量比较大?

答:循环流化床锅炉耗煤量的多少首先看燃烧的煤种,煤种不同,其燃烧效率不同,耗煤量自然也不同,所以不能按照标煤来计算,那样会有很大的误差。就流化床锅炉来讲,一般烧的都是劣质煤,劣质煤的热值在18000KJ/kg---23000KJ/kg之间。流化床锅炉的耗煤量可以通过一个计算公式得来,公式如下:
锅炉耗煤量=锅炉功率*3600/煤燃烧热/锅炉效率。

问:75吨循环流化床锅炉每小时用煤量是多少

答:三千七八的用七八吨

问:大家说一说循环流化床锅炉烧的热值多少的煤

答:离煤矿比较远的厂家,会选用热值高些的煤,而有些近的特别是坑口电厂则有时会选一些差点的煤,如泥煤、洗中煤、劣质烟煤甚至是劣质无烟煤、煤矸石等

问:循环流化床锅炉燃烧一个标准煤能产多少蒸汽

答:这个不能笼统的问,首先要确定你的蒸汽品质,工作压力、给水温度以及你锅炉的热效率。比如说3.82MPa,450摄氏度,给水是105摄氏度。锅炉热效率是90%。那么你可以这样算:首先查出450摄氏度和105摄氏度的焓值。分别为3333.47kJ/kg、442.95kJ/kg。而标煤是7000大卡,也就是7000*4.182=29271.2kJ/kg 。假设产a吨蒸汽,那么有:a*(3333.47-442.95)=0.9*29271.2。所以,a=9.11吨。

问:20吨循环流化床燃煤锅炉烟气量是多少

答:对于循环流化床锅炉的烟气量与链条锅炉的烟气量还有区别,因为CFB锅炉的过剩空气量较大,所以,一般都是以每蒸吨3000Nm3配置引风机。一下给出具体的循环流化床锅炉烟气量的计算公式:
1、锅炉每小时二氧化硫排放量:  ×K×Bg×(1- q4/100)×Sar/100
转化系数,煤粉炉为0.9,流化床锅炉燃烧效率低于煤粉炉,因此硫的转化率应该比煤粉炉低,但也可选0.9。
Bg:锅炉最大连续负荷耗煤量。
q4:锅炉机械未完全燃烧损失百分数(%)。
Sar:煤的收到基硫分(%)
2、烟气排量Vy由锅炉热力计算书查的,与锅炉煤质元素分析数字及锅炉煤耗量求得。
3、则二氧化硫排放浓度为:
4、含硝量,机氮氧化物排放量无法计算,没有公式,因为不仅与煤中N含量有关,还与燃烧温度有关,可只能直接测得。
其实,具体的烟气量排放是多少并不是问题的关键,只要排放不超过国家的标准就没有问题的。

用户评论

来自[舟山]的客户:2019-01-13 11:43:08
我家的是去年买的,去年最冷的时候,房间里暖暖的,看孩子穿着运动衫在房间里轮滑,幸福感爆棚。 附近好多自家有小楼房的都去我家观摩、询问, 这一台是帮大伯哥买的,可惜不能上传照片,他家为了迎接锅炉做了个豪华版底座。 真的很棒,店家也很棒,天津到淄博运送这个大家伙,三天就到了。 专业的我不懂,就知道有了这台锅炉,这几年都不用畏惧严寒,当然,还要准备好充足的煤炭。

来自[昌吉]的客户:2019-01-12 16:25:50
操作简单,服务好,技术型老板,合作愉快!

来自[江苏]的客户:2019-01-08 15:55:18
发货很快,卖家态度也很好,很满意!

来自[瑞昌]的客户:2019-01-02 23:31:19
发货非常及时,第2天上午就送到了,安装师傅认真仔细,安装到位,特意用了几天再来评价,使用效果非常好。

来自[宿迁]的客户:2019-01-02 12:15:00
循环流化床锅炉已经有1000t/h的,这个用煤量是较大的。

来自[雅安]的客户:2019-01-01 20:37:07
质量没得说,价格还很便宜便宜,客服小姐姐很热情的,服务周到。物流也超级快的。打满分

来自[沅江]的客户:2018-12-30 11:58:39
你的问题是什么?是单耗过大吗?

来自[四川]的客户:2018-12-29 18:49:01
试用了很好,比想象中的还要好,很满意

来自[合作]的客户:2018-12-29 13:14:25
这个生物质锅炉产气快,压力足,简单好用,操作简单,一键启停,总体还是比较满意。

来自[晋江]的客户:2018-12-27 01:39:06
价联物美

来自[铜川]的客户:2018-12-26 23:47:08
炉子还可以

来自[怀化]的客户:2018-12-26 23:10:00
不错 !

来自[安宁]的客户:2018-12-26 22:44:36
机器不错,洗得很干净!以后会推荐给朋友!

来自[桂林]的客户:2018-12-26 21:59:20
用了才上来评价,这个炉子很好用,很方便,厂家服务也很好。

来自[岑溪]的客户:2018-12-26 19:13:00
包装很严实,安装卖家很细心讲解,好产品,

来自[高州]的客户:2018-12-26 17:43:34
我是养殖大棚冬季采暖用的,煤的不让烧的,煤锅炉淘汰就用烧这个颗粒锅炉啦,成本算算用的比煤还低,锅炉用起来也挺方便的

来自[金华]的客户:2018-12-26 17:24:19
质量杠杠的,发货速度快,卖家服务态度好,物超所值,值得购买!

来自[杭州]的客户:2018-12-26 16:56:04
造型新颖,操作方便,经济实惠