【摘 要】分析循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的原因,提出相應(yīng)的處理措施
【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床鍋爐,燃燒,結(jié)焦,原因,措施
1、概述
近9年來(lái),先后有百余臺(tái)國(guó)產(chǎn)410-450t/h高溫高壓或440-480t/h超高壓再熱CFB鍋爐在近六十多個(gè)發(fā)電廠(chǎng)相繼訂貨、安裝并少量投運(yùn)。大型CFB鍋爐是近幾年才發(fā)展起來(lái)的電站鍋爐,它的設(shè)計(jì)、運(yùn)行都有待不斷積累經(jīng)驗(yàn)去完善,運(yùn)行中難免出現(xiàn)一些問(wèn)題。通過(guò)對(duì)我國(guó)十余臺(tái)已投產(chǎn)440t/h級(jí)大型CFB鍋爐的調(diào)研發(fā)現(xiàn),相對(duì)于常規(guī)煤粉爐,CFB鍋爐結(jié)焦已是一個(gè)最為普遍的且是比較嚴(yán)重的問(wèn)題。處理不好勢(shì)必嚴(yán)重影響CFB鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,也影響到CFB鍋爐的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。因此對(duì)循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因的分析并提出解決辦法,會(huì)不斷提高大型CFB鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行水平。
2、結(jié)焦現(xiàn)象
2.1結(jié)焦現(xiàn)象主要有:⑴CRT顯示床溫、床壓極不均勻,燃燒極不穩(wěn)定,相關(guān)參數(shù)波動(dòng)大,偏差大。床溫測(cè)點(diǎn)有數(shù)個(gè)出現(xiàn)偏差大(差值大于150℃),并且大幅跳動(dòng);兩側(cè)床壓值偏差大,有時(shí)達(dá)到3kPa左右。⑵結(jié)焦初期(局部)料層差壓下降,結(jié)焦嚴(yán)重時(shí),料層差壓急劇增加。⑶氧量快速下降,幾乎近于零。⑷爐膛負(fù)壓增大,一次風(fēng)量,風(fēng)室風(fēng)壓波動(dòng)大。⑸負(fù)荷、壓力、汽溫均下降。⑹排渣不暢,床層排渣管發(fā)生堵塞,單個(gè)或多個(gè)放渣口放不出渣或放渣中有疏松多孔燒結(jié)性焦塊(局部結(jié)焦);⑺從看火孔觀(guān)察流化床內(nèi)有白色火花,可見(jiàn)渣塊,床料在爐內(nèi)不正常的地運(yùn)動(dòng);⑻料層差壓突然增高(達(dá)10KPa左右),短時(shí)后很快下降(判斷為爐內(nèi)澆注料大面積塌落)。
2.2當(dāng)床層整體溫度低于灰渣變形溫度而由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的結(jié)焦稱(chēng)低溫結(jié)焦,低溫焦塊是疏松的帶有許多嵌入的未燒結(jié)顆粒。床層整體溫度水平較高而流化正常時(shí)所形成的結(jié)焦現(xiàn)象稱(chēng)高溫結(jié)焦,高溫焦塊表面上看基本上是熔融的,冷卻后呈深褐色并夾雜少量氣孔。運(yùn)行中的床溫、床壓和流化都正常情況下出現(xiàn)的緩慢長(zhǎng)大的焦塊稱(chēng)漸進(jìn)性結(jié)焦,這種結(jié)焦是較難察覺(jué)的。爐內(nèi)結(jié)焦是由于高溫結(jié)焦、低溫結(jié)焦、漸進(jìn)性結(jié)焦和油煤混燃時(shí)間較長(zhǎng)以及流化不正常引起的結(jié)焦,不論是哪種原因引起的結(jié)焦,一旦渣塊在床料中存在并隨著時(shí)間的推移,焦塊將象滾雪球似的越滾越大,造成流化更加困難,即結(jié)焦影響流化,流化不良易結(jié)焦,結(jié)果是堵塞排渣管,最后被迫停爐。
3.結(jié)焦原因分析
3.1床溫偏高和爐內(nèi)流化工況不良是造成結(jié)焦的兩個(gè)最主要的原因。結(jié)焦無(wú)論在點(diǎn)火或在正常運(yùn)行調(diào)整中都可能發(fā)生,原因也有多種;它不僅會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程或壓火時(shí)出現(xiàn)在床內(nèi),也有可能出現(xiàn)在爐膛以外如旋風(fēng)分離器的回料褪及回料閥內(nèi),灰渣中堿金屬鉀、鈉含量較高時(shí)較易發(fā)生。回料閥回料故障、爐內(nèi)澆鑄料塌落、床下點(diǎn)火(流化)風(fēng)量過(guò)小、料層過(guò)薄等原因均可引起鍋爐結(jié)焦。當(dāng)床料中含碳量過(guò)高時(shí),如未能適時(shí)調(diào)整風(fēng)量或返料量抑平床溫,就有可能出現(xiàn)高溫結(jié)焦。無(wú)論高溫結(jié)焦還是低溫結(jié)焦都常在點(diǎn)火過(guò)程中出現(xiàn),一旦出現(xiàn)就會(huì)迅速增長(zhǎng)。由于燒結(jié)是個(gè)自動(dòng)加劇的過(guò)程,因此焦塊長(zhǎng)大的速度往往越來(lái)越快。床料流化不良造成堆積、給煤不均、播煤不均、燃燒不充分等會(huì)造成局域結(jié)焦。
3.2漸進(jìn)性結(jié)焦的主要原因有:⑴布風(fēng)系統(tǒng)制造和安裝質(zhì)量不好。⑵給煤粒度太大,甚至給煤中存在大塊。⑶運(yùn)行參數(shù)控制不當(dāng)?shù)?,新建機(jī)組投運(yùn)初期,應(yīng)檢查風(fēng)帽及風(fēng)帽小孔有無(wú)錯(cuò)裝或堵塞,爐內(nèi)分隔墻和耐火層邊角處和頂角設(shè)計(jì)是否適當(dāng)。
3.3生產(chǎn)運(yùn)行中結(jié)焦可能原因分析:⑴燃煤、床料熔點(diǎn)太低,在床溫較低水平下就可導(dǎo)致結(jié)焦。⑵流化風(fēng)量偏低,常時(shí)間流化不良。一次風(fēng)量過(guò)小,低于臨界流化風(fēng)量,物料流化不好。爐底風(fēng)壓過(guò)低,布風(fēng)板阻力較低,(一般布風(fēng)板阻力應(yīng)為整個(gè)料層阻力的25~30%),布風(fēng)不均,致使?fàn)t內(nèi)流化不良,在床層內(nèi)出現(xiàn)局部吹穿,而其它部位供風(fēng)不足,床溫偏高,物料產(chǎn)生粘結(jié),從而形成焦塊。⑶風(fēng)帽損壞,造成布風(fēng)板布風(fēng)不均,部分料層不流化。⑷返料影響。返料風(fēng)過(guò)小造成返料器返料不正?;蚍盗掀魍蝗挥捎谀突鸩牧系乃涠氯蛞蛄喜罡叻叛h(huán)灰外泄失控等原因,返料無(wú)法正常返至爐內(nèi),造成床溫過(guò)高而結(jié)焦。若再通過(guò)加煤來(lái)維持壓力及汽溫,則床溫在返料未回爐膛及加煤的雙重作用下灰急劇上升而導(dǎo)致床上結(jié)焦。啟爐過(guò)程中,若在投煤后再投入流化風(fēng)機(jī),當(dāng)返料突然回爐床時(shí),造成床溫陡降,降幅達(dá)200℃以上。此時(shí),爐床內(nèi)煤粒因床溫下降而減慢甚至停止著火燃燒。此時(shí),若操作失誤,不停煤反而加煤想使床溫回升,則會(huì)導(dǎo)致床溫進(jìn)一步下降及爐內(nèi)燃煤的繼續(xù)積累。當(dāng)意識(shí)到床溫?zé)o法回升而停煤后,爐內(nèi)可燃質(zhì)已大量積累,燃油將床溫升到煤粒著火點(diǎn)時(shí),爐內(nèi)積累的大量可燃質(zhì)會(huì)迅速燃燒而使床溫失控進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)焦。⑸床溫測(cè)量裝置故障,床溫表失準(zhǔn),造成運(yùn)行人員誤判斷或?qū)δ骋粏吸c(diǎn)床溫偏高束手無(wú)策。⑹運(yùn)行人員對(duì)床溫監(jiān)視不嚴(yán)造成超溫。根據(jù)一些文獻(xiàn)資料介紹,實(shí)際顆粒的溫度比床溫測(cè)點(diǎn)測(cè)得溫度要高150~200℃,可知雖然床溫測(cè)點(diǎn)反映的溫度不高,但實(shí)際溫度已達(dá)1000℃多度,部分顆粒產(chǎn)生粘黏,形成焦塊,并逐步長(zhǎng)大。當(dāng)出現(xiàn)燃燒故障時(shí),循環(huán)流化床鍋爐床溫的變化是非??斓?。由于爐膛內(nèi)的物料很多,熱容積大,床溫如不能及時(shí)控制,極易產(chǎn)生結(jié)焦。⑺壓火時(shí)操作不當(dāng),冷風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)。⑻鍋爐長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行或負(fù)荷增加過(guò)快,操作不當(dāng)。⑼啟爐時(shí)料層過(guò)簿或過(guò)厚。將造成床層部分被吹空,煙氣短路,而另一部分卻因未能流化良好易結(jié)焦;料層太厚,料層阻力太大,會(huì)造成床料流化不良而結(jié)焦。爐內(nèi)床料較少,能被煙氣帶走經(jīng)分離器分離在回料腿落下的灰量也較少,在回料閥內(nèi)始終不能堆積足夠的料位,也不能形成正常的回料循環(huán)。由于爐內(nèi)床料太少,爐內(nèi)也不能形成正常的內(nèi)循環(huán)。若此時(shí)誤判斷流化不好是風(fēng)小所至,因此當(dāng)床料已經(jīng)不多且顆粒較大時(shí),仍然加大風(fēng)量,使風(fēng)量大大超出了正常運(yùn)行所需的風(fēng)量,也進(jìn)一步加劇了床料的流失,極易形成空床,只能立即停爐。⑽爐內(nèi)澆注料大面積塌落,造成局部流化不良,過(guò)熱而結(jié)焦。⑾啟爐投煤時(shí)極易造成落煤點(diǎn)不能正常流化而快速升溫,非落煤點(diǎn)床溫快速下降,床溫不同部位偏差可達(dá)300-400℃以上,在此情況下,若繼續(xù)強(qiáng)行起爐,將極易造成結(jié)焦。起爐投煤量及給煤時(shí)機(jī)控制不當(dāng),在床溫較低或煤質(zhì)較差時(shí),投入床中的煤未著火或難以燃燒完全,造成爐內(nèi)可燃質(zhì)大量積累。在燃油升溫到某一高值時(shí),爐內(nèi)煤粒著火燃燒,床溫進(jìn)一步升高,而床溫的升高使煤粒的燃燒進(jìn)一步加速,從而形成床溫飛速上漲而無(wú)法控制導(dǎo)致結(jié)焦。⑿運(yùn)行過(guò)程中由于給煤機(jī)運(yùn)行不正常,給煤量測(cè)量不準(zhǔn)而給煤過(guò)多,造成床層局部超溫。⒀J閥風(fēng)機(jī)故障引起鍋爐MFT后發(fā)生的結(jié)焦。⒁入廠(chǎng)煤含有矸石,輸煤系統(tǒng)二次破碎機(jī)運(yùn)行中無(wú)法將煤中矸石徹底粉碎,使大塊的矸石在床層沉積,影響流化和燃燒,造成爐內(nèi)結(jié)焦(并不利于排渣)。⒂鍋爐啟動(dòng)前,流化風(fēng)嘴堵塞過(guò)多或有耐磨材料等雜物留有爐內(nèi)。投運(yùn)啟動(dòng)燃燒器時(shí),嚴(yán)重配風(fēng)失調(diào)或燃燒功率過(guò)大。⒃停爐過(guò)程中,燃料未完全燃燒,析出焦油造成低溫結(jié)焦。⒄鍋爐運(yùn)行中,長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)、煤配比不當(dāng),過(guò)量給煤?!?br />
4. 防止結(jié)焦的技術(shù)措施
4.1一定要保證良好而穩(wěn)定的入爐煤質(zhì),特別是粒度、細(xì)度、矸石、熔點(diǎn)等指標(biāo)一定要嚴(yán)格控制。
4.2點(diǎn)火前一定要認(rèn)真做好流化試驗(yàn),就地觀(guān)察底料流化情況及厚度,確保合格。良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng),可有效控制旋風(fēng)分離器的二次燃燒,避免燃燒室、旋風(fēng)分離器、回料器的超溫結(jié)焦。提高播煤風(fēng)壓、低負(fù)荷時(shí)適當(dāng)減少兩側(cè)邊給煤可基本避免爐膛低溫結(jié)焦。
4.3在返料系統(tǒng)投入的情況下應(yīng)經(jīng)常檢查返料是否暢通,防止因返料故障而造成結(jié)焦。
4.4加快啟動(dòng)速度,避免結(jié)焦。對(duì)CFB鍋爐應(yīng)盡量縮短啟動(dòng)時(shí)間,否則油煤混燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng),調(diào)整不當(dāng)極易發(fā)生結(jié)焦,尤其投煤初期煤油混燒階段,大量的煤投到爐內(nèi)不能完全燃燒,很容易和未燃的油粘在一起形成局部高溫結(jié)焦。點(diǎn)火初期當(dāng)床溫達(dá)到投煤溫度時(shí),應(yīng)立即投煤,燃燒穩(wěn)定后果斷斷油,包括在事故處理過(guò)程中,及時(shí)地?cái)嘤?,使煤油混燃時(shí)間縮短,防止結(jié)焦。
4.5開(kāi)始投煤量較大會(huì)出現(xiàn)床溫飛升的現(xiàn)象。啟爐時(shí)點(diǎn)動(dòng)給煤的時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)造成可燃物的積累從而引起爆燃現(xiàn)象,對(duì)無(wú)煙煤的點(diǎn)火及運(yùn)行過(guò)程應(yīng)十分注意可燃成分的積累以免造成爆燃現(xiàn)象。剛開(kāi)始投煤時(shí),不得過(guò)快過(guò)猛,遵循少量間斷的原則。先單臺(tái)給煤機(jī)點(diǎn)動(dòng)少量給煤等確認(rèn)爐膛氧量下降、床溫上升才可再次并逐漸延長(zhǎng)點(diǎn)動(dòng)給煤時(shí)間、增加給煤量。在730℃以前,最好采用點(diǎn)動(dòng)給煤,禁止連續(xù)給煤,投煤時(shí)機(jī)可參照氧量的變化進(jìn)行。在800℃以前,投煤量一定不能超過(guò)10t/h。
4.6嚴(yán)格控制好床溫。床溫測(cè)量采用獨(dú)特的床面上垂直均布的方式,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部超溫結(jié)焦。運(yùn)行中通過(guò)監(jiān)視布風(fēng)板上均勻布置的熱電偶測(cè)點(diǎn),對(duì)異常工況及早采取措施;當(dāng)發(fā)現(xiàn)床溫過(guò)高時(shí)應(yīng)立即采取措施,增加一次風(fēng)量或減少燃料以降低床溫。根據(jù)床溫上升情況,及時(shí)細(xì)調(diào)、微調(diào)風(fēng)量及給煤量,保持流化良好,控制床溫漲幅不得過(guò)快,避免床溫大幅度變化,造成惡性循環(huán)。綜合考慮對(duì)結(jié)焦和控制Nox的影響,一般床溫應(yīng)控制在850-950℃之間,最高不應(yīng)超過(guò)1000℃。其主要控制手段是調(diào)整風(fēng)煤配比及返料量。應(yīng)注意,如因煤粒變粗或煤質(zhì)變差等原因引起的波床溫動(dòng),應(yīng)視情況適當(dāng)提高一次風(fēng)量來(lái)流化床層,抑平床溫,否則易出現(xiàn)大顆粒沉積,床層分層,造成局部或整體超溫結(jié)焦現(xiàn)象。如床溫幾點(diǎn)極不平衡或個(gè)別點(diǎn)極高,這是一個(gè)很危險(xiǎn)的工況,應(yīng)及時(shí)處理。床溫控制應(yīng)遵循就高不就低的原則。國(guó)外的研究報(bào)告和國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都證明,流化床中的結(jié)焦溫度比煤粉爐中低的多,一般情況下,流化床中溫度低于灰軟化溫度150-250℃就開(kāi)始結(jié)焦。建議控制局部床溫不能高于950-1000℃。
4.7控制床壓當(dāng)床壓過(guò)高時(shí)應(yīng)立即排渣,降低機(jī)組出力,使床壓保持在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)(7-10kPa)。控制好運(yùn)行中料層差壓來(lái)控制料層厚度。
4.8應(yīng)確保合格的爐內(nèi)澆注料及耐火耐磨材料質(zhì)量及施工質(zhì)量,防止因澆注料等材料塌落而引起結(jié)焦。
4.9啟爐時(shí)回料腿由于回料溫度較低流動(dòng)性差,容易出現(xiàn)回料腿堵塞。建議啟爐時(shí)應(yīng)密切觀(guān)察回料腿溫度、壓力的變化,如溫度不變,則應(yīng)用壓縮空氣進(jìn)行吹掃流化,吹掃時(shí)應(yīng)注意防止回料腿內(nèi)的物料突然大量返回爐膛影響燃燒。
4.10鍋爐更換風(fēng)帽后,需重新測(cè)定布風(fēng)板阻力特性并讓運(yùn)行人員及時(shí)了解此特性的變化。啟動(dòng)前要做臨界流化風(fēng)量試驗(yàn),一方面檢驗(yàn)風(fēng)帽是否有堵塞,另一方面運(yùn)行中以此風(fēng)量來(lái)指導(dǎo)運(yùn)行調(diào)整,正常運(yùn)行中要保證流化正常,一次風(fēng)量不能小于此風(fēng)量。
4.11適當(dāng)加大一次風(fēng)量、風(fēng)壓,將風(fēng)室風(fēng)壓提高到8Kpa以上,是440t/hCFB鍋爐良好流化、穩(wěn)定運(yùn)行的保證。為保證安全穩(wěn)定運(yùn)行,應(yīng)在點(diǎn)火過(guò)程中保證布風(fēng)均勻性,并注意在點(diǎn)火過(guò)程后期適時(shí)排渣。運(yùn)行中的漸進(jìn)性結(jié)焦在掌握操作技能,控制入爐顆粒大小尺寸后,也是可以避免的。避免低溫結(jié)焦,最好的辦法是保證易發(fā)地帶流化良好,顆?;旌涎杆倬鶆蚧蛱幱谡5牧骰癄顟B(tài),這樣溫度均勻,可防止結(jié)焦。
4.12嚴(yán)格執(zhí)行各廠(chǎng)家的運(yùn)行規(guī)程,確?;亓狭_茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備安全運(yùn)行。避免回料閥內(nèi)因局部死區(qū)而出現(xiàn)結(jié)渣的現(xiàn)象?;亓祥y的充氣量應(yīng)嚴(yán)格控制在1%的鍋爐總風(fēng)量之內(nèi),以防止未燃碳粒在局部區(qū)域復(fù)燃,避免回料閥內(nèi)結(jié)渣。
4.13防止采用后墻給煤的鍋爐密相區(qū)回料口出現(xiàn)結(jié)焦。采用后墻回料閥給煤的CFB鍋爐,在點(diǎn)火調(diào)試階段,易出現(xiàn)回料口超溫結(jié)焦現(xiàn)象,原因是:點(diǎn)火階段回料量少,給煤不能迅速被回料帶入爐內(nèi),堆積在回料口,引起局部燃燒過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致超溫結(jié)焦;回料量少,導(dǎo)致煙氣反竄向回料口,回料口處形成旋渦;揮發(fā)份在此燃燒造成超溫結(jié)焦。改造的辦法是在回料斜腿上加裝朝向其出口的高速冷風(fēng)管道,該股風(fēng)一方面把揮發(fā)份吹進(jìn)爐內(nèi),破壞回料口旋流,防止燃燒;一方面起到播煤風(fēng)的作用。這樣,回料口超溫結(jié)焦問(wèn)題可基本解決。
4.14改造流化床兩側(cè)和水冷風(fēng)室兩側(cè)人孔上的看火孔,以便在運(yùn)行中運(yùn)行人員能明顯看到床料流化情況和風(fēng)帽漏渣在水冷風(fēng)室里的堆積情況?!?br />
4.15在設(shè)計(jì)上:制造廠(chǎng)采用引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)對(duì)鍋爐熱力性能的良好預(yù)測(cè)可確保沿爐膛斷面以及沿爐膛高度方向上溫度場(chǎng)的均勻性。設(shè)計(jì)時(shí)選取適當(dāng)布風(fēng)板及床層阻力,基本保證鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中床層流化均勻,避免大顆粒在布風(fēng)板上沉積,基本保證布風(fēng)均勻,流化質(zhì)量良好,床層內(nèi)無(wú)死區(qū)。采用爐前氣力播煤裝置,使給煤入爐均勻,以避免局部富煤區(qū)域在運(yùn)行過(guò)程中遇氧爆燃而引起局部超溫、結(jié)焦現(xiàn)象的出現(xiàn)。爐內(nèi)采取下濃上稀的流態(tài)化工藝,二次風(fēng)調(diào)節(jié)裕度設(shè)計(jì)較大,通過(guò)一、二次風(fēng)的調(diào)節(jié)可達(dá)到迅速調(diào)節(jié)床溫目的,將床溫控制在允許范圍內(nèi)。
5.結(jié)論
CFB鍋爐結(jié)焦有著設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行等多方面的主客觀(guān)原因。設(shè)計(jì)、制造單位,還應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量回訪(fǎng),總結(jié)經(jīng)驗(yàn),力求不斷完善設(shè)計(jì),解決結(jié)構(gòu)隱患,優(yōu)化整體設(shè)計(jì)。作為運(yùn)行人員,需應(yīng)努力提高大型CFB鍋爐技術(shù)的理論水平,同時(shí)多借鑒同類(lèi)機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),分析產(chǎn)生結(jié)焦的原因,執(zhí)行各項(xiàng)防止結(jié)焦的技術(shù)措施,在實(shí)踐中不斷積累操作經(jīng)驗(yàn)。如此,CFB鍋爐的結(jié)焦還是可以控制和防范的。
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