循環(huán)流化床(CFB)鍋爐是八十年代發(fā)展起來(lái)的一種新興的燃燒技術(shù),該技術(shù)以其燃料適應(yīng)性廣?燃燒效率高?清潔燃燒等優(yōu)點(diǎn),不斷地在工業(yè)鍋爐和電站鍋爐行業(yè)中得到實(shí)踐和發(fā)展?
循環(huán)流化床鍋爐采用流態(tài)化的燃燒方式,這是一種介于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定燃燒之間的燃燒方式,即通常所講的流態(tài)化燃燒方式?
所謂的流態(tài)化是指在循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)存在著大量的床料(物料),這些床料在鍋爐一次風(fēng)?二次風(fēng)的作用下處于流化狀態(tài),從而具有許多流體性質(zhì)的狀態(tài),并通過(guò)爐膛之后串聯(lián)的分離器,將爐膛煙氣帶走的固體物料捕集下來(lái)回送回爐膛底部,實(shí)現(xiàn)爐外的外循環(huán),與此同時(shí),實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)的內(nèi)循環(huán),從而利用提高爐膛中固體懸浮濃度的方法,實(shí)現(xiàn)包含燃料顆粒和脫硫劑在內(nèi)的床料的團(tuán)聚,顯著地增加了停留時(shí)間,進(jìn)而提高燃燒效率和脫硫效率,與受熱面匹配,完成傳熱?
但是,在循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用中,存在用電率高的弊端,本文就以保德神東發(fā)電公司2×480t/h循環(huán)流化床鍋爐為例,研究其低床壓運(yùn)行優(yōu)化措施與效果?
1.1 鍋爐效率分析
鍋爐效率是決定循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的決定性因素,是指投入鍋爐中燃料總熱量與有效利用熱量比率,主要與其損失熱量有關(guān),包括排煙熱損失?機(jī)械或化學(xué)未完全燃燒損失?散熱損失以及其他熱損失等?
在燃料燃燒過(guò)程中,送入空氣量對(duì)燃燒過(guò)程起著重要影響,在一定范圍內(nèi),適當(dāng)增大總風(fēng)量,可以提高燃燒效率;但當(dāng)超過(guò)一定范圍時(shí),會(huì)導(dǎo)致排煙損失增大,鍋爐效率降低,所以,在運(yùn)行優(yōu)化過(guò)程中,需要結(jié)合煤質(zhì)特性,做好排煙中氧量的控制?
此外,鍋爐一?二次風(fēng)比例也是燃燒過(guò)程的關(guān)鍵性因素,在運(yùn)行優(yōu)化時(shí),需要結(jié)合煤質(zhì)?煤粒度以及床溫等,適當(dāng)調(diào)整二者比例,對(duì)于揮發(fā)份較高的燃煤,一?二次風(fēng)比例以60∶40為宜?
1.2 鍋爐受熱面磨損分析
鍋爐受熱面磨損是循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的常見(jiàn)問(wèn)題,對(duì)其運(yùn)行效率也有著極大影響,其磨損類型為沖蝕磨損,是由撞擊磨損?沖刷磨損造成的,在受熱面磨損中,其最為主要的影響因素是煙氣流速,兩者間關(guān)系為E=f1×f2×C×u,f1和f2表示灰顆粒特性系數(shù)?受熱面布置形式與沖刷方式系數(shù),C是飛灰濃度,u是煙氣速度?
其中,當(dāng)總風(fēng)量較大時(shí),煙氣流速提高,會(huì)造成受熱面磨損速率加快?
因此,在運(yùn)行優(yōu)化中,為降低鍋爐受熱面磨損,需要控制飛灰濃度和煙氣速度,前者可采取的方式有降低爐膛內(nèi)差壓?控制入爐煤粒度;后者可采取的方式是降低一次風(fēng)量,增大二次風(fēng)量,利用二次風(fēng)切斷上升氣流,降低煙氣速度?
1.3 風(fēng)機(jī)電耗分析
風(fēng)機(jī)電耗是循環(huán)流化床能耗的重要組成部分,由于循環(huán)流化床鍋爐對(duì)風(fēng)機(jī)要求較高,風(fēng)機(jī)多具備容量大?壓頭高特點(diǎn),且數(shù)量較多,是運(yùn)行優(yōu)化需要考慮的重要因素?
在對(duì)風(fēng)機(jī)電耗的運(yùn)行優(yōu)化中,可以在保持循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的前提下,適當(dāng)降低一次風(fēng)機(jī)?二次風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的電流值,從而實(shí) 現(xiàn)整體電耗的降低,提升鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性?
2.1 分離器中心筒優(yōu)化
環(huán)流化床鍋爐高溫絕熱旋風(fēng)分離器中心筒存在的問(wèn)題是運(yùn)行中出現(xiàn)中旋嚴(yán)重變形,導(dǎo)致分離效率下降,飛灰含碳量升高;甚至是中心筒脫落等重大事故,導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)?
其原因主要有兩方面,一是在安裝過(guò)程中,由于中心筒是拼裝的,吊耳的均勻度及外徑尺寸不一定完全一致,可能存在各個(gè)吊耳掛在支架上后,余有膨脹間隙的大小不一定均勻,有的吊耳偏外,有的吊耳偏內(nèi)?
二是在運(yùn)行過(guò)程中,由于中心筒迎風(fēng)側(cè)受熱?受冷快,背風(fēng)側(cè)受熱?受冷慢,導(dǎo)致筒體在膨脹或收縮時(shí),各個(gè)方向的膨脹或收縮量不一致,膨脹受阻后,吊耳必然會(huì)擠壓筒體,導(dǎo)致筒體變形,吊耳變形,部分吊耳從吊架中脫出,從而造成中心筒脫落?
針對(duì)分離器中心筒問(wèn)題,采取的優(yōu)化措施有:
(1)完善中心筒結(jié)構(gòu):將原中心筒材質(zhì)改為Cr25Ni20MoMnSiNRe耐熱鋼鑄造而成,比原鋼板卷制的δ=8mm強(qiáng)度大大提高,運(yùn)行中受熱脹?冷縮的變形量明顯減少,有效提高旋風(fēng)分離器中心筒抗熱變形的能力?
(2)改變安裝方式:中心筒吊掛采用自由吊掛,保留原32個(gè)吊架,再自制32個(gè)支架,如此一來(lái),中心筒筒體變形小,周向支撐牢固,由點(diǎn)支撐改為周向支撐,支撐面擴(kuò)大,筒體膨脹間隙擴(kuò)大,筒體膨脹均勻,筒體不易變形而且不會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象?
(3)澆注料施工控制:中心筒安裝完后,澆注料施工與原鍋爐廠設(shè)計(jì)相同,但要保留足夠的膨脹縫?
2.2 屏再集箱優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司#1爐屏式再熱器材質(zhì)為TP304H,存在的問(wèn)題是屏式再熱器出口小集箱管接口處膨脹量不夠,導(dǎo)致多次拉裂?
對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:在屏式再熱器出口小集箱管接口處加裝膨脹彎,將原屏再出口小集箱的連接形式由原來(lái)的平行布置改為連接形式改為狼牙棒式,即管座間錯(cuò)列90°連接?
在優(yōu)化后,#1爐屏式再熱器出口小集箱管座拉裂的可能性降低,每年減少因屏式再熱器管屏變形造成管道爆漏導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)一次,同時(shí)預(yù)計(jì)每年可降低檢修費(fèi)用18萬(wàn)元?
2.3 冷渣器優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司每臺(tái)480t/hCFB鍋爐原配有4臺(tái)風(fēng)水聯(lián)合冷卻式流化床冷渣器,其中2臺(tái)布置在鍋爐爐膛前墻下部,兩側(cè)墻各布置1臺(tái),存在的問(wèn)題有:容易堵渣?排渣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)灰塵較大?水冷管束及內(nèi)部澆注料容易損壞以及能耗較大等?
對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:將風(fēng)水聯(lián)合冷渣器改造為滾筒冷渣器,滾筒冷渣機(jī)沿原風(fēng)水聯(lián)合冷渣器的方向布置,爐膛排渣口不變,利用原有的#3?#4號(hào)大鏈斗機(jī)排渣?
在優(yōu)化后,排渣系統(tǒng)故障明顯降低,鍋爐房?jī)?nèi)粉塵降低,原風(fēng)水聯(lián)合冷渣器停運(yùn),冷渣風(fēng)機(jī)停運(yùn),閉式循環(huán)水泵停運(yùn),廠用電率降低約1%,節(jié)電效果明顯?
2.4 落煤管優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司480t/hCFB鍋爐采用的是爐后給煤,容易造成返料腿結(jié)焦?落煤口頻繁燒紅?落煤口局部變形結(jié)焦以及插板門?刮板給煤機(jī)變形等問(wèn)題,降低煤系統(tǒng)的嚴(yán)密性,給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大的隱患?
對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:
(1)將原播煤風(fēng)方形風(fēng)箱改造為圓形風(fēng)箱,以達(dá)到播煤風(fēng)均勻分布的目的?
(2)播煤風(fēng)進(jìn)風(fēng)方式沿圓形播煤風(fēng)風(fēng)箱切線方向送入,而落煤口改為錐形漸縮射流形式?
(3)加長(zhǎng)落煤管在返料器內(nèi)伸入長(zhǎng)度?
此種優(yōu)化改造設(shè)計(jì)的原理:利用風(fēng)力吹動(dòng)風(fēng)力振打,避免落煤管堵煤,播煤風(fēng)切線方向給入,形成高速旋流,攜帶并保護(hù)原煤,避免原煤提前與高溫循環(huán)灰接觸,成功降低在落煤口下部發(fā)生原煤受熱局部燃燒的可能性?
經(jīng)優(yōu)化改造后,煤系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行,熱的煙氣無(wú)法反沖入給煤系統(tǒng),使煤系統(tǒng)不再長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài),解決了落煤管及刮板給煤機(jī)燒紅問(wèn)題,落煤管外壁平均溫度由改造前的80℃降低為30℃,效果良好?
2.5 省煤器優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司480t/h循環(huán)流化床機(jī)組在運(yùn)行后,省煤器吊掛管頻繁脫落,導(dǎo)致省煤器吊掛管因高溫?zé)煔馑⑿孤?其原因是護(hù)瓦在安裝時(shí)沒(méi)有考慮膨脹間隙,運(yùn)行中防磨護(hù)瓦受熱后,豎直方向上膨脹受阻,相鄰護(hù)瓦間相互擠壓,使護(hù)瓦拱起?變形,甚至將固定銷釘擠壓掉落,導(dǎo)致整個(gè)護(hù)瓦脫落,受熱面失去保護(hù),導(dǎo)致吊掛管因磨損而泄漏,導(dǎo)致停爐?
對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:將護(hù)瓦1和護(hù)瓦2之間留出60mm的膨脹間隙,再用80mm長(zhǎng)的一塊大護(hù)瓦把留出的間隙蓋住,大護(hù)瓦用半圓形的拉筋套在吊掛管上,保護(hù)護(hù)瓦不拱起?大護(hù)瓦上部與護(hù)瓦1焊接,下部自由在護(hù)瓦2上豎直方向膨脹,如圖1所示?
經(jīng)優(yōu)化改造后,能夠使護(hù)瓦在豎直方向上自由膨脹,解決膨脹受阻問(wèn)題,延長(zhǎng)護(hù)瓦的使用壽命,更好地保護(hù)受熱面?
2.6 除塵器優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司480t/hCFB鍋爐飛灰比電阻較高,在煙溫120℃時(shí)高達(dá)2.2×1012,電除塵器煙塵排放濃度>100mg/Nm3,除塵效率<99.7%,靜電除塵器故障頻繁?
針對(duì)此問(wèn)題,采取的優(yōu)化措施有:
(1)保留原一?二電場(chǎng),并對(duì)保留的一?二電場(chǎng)進(jìn)行維修,提供其運(yùn)行的安全可靠性?
(2)拆除三?四?五電場(chǎng)陰?陽(yáng)極系統(tǒng)和振打裝置及高低壓設(shè)備?
(3)在原靜電除塵器的立柱頂面水平面鋪設(shè)花板,安裝濾袋和噴吹系統(tǒng)將其作為布袋除塵區(qū)?布袋除塵區(qū)在殼體內(nèi)水平布置與階梯布置比較:一方面是運(yùn)行維護(hù)方便,另一方面避免了最后一級(jí)布袋由于距灰斗太近,而被氣流沖刷磨損而過(guò)早的破損?
(4)布袋收塵區(qū)每臺(tái)除塵器在寬度方向分為2室?共192個(gè)三寸淹沒(méi)式脈沖閥,共3456條濾袋?布袋除塵采用外濾式,噴吹系統(tǒng)選用固定行噴吹清灰技術(shù)?脈沖閥選用在業(yè)內(nèi)成功應(yīng)用的案例最多,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,無(wú)需維護(hù)三寸淹沒(méi)式脈沖閥?
(5)每個(gè)室分別裝有壓差計(jì)以實(shí)現(xiàn)分室清灰控制?
(6)在靜電除塵和布袋除塵之間設(shè)有均流裝置?
(7)靜電袋除塵器設(shè)有旁路煙道,旁路閥采用提升閥能夠達(dá)到“零泄漏”的要求,滿足在線檢修/離線清灰的需求?
(8)除塵器在入口設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)?電袋除塵器進(jìn)?出口煙箱上設(shè)有電動(dòng)閥門,以便在凈氣室內(nèi)部的檢修和維護(hù)?
經(jīng)優(yōu)化改造后,除塵器對(duì)煤種不敏感,對(duì)微細(xì)粉塵收集效率高,解決了高比電阻粉塵除塵效率低的難題,長(zhǎng)期運(yùn)行情況良好,故障率顯著降低?
2.7 返料器優(yōu)化
保德神東發(fā)電公司CFB鍋爐采用高溫絕熱旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離,分離器分離下來(lái)的物料從立管下來(lái),在流化風(fēng)的作用下經(jīng)返料腿送入爐膛,在此過(guò)程中,由于鍋爐分離器膨脹不均勻,導(dǎo)致返料器膨脹節(jié)間隙發(fā)生偏移問(wèn)題?對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:
(1)拆除返料器膨脹節(jié)外部蒙皮及滑動(dòng)環(huán)板?
(2)將原返料器膨脹節(jié)內(nèi)部耐火材料進(jìn)行拆除,拆至導(dǎo)流筒下200mm?
(3)返料器膨脹節(jié)上下法蘭均已變形,將上下法蘭去掉,更換新法蘭?
(4)更換導(dǎo)流筒,按照設(shè)計(jì),調(diào)整導(dǎo)流筒與下部斜腿間隙?將脫落的耐火材料恢復(fù)到原有厚度?為了提高導(dǎo)流筒與下部斜腿的接觸面積,將下部斜腿內(nèi)部結(jié)構(gòu)提高100mm?
(5)所有鉤釘在打澆注料前,都必須刷上一層2mm厚的瀝青保證鉤釘端部距離耐火材料表面為20mm?
(6)更換返料器膨脹節(jié)蒙皮?
經(jīng)優(yōu)化后,運(yùn)行效果良好,蒙皮松弛,證明沒(méi)有爐灰進(jìn)入到膨脹節(jié)內(nèi)部?所有間隙均按設(shè)計(jì)調(diào)整,上下法蘭平行,并做了加強(qiáng)護(hù)板,效果良好?
2.8 頂部包墻過(guò)熱器集箱與轉(zhuǎn)向室間的密封優(yōu)化
鍋爐膨脹的不均勻問(wèn)題是影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的突出問(wèn)題,保德神東發(fā)電公司#1?#2鍋爐與旋風(fēng)分離器連接的尾部豎井頂部包墻過(guò)熱器轉(zhuǎn)向室管排經(jīng)常出現(xiàn)拉裂,尤其是在尾部豎井頂部包墻過(guò)熱器的轉(zhuǎn)向室左?右兩端,拉裂頻繁,嚴(yán)重影響了機(jī)組的出力和安全穩(wěn)定運(yùn)行?
對(duì)此,采取的優(yōu)化措施為:將原來(lái)的直板密封改為“Ω”形鋼板密封,因?yàn)檫@里是負(fù)壓區(qū),“Ω”形密封板的壁厚可以選用厚度2mm~3mm的15CrMo不銹鋼板?以達(dá)到消除尾部豎井與旋風(fēng)分離器膨脹不均的問(wèn)題,達(dá)到保護(hù)頂部包墻過(guò)熱器的目的?
經(jīng)優(yōu)化后,鍋爐未出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)減少機(jī)組非停次數(shù),提高機(jī)組運(yùn)行時(shí)數(shù)的效果?
3.1 污染物排放方面的影響
(1)負(fù)荷升高時(shí),排煙SO2濃度增大,這主要是由于床溫升高所導(dǎo)致,床溫是影響脫硫效率最主要的因素?因?yàn)榇矞氐淖兓瘜⒅苯佑绊懨摿蚍磻?yīng)速率?固體產(chǎn)物分布狀態(tài)等,進(jìn)而影響脫硫反應(yīng)效率?脫硫反應(yīng)的最佳溫度與脫硫劑種類?粒徑等因素相關(guān),一般在850℃~880℃?
(2)當(dāng)給煤粒徑一定?負(fù)荷一定時(shí),排煙SO2濃度隨床壓的變化則無(wú)明顯規(guī)律;當(dāng)負(fù)荷一定,平均粒徑下降?大顆粒質(zhì)量份額減小?床壓降低時(shí),排煙SO2濃度并無(wú)明確變化趨勢(shì),但均低于400mg/Nm3,符合排放標(biāo)準(zhǔn)?因此,CFB鍋爐低床壓降運(yùn)行對(duì)SO2排放并無(wú)影響?
從圖3中可知,隨負(fù)荷的增加,排煙中NOx的濃度也隨之上升,不管是高床壓還是低床壓都呈現(xiàn)相同的趨勢(shì),但是都在200mg/Nm3以下,符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)?
綜合各工況SO2和NOx的排放濃度,可以看出在高?低床壓運(yùn)行時(shí)的各工況,SO2和NOx的排放濃度變化很小,完全滿足國(guó)家現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?
3.2 爐膛傳熱方面的影響
經(jīng)測(cè)試后,鍋爐負(fù)荷升高時(shí),平均床溫顯著升高?當(dāng)床壓由7.5kPa下降至7kPa時(shí),平均床溫升高約10℃,而當(dāng)床壓進(jìn)一步下降時(shí),平均床溫也隨之下降?
鍋爐負(fù)荷為128MW時(shí),平均床溫幾乎不隨床壓的變化而變化?而當(dāng)鍋爐在其他負(fù)荷運(yùn)行時(shí),床壓降低約1kPa,平均床溫均升高約10℃?
鍋爐負(fù)荷為78MW時(shí),平均床溫隨床壓的降低而降低?而當(dāng)鍋爐在較高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),床壓降低約1kPa,平均床溫均升高約10℃?若降低床壓的同時(shí),減小給煤粒徑,則平均床溫變化更加明顯?
綜合比較發(fā)現(xiàn),床壓下降時(shí),多數(shù)工況下平均床溫升高?當(dāng)床壓下降約1kPa時(shí),平均床溫升高約10℃,在負(fù)荷一定的情況下,傳熱系數(shù)下降2%左右?
3.3 鍋爐熱效率的影響
經(jīng)實(shí)測(cè)后,鍋爐熱效率與負(fù)荷曲線如圖4所示,從圖中可知,鍋爐無(wú)論負(fù)荷高低其效率均不高,沒(méi)有超過(guò)88%,對(duì)于480t/h這等級(jí)的鍋爐來(lái)說(shuō)是偏低的?在所有熱損失,最大的排煙熱損失,其原因尾部漏風(fēng)和排煙溫度高?
3.4 經(jīng)濟(jì)性方面的影響
分別截取某日高床壓的運(yùn)行?低床壓運(yùn)行圖,根據(jù)保德神東發(fā)電公司生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)日?qǐng)?bào)表,經(jīng)計(jì)算后,降低床壓后的節(jié)電率0.34%?
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,循環(huán)流化床鍋爐作為現(xiàn)代工業(yè)中的主要設(shè)備,對(duì)其運(yùn)行優(yōu)化展開(kāi)分析,了解運(yùn)行優(yōu)化的有效措施,然后在實(shí)際中,結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行存在的種種問(wèn)題,對(duì)其進(jìn)行有效改造,減少不利因素,提升循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行效率,有著重要的現(xiàn)實(shí)意義?
