如何通过运行调整降低循环流化床锅炉磨损

摘要: 根据山东兖矿南屯电力分公司4# 220t/h循环流化床锅炉长周期运行的经验总结,从锅炉运行调整方面探讨220t/h循环流化床锅炉的运行调整方法,有效降低循环流化床锅炉的受热面磨损,实现锅炉的长周期安全稳定运行。

关键词: 循环流化床锅炉;风量;调整;燃烧;磨损

1 概况

山东兖矿南屯电力分公司4#锅炉为220t/h循环流化床锅炉,型号为:HG260/9.8-L.MN17,由哈尔滨锅炉厂设计制造,系高压参数、单锅筒、自然循环蒸汽锅炉,采用循环流化床燃烧方式,高温分离,设计煤种为煤泥和混煤。锅炉主要由5部分组成:燃烧室、高温旋风分离器、回料阀、尾部对流烟道及冷渣器。燃烧室位于锅炉前部,四周和顶棚布置有膜式水冷壁,底部为水冷布风板,前墙中上部垂直布置有三片水冷屏和三片II级过热器。燃烧室后有一个旋风分离器,回料阀位于旋风分离器下,与燃烧室和分离器相连接。燃烧室、旋风分离器和回料阀构成了粒子外循环回路。尾部对流烟道在锅炉后部,烟道上部的四周由包墙过热器组成,其内沿烟气流程依次布置有III级过热器和I级过热器,下部烟道内,依次布置有省煤器和卧式空气预热器,一、二次风分开布置。两台滚筒冷渣器位于零米炉膛前的东西位置,底渣由炉膛前墙底部的两个出渣口经过锥形阀排出,分别进入两台冷渣器,被冷却的渣经过排渣口排出。

2 循环流化床锅炉磨损机理

磨损的定义:在工程上,由于机械作用,间伴有化学或电作用,物体工作表面材料在相对运动中不断发生损耗、转移或产生残余变形的现象称为磨损。

受热面的磨损的评估可以用下列公式来评估:

从上式可以看出,受热面磨损的最大影响因素是粒子速度,其次就是粒子粒径。从循环流化床锅炉运行方式上降低磨损,就是通过合理的燃烧调整降低风速和控制燃烧物料粒径。

3 风量调整

3.1 停炉前调整试验

3.1.1 降低风速试验

降低受热面磨损的关键是降低风速,而降低风速只能降低风量,特别是一次风量。因此公司在4#炉上次运行周期停炉前做了一次降风量实验,目的是尽可能查找降低一次风量对锅炉稳定燃烧的影响。

1)实验方法:保持二次风量不变,缓慢降低一次风量。调整过程要保证烟气含氧量不低于3%,并保持放渣量、给料量不变,1小时后记录数据。

2)实验数据:

第一次数据:

3)实验结论:通过本次实验,发现下部床压随着时间推移逐渐升高,这有可能是连续放渣量不够造成的,也可能是一次风量降低、一次风压降低,悬浮颗粒相应减少所致。而且,通过本次实验,还发现总风量一定时,随着一次风率减少,二次风率相对增加,炉膛下部锥段浓相区流化速度降低,向上部空间的传质和传热过程减弱,下部浓相区床温上升,上部床温降低,这对解决我公司4#锅炉上床温偏高有益。同时二次风率的适当提高可使飞灰可燃物降低。但二次风不变而单独降低一次风的情况下,容易造成总风量不够,因而影响到锅炉出力。

3.1.2 二次风配比调整试验

相关实验研究表明,CFB锅炉炉膛内的氧量分布并不均匀,存在一个核心缺氧区,这一区域的位置与炉膛内可燃物的分布有关系,根据我公司锅炉实际,燃煤与回料混合后,在回料风及播煤风的作用下,在炉膛中上部靠近前墙处及炉膛中心形成燃料密度高分布区,相应在二次风配风平衡的情况下,在这一区域形成缺氧区。根据这一理论公司在4#锅炉上次运行周期的停炉之前对下环二次风调节挡板进行实验性调整,对照烟气含氧量,分析调整效果。试验数据如下:

通过以上实验,将后墙下环二次风门开度定为80%,其他二次风门开度仍为100%。通过此项调整,不仅可调节床温、改善燃烧,还能降低炉料对前墙水冷壁管的冲刷,降低磨损。

3.2 锅炉启动后燃烧调整

4#锅炉启动时,为了降低锅炉启动后再降一次风量的危险,公司将一次风量维持在10~10.5万m3/h之间,下床压控制在6.0~7.5kPa之间,通过其他调整尽量提高锅炉负荷。再通过三周逐步降低一次风量,的调整数据如下:

通过三周的调整,一次风量降低至9.0至9.5万之间,4#锅炉在一次风量降低的情况下出力不受影响,上床温有所降低,锅炉燃烧状况较好。我们将4#锅炉的运行数据最终调试为一次风量9.0~9.5万m3/h,二次风量随负荷调整。同时为防止降一次风量后床料过多将锅炉压死,采取了合适的床压,并且在调整时要先降床压后降一次风量。

4 燃烧控制

4.1 提高煤泥掺烧率,降低磨损

煤泥的掺烧对循环流化床锅炉降低磨损有益,为保证煤泥的掺烧率,公司对煤泥的正常燃烧特别关注。煤泥(煤水混合物)以较大体积的聚集状态送入高温流化床时,它们并不是在干燥后还原成细颗粒,而是迅速形成具有一定强度和耐磨性的较大块团,此外煤水混合物还会通过包复活粘连床内的其他颗粒而形成较大块团,这一现象被称为凝聚结团现象,虽然这一现象对降低煤泥扬析损失有积极意义,但是大颗粒的增多会给流化床的稳定运行造成很大威胁。在一次风量降低后,块团还原成细颗粒的过程相应增长,因此并不是说煤泥掺烧越多对锅炉延长运行周期越有利。基于这一理论,4#锅炉4台煤泥泵做到至少二运一备一检修,公司规定两台煤泥泵运行的情况下,各出料螺旋转速控制在50%。

4.2 按章操作,缓慢增减负荷

急剧降温、降压及快速升温、升压都危及到锅炉的安全运行。在正常运行时注意缓慢调整负荷,使风量、煤量动态平衡,减少波动,可有效降低锅炉磨损。由于风量降低后床内流化减弱,大颗粒矸石在炉内存量增多时会造成积聚,而使床内局部流化不良。床内流化不均会严重破坏炉内的环核流动模型,炉内的磨损形式发生了很大的变化,大量的高速运动的粒子冲击磨损会加重,部分边角磨损加剧,也会导致密相区浇注料的局部冲击磨损。因此规定:每周一早班在班长组织下将一次风量缓慢增至10万m3/h以上,加强床料流化维持1小时。同时相应调整二次风使总风量不变,这时要适当增加混煤、减少煤泥、加强放渣,置换底料。

4.3 监视煤质

公司要求每天了解上煤质量情况,对水份、粒度、挥发份、灰分、发热量、含矸量做到心中有数,燃用到水份较大的煤时需要加强监视煤仓及落煤管下煤顺畅情况;燃用到粒度较大、发热量较低、灰分较多、含矸量较大的煤时需适当减少燃煤量、提高煤泥量,并加强放渣监管;燃用到挥发份较大的煤时允许适当降低一次风量。通过对不同煤质的精确调整,做到最优调整。

5 结论

循环流化床锅炉最大的特点就是受热面磨损严重,这也是制约循环流化床锅炉长周期运行的关键。公司把锅炉风量调整降低受热面磨损作为突破口,采用实验与理论相结合的原则最大限度地降低了风量,找出了适合220t/h循环流化床锅炉的运行参数,再通过燃烧控制保证了炉内的稳定燃烧。在不影响锅炉出力的情况下,经过此次运行周期内的运行调整,停炉后检查发现4#锅炉受热面的磨损情况较以前大大降低,更是实现了4#锅炉122天的安全稳定运行。

参考文献:

[1]郑庆弟,循环流化床磨损机理及防磨措施[J].中国高新技术企业,2007(01).

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