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我國大型CFB鍋爐的現狀分析及其對我省CFB鍋爐大型化發展的啟示

欄目:綜合論述 發布時間:2018-08-22

前言

循環流化床(CFB)鍋爐是一種新型的潔凈燃燒設備,被認為是燃燒福建無煙煤的最佳爐型,近年來在我省的應用得到了迅速發展,已投運有60多臺,總蒸發量達 6000 t/h。目前,CFB鍋爐在福建省內的應用正往大型化方向迅速發展,最大已投運的CFB鍋爐容量已達440t/h,擬建的大中型CFB鍋爐(單臺蒸發量大于220t/h)有近10臺,總蒸發量超過了4000t/h。在這種形勢下,分析我國當前投運大型循環床鍋爐運行中存在的問題及其處理辦法,對于我省CFB鍋爐的大型化應用和安全高效運行,顯然有重要的借鑒意義。

鍋爐特點及運行中存在問題

1.1  目前已投運大型循環床鍋爐的特點

目前已投運的大型循環流化床鍋爐具有以下一些共同設計和運行特點:

1)大多采用單汽包、自然循環和中間再熱汽水系統;

2)基本采用了膜式水冷壁;

3)采用了大直徑鐘罩式風帽。采用大直徑鐘罩式風帽有以下幾個優點:可防止灰渣落入風室;可避免因風帽小而出現堵塞的現象;有利于減少風帽頂部結焦。

4)分離器大多采用高溫絕熱旋風分離器或汽冷式旋風分離器;

5)大多采用了床上和床下聯合啟動的點火方式。采用床上和床下聯合啟動點火,有利于加快鍋爐啟動速度,縮短啟動時間,節約啟動耗油。

1.2  目前已投運大型循環床鍋爐運行中存在的問題

據報道,目前已投運的大型循環流化床鍋爐在運行中存在的問題主要出現在輸煤系統、給煤系統、灰渣系統以及運行中的磨損等幾方面。

1)輸煤系統。對于采用皮帶輸送煤系統,如江西分宜電廠,在皮帶輸送機落煤管、碎煤機進出口落煤管、以及落煤管三通處經常積灰,導致堵煤;同時,由于除鐵器數量不夠,在輸煤過程中埋在煤中下部的鐵件往往無法及時除去,也導致了給煤機下部的旋轉回料閥經??ㄗ?。對于采用刮板給煤系統,如華能白揚河電廠,在設計中一般安排有粗細兩級破碎機,但運行中出現過由于原煤中含較多石塊,而細碎機對較大石塊的破碎力有限,使得入爐煤中帶進較多大石塊而影響了鍋爐的正常運行;同時,由于石塊磨損厲害、導致細碎機錘頭頻繁更換,也影響了鍋爐正常生產。還有,由于二級破碎機容積較大,給煤量只占其容積一半左右,使得二級破碎機內有一半是空氣,幾乎成了鼓風機。另外,有些電廠還出現過篩煤機運行可靠性差和管帶機入口入料堵塞等問題。

2) 給煤系統。以江西分宜電廠為例,給煤系統出現的問題主要有:(a)原煤倉中下煤不暢;(b) 當煤的水份偏大時,旋轉給料閥經常發生葉輪嚴重積灰現象;(c) 旋轉給料閥的葉輪軸套被設計安裝在閥體內部,細煤粒極易串入其內,造成軸套因磨損發熱而燒壞;(d) 給煤機在運行過程中經常出現漂鏈等現象。此外,有些電廠(如華能白揚河、連州電廠、東糖集團、濟寧運河等)還出現過給煤量控制困難、給煤分配不均勻、可調性差,爐內高溫煙氣反串、煤在斜腿內提前燃燒,給煤口磨損,給煤機堵灰等問題。

3)灰渣系統。目前,國內已投運的大型CFB鍋爐運行中存在的主要共性問題在冷渣器方面:排渣不暢、經常結焦而出現堵渣、回風溫度遠遠高于設計值、進渣管道上金屬膨脹節變形損壞、輸渣管道磨損嚴重,等等;此外,有些電廠的鍋爐在運行中還發生過爐膛出口電動閘閥經??ㄋ赖痊F象;

4  磨損。磨損主要集中發生在布風裝置和水冷壁管等部位。布風裝置的磨損存在有以下兩種情況:一種是風帽的磨損,其中最嚴重的區域發生在循環物料回料口附近;另一種是風帽小孔的擴大,這類磨損改變了布風特性,同時還造成固體物料回漏至風室,對鍋爐的正常運行有較大的破壞。水冷壁的磨損不僅發生在密相區,而且在上部迎風側部位也非常明顯;此外,爐膛出口下部水冷壁和雙面屏頂部以及爐膛斜頂棚處也存在有嚴重磨損。根據目前的實際運行情況,爐內水冷壁的磨損可歸為4類:爐膛下部衛燃帶與水冷壁管過渡區域管壁的磨損;爐膛四個角落區域管壁的磨損;一般水冷壁管的磨損;不規則區域管壁(含下二次風噴口處)的磨損等。

目前國內大型CFB鍋爐存在問題的解決方案及其對我省CFB鍋爐大型化發展的啟示

2.1  目前國內大型循環床鍋爐存在問題的解決方案

目前,國內關于輸煤系統運行中存在的問題,不同企業有不同的解決方案:對于采用皮帶輸送的分宜電廠,采取了在落煤管部位加裝倉壁振動器定期進行振打和在皮帶輸送機頭部加裝除鐵器等措施以解決堵煤問題;而對于采用刮板給煤的華能白揚河電廠,則是把兩級破碎機全部拆除,采用國產立軸單級破碎機并加裝四級螺旋滾軸篩來加以解決。宜賓發電有限責任公司通過取消篩煤機,在一、二級破碎機之間采用落煤管直接連通、并在二級破碎機出口處加裝吸塵管等辦法也解決了運行過程中的輸煤問題,改造后運行情況良好。

在給煤系統方面,分宜電廠通過把原煤倉下部圓形錐形斗改造成前后不對稱的方形錐斗,并在錐斗前后兩側內壁安裝板式振動器等措施解決了下煤不暢問題;通過減少旋轉給料閥的葉片,并增設一股吹掃風來解決旋轉給料閥葉輪積灰問題;通過把旋轉給料閥的軸套從閥體內移改到閥體外部而保護了軸套;通過在給煤機中部安裝一彈性擾動裝置解決了其漂鏈問題。華能白揚河電廠通過在給煤閘板門處加位置防饋解決了存在較長時間的給煤不均問題。連州發電廠通過采用給煤口兩側45度進入落煤管、并沿落煤管向下吹風等措施防止了高溫煙氣反串的現象;濟寧運河電廠通過把鍋爐煤倉的分叉處以下由方形結構改為圓形結構,并在其內貼高分子PST板和加裝疏松機解決了給煤機堵灰問題;東糖公司通過更換原給煤口耐磨材料而解決了給煤口磨損問題。

在灰渣系統部分,東糖集團公司通過調節風室風量來解決排渣不暢問題。華能白揚河電廠通過把原風水共冷冷渣器更換為水冷滾筒式冷渣機,并調整流化風量以防止粗渣堆積等措施解決了冷渣器的結焦問題。分宜電廠通過取消進渣管上的電動插桿調門,并將原電動機進渣閥改造為電動插桿調門而解決了爐膛出口電動軋卡死問題;通過改變進入冷渣的水源(改為來自汽機的凝結水,冷渣器水流量可增加56倍),可使冷渣器回風溫度達到或低于設計值;通過更換補償量更大的金屬膨脹節來防止其變形損壞。濟寧運河電廠則通過降低冷渣器內的中間隔墻板、降低正常排渣口高度、和在冷渣器回風管上增加手動隔絕門等措施解決了堵渣問題。開封電廠通過控制入爐煤的粒度和煤中的石塊數量而解決了爐渣的粒度和硬度問題,降低了汽耗;通過選用適當的輸送系統、降低輸渣管內流速、選用耐磨彎頭、加強系統運行控制等措施減少了輸渣管道的磨損現象。

在處理運行中的磨損方面:為了減少風帽的磨損,大多數企業在風帽制作上都選用了具有高溫下抗氧化和抗變形能力的材料;同時在能夠滿足風量供給的情況下,把風帽外形做得盡可能小且盡量避免了棱角;還有,在滿足方便檢修的條件,也大都把風帽體做成為一個整體。在減少密相區水冷壁的磨損方面,不少企業通過采用V 形不銹鋼抓釘焊于水冷壁、再敷以不定型耐火耐磨材料的辦法來保護水冷壁管;目前也有較多企業采用了氮化硅磚作為耐火材料(在氮化硅磚上留有兩個螺栓孔,在掛磚時,用兩個螺栓固定磚,磚與水冷壁結合面采用弧形以便于兩者的接觸,磚與磚之間采用搭接方法相連,掛磚時磚的上下左右之間留有足夠的膨脹間隙)來解決密相區水冷壁的磨損問題。在減少稀相區水冷壁的磨損方面,則一般是通過在稀相區內敷設內襯來解決的。經驗表明,敷設的內襯越向上,稀相區的防磨損效果越好。另外,為了解決爐膛出口下部水冷壁和爐膛斜頂棚處的磨損,不少企業通過了采取在爐膛出口處敷設有適當的圓弧過渡、并在此處水冷壁管表面噴涂耐磨材料等措施來解決。

 

 

2.2  對燃燒福建無煙煤CFB鍋爐大型化設計運行的啟示

福建無煙煤燃燒性質十分特殊:揮發分含量極低、結構致密、反應性較差、具有強烈的熱破碎傾向、難于著火和燃盡等。通過對以上國內目前投運燃燒無煙煤大型CFB鍋爐運行中存在問題及處理方案的分析,我們認為,對于以福建無煙煤為燃料的大型CFB鍋爐,

1)宜采用水冷或汽冷旋風分離器。水冷或汽冷分離器不僅可吸收煙氣熱量,也能有效地吸收物料的熱量,使物料在分離器內得到進一步的冷卻,阻止了物料在分離器中繼續燃燒,可避免循環回路的結焦。這對于以福建無煙煤這種有較強后燃性和較低灰熔點為燃料的CFB鍋爐而言是非常重要的;

2)宜敷設衛燃帶。在爐膛密相區至稀相區之間敷設一定高度的耐磨材料作為衛燃帶,一方面有利于防止膜式水冷壁的磨損,另一方面也可以提高燃燒室的燃燒強度,有利于福建無煙煤顆粒在爐膛內的燃盡,降低飛灰含碳量。增加衛燃帶區域后,膜式水冷壁的蒸發受熱面隨之減少,為滿足工質蒸發吸熱的需要,可通過在爐膛出口布置更多蒸發受熱面等措施來彌補;

3)宜采用結合“T”型定向的風帽技術。T”型定向風帽能迅速吹散由于某種原因在爐床內形成的局部高溫區,使床溫均衡化,同時還能將水冷壁掛焦形成的小焦塊迅速吹向排渣口并排出爐外,對床料起到凈化作用,有利于防止結渣。由于福建無煙煤灰熔點較低,煤質變動較大,該技術對于解決燃燒福建無煙煤CFB鍋爐大型化后可能出現的灰渣問題具有積極意義。

4)宜采用水冷滾筒式冷渣器。對于目前大多數大型CFB鍋爐而言,大多采用了風水聯合共冷式冷渣器。但風水共冷冷渣器對爐渣顆粒度要求較高;由于福建無煙煤煤質較脆,入爐煤中細顆粒含量大,且燃燒中有強烈熱破碎傾向;加上大多數福建無煙煤屬中灰煤且灰熔點較低,從白揚河電廠的經驗看,采用水冷滾筒式冷渣器較有利于減少結渣問題。

目前已投運燃燒無煙煤大型CFB鍋爐的主要問題出現在冷渣器。對于以福建無煙煤為燃料的大型CFB鍋爐,為防止冷渣系統結焦和堵灰,建議除了采用水冷滾筒式冷渣器外,還應 (a) 使冷渣器的布風板設計向排渣口中心方向有微量傾斜, 以利于較大渣粒向排渣口流動并及時排出, 避免床料堆積而引起結焦;(b)在運行中要根據灰渣量的多少,及時調整進入冷渣器的冷卻水量;(c)注意調節好冷渣器風室的風量分配,使每個冷渣室都能形成良好的流化狀態;(d)控制好錐形排渣閥的排渣方式和冷渣器大渣排渣閥的排渣方式。

結語

經過十多年來的推廣,CFB鍋爐在福建省內的應用目前正往大型化方向迅速發展。分析我國當前投運大型循環床鍋爐運行中存在的問題及其處理辦法,對于大型CFB鍋爐在福建省應用的優化設計和安全高效運行,具有重要的借鑒意義。

目前,國內已投產大型CFB鍋爐運行中存在的問題主要發生在輸煤系統、給煤系統、灰渣系統和運行磨損等方面;其中,冷渣器的結焦、堵渣、排渣不暢等是主要的共性問題。對于燃燒福建無煙煤的大型CFB鍋爐,建議采用水冷或汽冷旋風分離器以避免循環回路的結焦,燃燒室敷設衛燃帶以利于防止磨損和提高燃盡度,采用結合“T”型定向的風帽技術和采用水冷滾筒式冷渣器以利于解決灰渣系統問題。

 

文章作者:集美大學機械工程學院 何宏舟 申良坤

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