循環(huán)流化床鍋爐爐膛吹掃優(yōu)化

賈夢宇

(淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜電廠, 安徽淮南 232001)

循環(huán)流化床鍋爐爐膛吹掃優(yōu)化

賈夢宇

(淮南礦業(yè)集團(tuán)新莊孜電廠, 安徽淮南 232001)

循環(huán)流化床鍋爐是目前較為清潔的煤電技術(shù),在國內(nèi)發(fā)展僅僅20年的歷史,發(fā)展前景廣闊,其熱工保護(hù)技術(shù)也是近些年逐漸完善起來的,其中爐膛吹掃在啟爐階段起著清除爐膛內(nèi)部危險可燃物的作用,針對此現(xiàn)象在實際應(yīng)用中提出了優(yōu)化爐膛吹掃的方案。

循環(huán)流化床鍋爐; 爐膛吹掃; 優(yōu)化

循環(huán)流化床鍋爐是新型的清潔環(huán)保鍋爐,具有燃料適用范圍廣、脫硫效率高、NOX排放量小、燃燒效率高、蓄熱能力強、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大及灰渣可利用等優(yōu)點。尤為突出的是循環(huán)流化床鍋爐可以適用各種劣質(zhì)煤炭,并且可以有效除去燃燒中煤炭所釋放出的各種有毒氣體,是真正意義上的環(huán)保鍋爐。

一 循環(huán)流化床鍋爐簡介

(一) 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式

循環(huán)流化床鍋爐主要由三部分構(gòu)成:燃燒室、分離器、尾部煙道。如圖1所示。

圖1 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)

燃料在燃燒室內(nèi)采用流態(tài)化的燃燒方式,這是一種界于煤粉爐懸浮燃燒和鏈條爐固定式燃燒之間的燃燒方式,即通常所講的半懸浮燃燒方式。在循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)存在著大量的床料(燃料),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),并實現(xiàn)爐膛內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和爐膛外的外循環(huán),使得充分燃燒后的較輕物料從分離器上部進(jìn)入尾部煙道釋放熱量,又使得未充分燃燒的較重物料從分離器的下部進(jìn)入燃燒室繼續(xù)流化燃燒,無法燃燒的重物料(爐渣)從燃燒室底部被排出至冷渣設(shè)備。

在燃燒室內(nèi)加入石灰石可以起到脫硫和脫硝的作用,一般循環(huán)流化床鍋爐燃燒室處在850℃-900℃的工作溫度下,在此溫度段石灰石可充分發(fā)生焙燒反應(yīng),使碳酸鈣分解為氧化鈣,氧化鈣與煤燃燒產(chǎn)生的二氧化硫進(jìn)行反應(yīng),生成硫酸鈣,以固體形式排出達(dá)到脫硫的目的。因此循環(huán)流化床鍋爐可實現(xiàn)爐內(nèi)高效廉價脫硫,脫硫率在90%以上。

(二) 循環(huán)流化床鍋爐的安全監(jiān)控系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐燃燒蓄熱能力強,燃料燃燒徹底,但是放熱有一定遲滯,這使得運行對床溫的控制提高了難度。為了保證鍋爐在啟停、變負(fù)荷過程中,穩(wěn)定燃燒,不發(fā)生燃料爆燃或結(jié)焦的情況,引入了爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(Furnace Safeguard Supervisory System,簡稱FSSS)。

FSSS主要功能大致可分為:爐膛吹掃;燃油跳閘(Oil Fule Trip簡稱OFT);主燃料跳閘(Main FuleTrip簡稱MFT)。

爐膛吹掃是為了保證鍋爐爐膛和煙道內(nèi)不會積聚任何可燃物進(jìn)行全爐膛的連續(xù)吹掃。在燃料燃燒發(fā)生之前(無論是冷啟動后的燃料燃燒還是鍋爐跳閘之后的燃料燃燒),必須要完成鍋爐吹掃。只有在停爐條件滿足并得以維持的情況下,方可得到吹掃指令并啟動一個5 min的鍋爐吹掃程序。

燃油跳閘(OFT)是在鍋爐燃油系統(tǒng)工作中過程,如果出現(xiàn)火焰熄滅、MFT動作、進(jìn)回油閥關(guān)閉、燃油母管壓力低等無法保證燃油系統(tǒng)正常工作的情況,OFT系統(tǒng)將動作,切斷燃油供給。

主燃料跳閘(MFT)是在鍋爐出現(xiàn)危險工況時,如引風(fēng)機(jī)全跳、床溫異常、風(fēng)量過低、爐膛壓力異常等嚴(yán)重威脅鍋爐安全運行的異常工況,就立即切斷鍋爐燃料供給,并緊急停爐的自動保護(hù)手段。

二 循環(huán)流化床鍋爐現(xiàn)行吹掃方案

(一) 循環(huán)流化床鍋爐吹掃存在的問題

由于循環(huán)流化床鍋爐的蓄熱能力強,在發(fā)生后MFT之后幾小時仍然可以向汽機(jī)提供維持低負(fù)荷的蒸汽,所以MFT僅在汽包水位過高時才遮斷汽機(jī)。這樣可以減少事故的擴(kuò)大,在僅有鍋爐跳閘時而不解列繼續(xù)發(fā)電,為鍋爐排除故障重新恢復(fù)正常運行爭取了寶貴的時間,降低了跳閘的經(jīng)濟(jì)損失。但是每次出現(xiàn)主燃料跳閘后都必須完成吹掃,這樣燃燒室內(nèi)積聚的大量熱量就會被帶走,這樣也就使鍋爐的蓄熱大打折扣,鍋爐的供汽時間相對減少,增加了機(jī)組與電網(wǎng)解列的危險性。這樣一來,在發(fā)生鍋爐主燃料跳閘后是用穩(wěn)妥的方式進(jìn)行全爐膛的吹掃后再進(jìn)行點火,還是冒險不進(jìn)行吹掃直接點火啟動鍋爐。前者可以確保安全,但很不經(jīng)濟(jì),重新使鍋爐升溫浪費大量的燃料;后者雖然可以在較短時間內(nèi)就恢復(fù)鍋爐的運轉(zhuǎn),但是一旦存有燃料堆積,就會有爐膛爆炸的危險。

所以現(xiàn)在的循環(huán)流化床鍋爐爐膛吹掃方案是值得商榷的,沒有真正意義上針對循環(huán)流化床鍋爐的特點而設(shè)計的既可以清掃掉危險可燃物又能盡可能少損失床溫吹掃的方案,要想得到滿意的吹掃方案就必須從可燃物在爐膛內(nèi)爆炸的原因來著手分析。

(二) 可燃物在爐膛內(nèi)燃燒成因分析

爐膛的燃料爆燃、爆炸是威脅鍋爐安全的一種常見事故,嚴(yán)重的會造成鍋爐水冷壁變形,風(fēng)道破損。爆燃的主要原因就是爐膛內(nèi)積蓄了可燃物質(zhì),并且可燃物的密度在爆炸極限內(nèi)。而爐膛吹掃主要目的是在鍋爐點火前或滅火后清除掉遺留在爐膛內(nèi)部的可燃物,防止其發(fā)生爆燃。爐膛吹掃方案是來源于煤粉爐,由于煤粉爐的物料細(xì)小,容易引起發(fā)生煤粉爆燃、爆炸。但是循環(huán)流化床的物料相對粒度相對較大,平均粒度約在300μm以上。同時,循環(huán)流化床鍋爐在燃燒前后爐膛內(nèi)始終是有物料存在的。流化床鍋爐點火前在燃燒室內(nèi)就必須鋪滿床料,用來附著熱量。隨著油槍助燃的進(jìn)行,在一次風(fēng)和流化風(fēng)的風(fēng)力作用下,床料處在類似于沸騰的狀態(tài),并且溫度逐漸升高。當(dāng)溫度高于煤的燃點后,進(jìn)行投煤,并撤除助燃油槍。最終燃燒室溫度也就是床溫達(dá)到850℃左右的額定值,鍋爐即進(jìn)入正常運行狀態(tài)。所以不管任何時候,燃燒室內(nèi)的物料總是存在的,而現(xiàn)在的吹掃方式也無需清除燃燒室內(nèi)的可燃物料,實際上是混合了床料與燃料,在高溫床時就可以燃燒掉剩余的燃料,從而確保了下次點火時的安全。另外,循環(huán)流化床的燃燒主要是維持鍋爐床溫,如果鍋爐跳閘后進(jìn)行爐膛吹掃,本來保存的床溫就會被白白帶走,從而也發(fā)揮不出循環(huán)流化床鍋爐蓄熱能力強的特點了,所以很多廠在鍋爐跳閘后不進(jìn)行爐膛吹掃就直接投油槍進(jìn)行簡單助燃,然后重新啟動。這樣做雖然減少了爐膛熱量的散失,減少了下次點火的用煤,但不能保證爐膛內(nèi)部不積蓄燃料,有一定的危險性。

三 循環(huán)流化床鍋爐爐膛吹掃的優(yōu)化

首先,對于循環(huán)流化床鍋爐的吹掃其目的是要清除掉分離器與尾部煙道中的可燃物而非燃燒室的。如果可燃物在分離器或尾部煙道發(fā)生爆燃爆炸,就會造成爐膛壓力突然升高,觸動爐膛壓力保護(hù)停爐,甚至?xí)茐臓t壁和水冷壁。所以就需要在吹掃時加強分離器與尾部煙道的吹掃,清除掉危險可燃物。DCS控制系統(tǒng)就要進(jìn)行編程,吹掃時將流化風(fēng)、引風(fēng)全開至正常值。這樣可以形成相當(dāng)于僅針對于尾部煙道與分離器的吹掃效果,可以將分離器和尾部煙道的易爆小顆粒煤粉排出鍋爐,并且這兩臺風(fēng)機(jī)的吹掃對燃燒室的熱量散失很小。圖2是在僅開引風(fēng)機(jī)時的床溫曲線圖。

從實際曲線中看出,引風(fēng)機(jī)的開啟對床溫幾乎沒有任何影響。同時在燃燒室的吹掃就要適當(dāng)減小風(fēng)力,以保證爐膛壓力,只開一臺一次風(fēng)機(jī)和一臺二次風(fēng)機(jī),這樣既可以吹掃掉分離器和尾部煙道中遺留燃料,又保證了燃燒室盡量少散失溫度,為下次點火啟動贏得了時間。

圖2 開啟引風(fēng)機(jī)吹掃對床溫影響

然后,吹掃還要區(qū)分是低床溫吹掃還是高床溫吹掃。低床溫是指進(jìn)行吹掃時,床溫過低,低于投煤所需要的最低溫度450℃。高床溫吹掃是指進(jìn)行吹掃時,溫度高于投煤溫度450℃而低于正常燃燒床溫650℃的范圍。低床溫時,煤進(jìn)入爐膛后不能燃燒,容易聚集形成危險點。雖然在停爐時,MFT動作會切斷所有燃料供給,但在切斷動作執(zhí)行的幾秒內(nèi)仍會有少量燃料進(jìn)入爐膛,又加之鍋爐床溫在較低的水平,就無法燃燒掉這部分的燃料。所以在低床溫時就要采取全爐膛吹掃的方式,主要用于清除全爐膛的可燃物。而爐膛床溫在450℃～650℃時,爐膛的熱量較高,爐膛內(nèi)沒有完全滅火,只是處于壓火狀態(tài)。此時大量的熱量仍被保持著,可以通過簡單助燃快速使鍋爐復(fù)燃,并且燃燒掉燃燒室內(nèi)遺留的部分可燃物。如果這時進(jìn)行吹掃,就會是剛吹掃時床溫有小幅度上升,然后床溫就急劇下降。圖3是在較高溫度時進(jìn)行了吹掃,開始溫度有小幅度上升,隨后持續(xù)下降,吹掃進(jìn)行完后導(dǎo)致床溫下降了200℃多。這樣以來,下次點火又需要重新加熱床料,白白浪費了燃料。

圖3 開啟一次風(fēng)機(jī)吹掃對床溫的影響

這說明開始有部分燃料被燃燒,溫度有所上升,然后隨著蓄積的熱量又被強烈的吹掃風(fēng)帶走了,床溫就會從高溫段掉至低溫段,汽機(jī)的負(fù)荷也難以維持。所以在較高溫度時,應(yīng)采用半吹掃的方式,即只投用一臺一次風(fēng)機(jī)、一臺二次風(fēng)機(jī)、一臺流化風(fēng)機(jī)、兩臺引風(fēng)機(jī),吹掃時間為2～3 min。

如果吹掃的起初床溫就在450℃以下就需要用低溫全吹掃。這是指循環(huán)流化床鍋爐床溫在較低水平時,必須吹掃掉全爐膛內(nèi)的遺留燃料。一般低于450℃燃料煤很難燃燒。煤炭的固化點在420℃～450℃,溫度高于固化點時,煤就很容易燃燒。如果床溫很低,其可燃物不可能借助床溫燃燒,就有可能堆積或揚起,不進(jìn)行吹掃,一遇明火就極易發(fā)生爆燃情況。所以這時就要使用時間為5 min的爐膛全吹掃步序進(jìn)行吹掃。

最后,以上提出的吹掃方案的是在通常情況下,實際中也是要考慮其它特殊因素:

所使用的燃料的著火點。減少吹掃時間的依據(jù)是床溫是否可以在燃料的燃點之上,所以只有在床溫高于燃料的著火點才可以減小吹掃時間。

燃料的顆粒度和粘度。如果燃料的顆粒度較大,粘度較粘不易吹走,所進(jìn)行的吹掃時間和強度也應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的變化。

給煤機(jī)所投入的未燃燒的煤量。吹掃前燃燒室內(nèi)所投入的燃料量不能過多,否則也必須加強吹掃,維持床料的正常比例。

各風(fēng)機(jī)擋板的開度。風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹掃實際上是看風(fēng)量的大小,風(fēng)機(jī)的擋板開度也正決定了風(fēng)量的大小,所以擋板的開度要合適。

燃燒室料層的厚度。燃燒室的料層的厚度關(guān)系著鍋爐蓄熱的能力,料層過薄,蓄熱量過少;料層太厚,吹掃效果不好。

燃油吹掃的情況。為保證鍋爐安全,也必須要吹掃掉遺留的燃油,不能只考慮煤燃料的吹掃。所以,每套邏輯步序的提出都是根據(jù)現(xiàn)場使用后的情況來進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在實際使用中要充分考慮這些因素是否有異常情況存在,只有這樣才能得到更加經(jīng)濟(jì)可行、更加安全的吹掃方案。

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TK229.6

B

1671-4733(2010)04-0018-03

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.006

2010-09-25

賈夢宇(1980-),男,安徽淮南人,助理工程師,從事生產(chǎn)管理工作,電話:13625546822。