大型循環(huán)流化床鍋爐大比例長(zhǎng)周期摻燒煤泥實(shí)踐

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(淮南礦業(yè)集團(tuán)電力有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232033)

0 引 言

循環(huán)流化床(CFB)鍋爐以其燃料適應(yīng)性強(qiáng)、環(huán)保性能好等特點(diǎn)在火力發(fā)電行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前，隨著流化床鍋爐的設(shè)計(jì)理念、制造工藝的進(jìn)步，以300 MW等級(jí)為代表的大型循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行水平不斷提升[1]。很多電廠從降低生產(chǎn)成本、提高環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)資源綜合利用等角度考慮，設(shè)計(jì)了煤泥摻燒系統(tǒng)或進(jìn)行了煤泥摻燒系統(tǒng)改造。

1 電廠及煤泥系統(tǒng)介紹

顧橋電廠裝機(jī)容量為2×330 MW，采用循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組，電廠與顧橋煤礦、顧橋礦選煤廠位于同一工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，彼此相距不足500 m，保證顧橋電廠具有穩(wěn)定的煤泥來(lái)源。電廠燃用的煤泥、中煤、煤矸石均通過輸煤棧橋采用皮帶輸送。

顧橋電廠DG1100/17.4-II2型CFB鍋爐是東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)、單爐膛、平衡通風(fēng)、汽冷式旋風(fēng)分離器、露天布置的改進(jìn)型循環(huán)流化床鍋爐。

顧橋電廠煤泥系統(tǒng)(爐頂給料)設(shè)備主要分三個(gè)部分：輸送系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。顧橋礦選煤廠經(jīng)壓濾后的含水率約為22%的煤泥通過一級(jí)刮板輸送機(jī)及兩級(jí)皮帶輸送至分配刮板機(jī)，然后進(jìn)入膏漿制備機(jī)，煤泥在膏漿制備機(jī)中經(jīng)過充分的攪拌、制膏后，攪拌均勻的含水率約為30%的煤泥落入渣漿分離機(jī)，經(jīng)渣漿分離機(jī)的篩選處理后，篩上雜物由排雜通道排除，篩下的可輸送膏體狀煤泥從膏漿制備機(jī)的出口側(cè)分別卸入位于膏體泵房?jī)?nèi)的#1-#4圓形儲(chǔ)料倉(cāng)，圓形儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的煤泥依據(jù)鍋爐負(fù)荷的需求，經(jīng)正壓給料機(jī)壓入膏體泵中，再通過復(fù)合煤泥管道輸送至鍋爐頂部，由給料裝置送入鍋爐參與燃燒。每臺(tái)鍋爐對(duì)應(yīng)四臺(tái)正壓給料機(jī)及膏體泵，設(shè)四個(gè)給料口，安裝煤泥給料器，并配套水清洗系統(tǒng)，在煤泥停運(yùn)時(shí)用來(lái)清洗管道。

圖1示出了顧橋電廠煤泥系統(tǒng)流程圖。

圖1 顧橋電廠煤泥系統(tǒng)流程圖

2 煤泥摻燒遇到的問題及解決措施

2.1 鏈板輸送機(jī)及皮帶機(jī)頻繁跳閘

由于采用鏟車轉(zhuǎn)運(yùn)煤泥，單次輸送量偏大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)過程中鏈板輸送機(jī)及皮帶機(jī)頻繁跳閘。后改用挖掘機(jī)替換鏟車將煤泥轉(zhuǎn)運(yùn)到鏈板輸送機(jī)上，同時(shí)在輸送機(jī)箱體槽內(nèi)的頭部及中部各橫向焊接一道鋼槽，在鋼槽的中部加焊一道垂直的割刀，使原先進(jìn)入輸送機(jī)的大塊煤泥經(jīng)過兩道割刀切割分解成小塊后再下落到下級(jí)皮帶，有效地減少了沖擊力。

2.2 膏漿制備機(jī)葉輪損壞的處理

前期由于煤泥中含有較多雜物，導(dǎo)致膏漿制備機(jī)的葉輪經(jīng)常性損壞，有時(shí)甚至導(dǎo)致設(shè)備過載跳閘。為此，一方面與選煤廠積極溝通，要求其改進(jìn)工藝，盡量降低雜物的混入；一方面加強(qiáng)對(duì)輸煤運(yùn)行人員的培訓(xùn)及管理，要求其加強(qiáng)巡視，發(fā)現(xiàn)異物及時(shí)停運(yùn)設(shè)備并清理。

2.3 液壓系統(tǒng)超壓及管路振動(dòng)的處理

液壓系統(tǒng)超壓，導(dǎo)致膏體泵跳閘；煤泥管道經(jīng)常性發(fā)生振動(dòng)，甚至導(dǎo)致煤泥從管道法蘭接口處外溢。分析這其中的原因，主要是與煤泥的含水量有關(guān)，水分含量小，煤泥在輸送內(nèi)的沿程阻力大，液壓系統(tǒng)需增壓才能保證煤泥進(jìn)入鍋爐；水分含量大，由于煤泥是以一定頻率進(jìn)入管道，沿程阻力過小且在管溝內(nèi)無(wú)固定裝置，引起管道諧振。為此，要求運(yùn)行人員提高操作水平，控制入爐煤泥含水量在27%～33%之間，保證粘稠狀的煤泥膏漿的順利輸送。

2.4 動(dòng)力包抗磨液壓油變質(zhì)的處理

抗磨液壓油變質(zhì)，主要是因?yàn)閯?dòng)力包的超出力、高溫度運(yùn)行。在保證煤泥水分，實(shí)現(xiàn)煤泥液壓系統(tǒng)在額定出力運(yùn)行的同時(shí)，提高冷卻水量，嚴(yán)格控制油溫，同時(shí)定期對(duì)抗磨液壓油進(jìn)行檢查，及時(shí)更換變質(zhì)的工作油。

2.5 負(fù)荷變化過程中主、再熱汽超溫的處理

由于傳統(tǒng)的負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，是通過控制給煤量調(diào)整鍋爐燃燒，在大量摻燒煤泥后，由于煤泥量不受燃燒調(diào)節(jié)控制，導(dǎo)致在變負(fù)荷工況下，蒸發(fā)量減少后，爐膛上部燃燒沒有相應(yīng)減弱，汽溫極易超標(biāo)。通過對(duì)燃燒控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，將燃燒控制加入對(duì)煤泥的控制，有效地避免了主、再熱汽溫的超標(biāo)問題。

3 煤泥摻燒對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響

自煤泥系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，總體運(yùn)行情況良好，顧橋選煤廠的煤泥全部由電廠接受消化。2013年前11個(gè)月，共消耗煤泥近30萬(wàn)t。

由于大量摻燒煤泥，顧橋電廠的燃料特性已經(jīng)偏離了設(shè)計(jì)煤種(表1)，為了較為全面系統(tǒng)地了解摻燒煤泥對(duì)鍋爐設(shè)備的影響，進(jìn)一步提高煤泥摻燒的經(jīng)濟(jì)性，在2013年8月組織了一次煤泥摻燒試驗(yàn)，初步掌握了煤泥摻燒對(duì)鍋爐各相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的影響變化情況。

表1 燃料設(shè)計(jì)參數(shù)

表2給出了煤泥煤質(zhì)化驗(yàn)參數(shù)，表3給出了煤泥摻燒試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。

表2 煤泥煤質(zhì)化驗(yàn)參數(shù)

3.1 煤泥摻燒對(duì)床溫的影響

在中高負(fù)荷情況下，隨著煤泥摻燒量的增加，密相區(qū)燃燒份額降低，床溫有所下降。在低負(fù)荷情況下，隨著煤泥產(chǎn)少量的增加，床溫反而上升，這說(shuō)明在低負(fù)荷情況下，部分煤泥不能完全實(shí)現(xiàn)在爐膛中上部的爆裂燃燒，而降落至密相區(qū)燃燒。

表3 煤泥摻燒試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖2示給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)床溫的影響。

圖2 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)床溫的影響

3.2 煤泥摻燒對(duì)爐膛差壓的影響

在中高負(fù)荷情況下，隨著煤泥摻燒量的增加，爐膛中上部稀相區(qū)燃燒份額逐漸增加，爐膛差壓增加。在低負(fù)荷情況下，煤泥摻燒量雖然增加，但在爐膛中上部只能實(shí)現(xiàn)部分的爆裂燃燒，大部分降落至密相區(qū)燃燒，故爐膛差壓是降低的。

圖3給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)爐膛差壓的影響。

圖3 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)爐膛差壓的影響

3.3 對(duì)廠用電率的影響

高負(fù)荷時(shí)，隨著煤泥摻燒量的增加，二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)電流增加，表明隨著煤泥摻燒量增加，鍋爐總煙氣量增加，二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)電耗明顯增加。

中低負(fù)荷時(shí)，一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)電耗摻燒煤泥與不摻燒煤泥比較，未見明顯增長(zhǎng)。

圖4給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)二次風(fēng)機(jī)電流的影響，圖5給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)因引機(jī)電流的影響。

圖4 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)二次風(fēng)機(jī)電流的影響

圖5 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)引風(fēng)機(jī)電流的影響

3.4 煤泥摻燒對(duì)排煙溫度的影響

中高負(fù)荷時(shí)，隨著煤泥摻燒量的增加，排煙溫度逐漸增加。負(fù)荷升高排煙溫度呈上升趨勢(shì)，主要影響因素一個(gè)是因?yàn)槊耗嘀械幕曳州^高，加劇了尾部受熱面積灰程度，另一個(gè)重要因素是大量未完全燃燒的不能為旋風(fēng)分離器分離的飛灰由煙氣攜帶進(jìn)入尾部煙道，在尾部煙道持續(xù)放熱的行程增加。

低負(fù)荷時(shí)，隨著煤泥摻燒量的增加，排煙溫度變化幅度很小。這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷下由于爐膛中上部煤泥燃燒量減小，大量煤泥在密相區(qū)燃燒，一部分細(xì)灰從排渣口排出，進(jìn)入尾部煙道的不完全燃燒的飛灰減少，故排煙溫度變化較小。

圖6給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)排煙溫度的影響。

圖6 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)排煙溫度的影響

3.5 煤泥摻燒對(duì)灰渣含碳量的影響

總體來(lái)看，在不同負(fù)荷下，隨著煤泥摻燒比例的增加，灰渣含碳量逐漸增加，而在低負(fù)荷時(shí)，灰渣含碳量維持在較高水平。

圖7給出了不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)灰渣含碳量的影響。

4 負(fù)荷對(duì)應(yīng)煤泥摻燒量的關(guān)系

根據(jù)試驗(yàn)情況，為了保證摻燒煤泥在安全經(jīng)濟(jì)的范圍內(nèi)，制定了現(xiàn)階段的煤泥摻燒曲線，如圖8所示。

圖7 不同負(fù)荷下，不同摻燒比例對(duì)灰渣含碳量的影響

圖8 現(xiàn)階段的煤泥摻燒曲線

5 需要解決的問題

(1)高負(fù)荷情況下，由于爐膛出口及分離器出口超溫，煤泥摻燒量受限。

(2)旋風(fēng)分離器的分離效率需進(jìn)一步提高。

(3)低負(fù)荷時(shí)，由于煤泥不能夠完全實(shí)現(xiàn)爆裂燃燒，摻燒煤泥后鍋爐經(jīng)濟(jì)性下降。

6 結(jié) 論

由于循環(huán)流化床鍋爐的固有特性，采用爐頂給料方式大量摻燒煤泥在理論上是成熟可靠的，在實(shí)踐當(dāng)中也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。盡管目前由于個(gè)別因素的影響限制了煤泥摻燒量的增加，但是通過對(duì)鍋爐設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)隨著運(yùn)行水平的不斷提升，煤泥摻燒的前景是廣闊的。

[1] 李志剛，孫麗萍，劉嘉新.熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].森林工程，2013，29(4)：90-95+160.

[2] 顧橋電廠《2×330 MW循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行規(guī)程》

[3] 顧橋電廠《大型循環(huán)流化床鍋爐摻燒煤泥分析》

[4] 北京中礦《煤泥系統(tǒng)說(shuō)明書》