煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

楊　杰　郭發(fā)強(qiáng)　朱勇新　方子明

(河南心連心化肥有限公司　河南新鄉(xiāng)453700)

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煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

楊杰郭發(fā)強(qiáng)朱勇新方子明

(河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453700)

0前言

循環(huán)流化床鍋爐以其燃料適應(yīng)性好、高效脫硫及低NOx排放等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，其規(guī)模和容量都在不斷擴(kuò)大，然而在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于控制其循環(huán)灰量及建立物料平衡仍存在較多問題。若爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)少，將導(dǎo)致爐膛稀相區(qū)的物料濃度降低，進(jìn)而使?fàn)t內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱減弱，爐膛底部與爐膛出口的溫差增大，鍋爐達(dá)不到額定出力。為了降低床溫、加強(qiáng)爐內(nèi)傳熱，必須加大風(fēng)量以提高鍋爐負(fù)荷。若爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多，則大量的循環(huán)灰將爐膛底部的熱量帶至爐膛出口及尾部煙道，使?fàn)t溫降低、飛灰中含碳量升高，且鍋爐不易穩(wěn)定運(yùn)行，甚至需要排灰來(lái)維持爐況。因此，在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制顯得尤為重要。本文結(jié)合1臺(tái)180 t/h 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)化改造過(guò)程，研究了煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)灰量和鍋爐運(yùn)行的影響，認(rèn)識(shí)到煤種及排渣位置的選取對(duì)鍋爐出力及性能直接影響，并給出了調(diào)節(jié)爐內(nèi)循環(huán)灰量及鍋爐運(yùn)行參數(shù)的一些措施。

1鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

180 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù): 額定蒸發(fā)量180 t/h，蒸汽壓力9.8 MPa，蒸汽溫度540 ℃，給水溫度195 ℃，排煙溫度140 ℃。設(shè)計(jì)煤種為無(wú)煙煤,其收到基的分析數(shù)據(jù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：碳62.48%，氫2.25%，氧1.36%，氮0.72%，硫1.28%，全水7.40%，灰分23.48%，揮發(fā)分6.07%；熱值22 480 kJ/kg。

2煤種對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

研究了3種燃煤對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛壓差、爐膛出口溫度及鍋爐出力的影響，并分別將灰分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.22%、30.45%和26.60%的燃煤命名為高灰煤、中灰煤和低灰煤。試驗(yàn)煤樣工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1　試驗(yàn)煤樣工業(yè)分析數(shù)據(jù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 　%

2.1煤種對(duì)爐膛壓差的影響

爐膛壓差Δp隨鍋爐負(fù)荷D變化趨勢(shì)見圖1。

由圖1可見，隨著鍋爐負(fù)荷的增加，爐膛壓差也隨之增大，但燃用不同煤種時(shí)爐膛壓差的增幅相應(yīng)不同。最初在燃用低灰煤時(shí)，由于進(jìn)入爐內(nèi)的煤中灰量較少，導(dǎo)致爐內(nèi)循環(huán)灰量少，爐膛壓差低，鍋爐的熱量主要集中于爐膛底部，為了使熱量隨高溫?zé)煔庀蚝髷U(kuò)散，必須加大風(fēng)量；但在燃用低灰煤時(shí)鍋爐負(fù)荷最高只能達(dá)到105 t/h，遠(yuǎn)低于鍋爐設(shè)計(jì)出力。

為了提高鍋爐出力，鍋爐開始燃用中灰煤，爐膛壓差有了較大的提升，使?fàn)t內(nèi)物料濃度增大，煙氣攜帶熱量向后傳遞，鍋爐的最大負(fù)荷提升至130 t/h，鍋爐出力有了較大提高，但仍達(dá)不到設(shè)計(jì)出力。最后，鍋爐燃用高灰煤以增加進(jìn)入爐內(nèi)的灰量，爐膛壓差與前2種煤相比增幅最大，鍋爐出力得到較大改善，提升至145 t/h，但與設(shè)計(jì)值仍有一定差距。

圖1　爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

2.2煤種對(duì)爐膛出口溫度T的影響

爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)見圖2。

圖2　爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

由圖2可見，隨著鍋爐負(fù)荷的升高，爐膛出口溫度均有不同程度升高，其中在同一負(fù)荷時(shí)，爐膛出口溫度為高灰煤>中灰煤>低灰煤。這是因?yàn)殡S著入爐煤中灰分的增加，導(dǎo)致進(jìn)入爐內(nèi)的灰量增加，循環(huán)灰量增加，爐膛壓差增大，大量的循環(huán)灰將爐膛底部的熱量帶至爐膛上部及尾部煙道，從而改善了爐膛上部及尾部煙道的換熱效果，使?fàn)t內(nèi)的熱負(fù)荷分布接近設(shè)計(jì)值，從而提高了鍋爐的帶負(fù)荷能力。圖2的結(jié)論與圖1相似，即在燃用高灰煤時(shí)鍋爐出力得到很大提高，但該臺(tái)鍋爐仍達(dá)不到180 t/h的設(shè)計(jì)負(fù)荷。

2.3煤種對(duì)鍋爐負(fù)荷的影響

鍋爐負(fù)荷隨總風(fēng)量變化趨勢(shì)見圖3。

圖3　鍋爐負(fù)荷隨總風(fēng)量變化趨勢(shì)

由圖3可見，鍋爐負(fù)荷隨著總風(fēng)量的增大而增大，但在同一風(fēng)量下，燃用高灰煤時(shí)的負(fù)荷高于燃用中灰煤時(shí)的負(fù)荷。這是因?yàn)樵谕瑯拥娘L(fēng)量下，由于高灰煤中灰分含量高，使?fàn)t內(nèi)的循環(huán)灰量增加，致使?fàn)t內(nèi)的傳熱得到強(qiáng)化，鍋爐的負(fù)荷較高；而中灰煤中灰分含量低，致使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量低于高灰煤，因此，爐內(nèi)傳熱效果低于高灰煤，使鍋爐出力較低。此外，在鍋爐出力相同時(shí)，燃用高灰煤所需風(fēng)量小于燃用中灰煤，故在一定程度上可以降低鍋爐風(fēng)機(jī)電耗。

3排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的影響

該臺(tái)鍋爐有4個(gè)排渣口，原設(shè)計(jì)每側(cè)各配置1臺(tái)冷渣機(jī)，中間2個(gè)排渣口作為事故排渣口；但由于兩側(cè)的2個(gè)排渣口正對(duì)返料口，導(dǎo)致較多循環(huán)灰排出，因此，雖然更換了煤種鍋爐，仍達(dá)不到設(shè)計(jì)出力。改造后，將其中1臺(tái)冷渣機(jī)移至中間下渣口，利用中間的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣，但運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多，爐膛壓差持續(xù)升高，需從返料器定期排灰以維持爐況；最后，同時(shí)利用中間及一側(cè)的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的控制，鍋爐達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷?，F(xiàn)將運(yùn)行一側(cè)冷渣機(jī)時(shí)作為工況1，運(yùn)行中間冷渣機(jī)作為工況2，中間及一側(cè)同時(shí)運(yùn)行作為工況3，研究從不同位置排渣對(duì)爐膛壓差、爐膛出口溫度及鍋爐性能的影響。

3.1排渣位置對(duì)爐膛壓差的影響

不同工況下，爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷的變化趨勢(shì)見圖4。

圖4　不同工況下，爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

由圖4可見，不同工況下,爐膛壓差均隨著鍋爐負(fù)荷的增加而增大，這與圖1所得結(jié)論一致，但不同工況下爐膛壓差的變化差別較大。工況1為燃用高灰煤、且利用一側(cè)的冷渣機(jī)排渣的工況，雖然高灰煤灰分較高，有較多灰分進(jìn)入爐膛，但因下渣口離返料口較近，導(dǎo)致循環(huán)灰短路直接隨冷渣機(jī)排出，使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量減少，工況1爐膛壓差較小；工況2為燃用低灰煤、且利用中間冷渣機(jī)排渣的狀況，工況3為燃用低灰煤、且同時(shí)利用中間及一側(cè)冷渣機(jī)進(jìn)行排渣的狀況，工況2爐膛壓差大于工況1及工況3，而且需要從返料器排灰管定期排灰，以穩(wěn)定爐況，可見工況2只用中間下渣管排渣且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰的優(yōu)化控制；工況3爐膛壓差得到有效控制，它處于工況1與工況2之間，且鍋爐可以達(dá)到設(shè)計(jì)出力，鍋爐循環(huán)灰量控制問題得到解決。

3.2排渣位置對(duì)爐膛出口溫度的影響

不同工況下，爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)見圖5。

圖5　不同工況下，爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

由圖5可見，工況1時(shí)爐膛出口溫度較低，這是因?yàn)闋t內(nèi)循環(huán)灰量較少，爐膛底部熱量不易被循環(huán)灰?guī)е翣t膛上部，因而影響鍋爐出力；工況2時(shí)爐膛出口溫度最高，這是因?yàn)樵诶弥虚g冷渣機(jī)排渣時(shí)，隨冷渣機(jī)排出的灰量較少，爐內(nèi)循環(huán)灰量最高，使大量熱量帶至爐膛出口及尾部煙道，雖然這也可以使鍋爐達(dá)到設(shè)計(jì)出力，但過(guò)多循環(huán)灰會(huì)帶走爐膛的熱量，使密相區(qū)的溫度降低，鍋爐燃燒效率降低，且鍋爐容易因溫度過(guò)低而發(fā)生滅火。工況3所對(duì)應(yīng)爐膛出口溫度介于工況1和工況2之間，說(shuō)明利用中間及一側(cè)冷渣機(jī)排渣時(shí)，爐內(nèi)循環(huán)灰量較為合理，爐況穩(wěn)定且易于調(diào)節(jié)。

3.3排放循環(huán)灰對(duì)鍋爐性能影響

2014年1月至6月鍋爐飛灰和爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

表2　2014年1月至6月飛灰中含碳和

由表2可見：2014年1月至3月，鍋爐在利用中間的冷渣機(jī)排渣時(shí)，飛灰含碳和爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比較高，飛灰中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)11.99%；這是因?yàn)橹焕弥虚g下渣口排渣時(shí)爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多，床溫較低，使?fàn)t內(nèi)碳的燃燒反應(yīng)速率下降，飛灰、爐渣中含碳量較高。2014年4月至6月，鍋爐同時(shí)利用中間及一側(cè)的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣，飛灰、爐渣中含碳量均出現(xiàn)不同程度下降，可見此種方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制，使鍋爐運(yùn)行處于合理溫度范圍內(nèi)，不僅能穩(wěn)定爐況，而且可降低鍋爐的機(jī)械不完全燃燒熱損失，從而提高鍋爐的燃燒效率及熱效率，使鍋爐性能得到提高。

4結(jié)語(yǔ)

(1) 循環(huán)灰量的控制對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行及性能影響較大。循環(huán)灰量不足時(shí)，爐內(nèi)物料濃度較低，鍋爐不易達(dá)到設(shè)計(jì)出力；循環(huán)灰量過(guò)多時(shí)，易導(dǎo)致爐膛底部較多熱量被循環(huán)灰?guī)ё撸範(fàn)t溫降低，進(jìn)而降低鍋爐燃燒效率。

(2) 燃煤的灰分含量對(duì)爐內(nèi)循環(huán)灰量控制有著重要影響，可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃煤中灰分含量來(lái)控制爐內(nèi)循環(huán)灰量，從而優(yōu)化鍋爐運(yùn)行。

(3) 若排渣口離返料口較近，會(huì)導(dǎo)致部分循環(huán)灰隨底渣排出，致使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量減少，鍋爐不易達(dá)到設(shè)計(jì)出力，可以通過(guò)優(yōu)化排渣位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛壓差的優(yōu)化控制。

(4) 鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)需合理選擇排渣口位置，運(yùn)行時(shí)應(yīng)合理選擇燃煤中灰分含量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制，以確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。

(收到修改稿日期2015-10-14)