降低循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)時(shí)間及用油量的有效措施研究

支 勝

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西 太原 030022）

1 鍋爐設(shè)備及燃料性質(zhì)簡(jiǎn)介

西山熱電有限責(zé)任公司所用鍋爐由無錫華光鍋爐廠生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，型號(hào)UG-240/9.8-M4。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是并列的兩只水冷分離器，尾部豎井煙道布置兩級(jí)四組對(duì)流過熱器，過熱器下方布置兩組省煤器及一、二次風(fēng)各兩組空氣預(yù)熱器。本單位使用0#輕柴油作為啟動(dòng)燃料，在鍋爐啟動(dòng)過程中，油燃燒產(chǎn)生的熱煙氣通過布風(fēng)板進(jìn)入爐膛，先將爐膛內(nèi)的底料加熱至550℃左右，之后投運(yùn)給煤機(jī)，床料將煤引燃，爐膛密相區(qū)溫度900℃左右時(shí)停止供油。2005年鍋爐調(diào)試結(jié)束進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后至2013年，每次啟動(dòng)油耗在9500～10500L（約8～9t），啟動(dòng)時(shí)間9～10小時(shí)，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)工況。

圖1 鍋爐結(jié)構(gòu)

煤揮發(fā)分的成分和含量決定著煤的著火溫度，實(shí)際生產(chǎn)中，由于受經(jīng)營(yíng)成本、燃煤來源等多方面的影響，入爐煤很難達(dá)到設(shè)計(jì)煤種及校核煤種的要求。下表1 與 2分別是設(shè)計(jì)和入爐煤的數(shù)據(jù)，實(shí)際入爐煤的灰分偏高，而熱值、揮發(fā)分遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)及校核煤種，對(duì)燃燒造成不利影響。

表1 設(shè)計(jì)及校核煤種

表2 2016年入爐煤月平均指標(biāo)

2 提高鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)速度采取的方案

影響煤著火速度的因素主要有燃燒器本身的結(jié)構(gòu)特性，熱煙氣對(duì)煤的加熱強(qiáng)度，煤的性質(zhì)。經(jīng)過多年的分析，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，逐步實(shí)踐，采取以下幾方面來縮短燃油時(shí)間，進(jìn)而提高點(diǎn)火啟動(dòng)速度。

2.1 啟動(dòng)前風(fēng)帽的檢查與清理

鍋爐所采用的是大直徑、鐘罩式風(fēng)帽，總數(shù)量為997個(gè)，均勻安裝在布風(fēng)板上。風(fēng)帽上有對(duì)稱的8個(gè)風(fēng)孔，清理主要依靠人工手段，勞動(dòng)強(qiáng)度較高。一般在遇到受熱面爆管、鍋爐結(jié)焦等情況時(shí)，風(fēng)孔堵塞嚴(yán)重，床料無法繼續(xù)使用才進(jìn)行清理。經(jīng)過多年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，由于氣流擾動(dòng)等原因，部分床料顆粒會(huì)積存在風(fēng)帽內(nèi)，鍋爐運(yùn)行時(shí)間達(dá)到5000h以上，約四分之三的風(fēng)帽風(fēng)孔會(huì)出現(xiàn)不同程度的堵塞，尤其是靠近爐墻的兩排風(fēng)帽及返料口周圍的風(fēng)帽，這就需要更大的一次風(fēng)量來滿足床料流化。在點(diǎn)火初期，較大的一次風(fēng)量會(huì)使啟動(dòng)燃燒器內(nèi)風(fēng)、燃油配比失衡，火焰發(fā)暗，不能充滿整個(gè)燃燒器空間，產(chǎn)生的熱煙氣溫度也隨之降低，床料的加熱速率變慢，投煤時(shí)間延后。因此，當(dāng)鍋爐累計(jì)運(yùn)行時(shí)間在4500h以上時(shí)，利用停運(yùn)檢修時(shí)間對(duì)風(fēng)帽進(jìn)行清理。對(duì)于該鍋爐，清理后的最低一次流化風(fēng)量，相較之前可以減小6000～7000m3/h。

2.2 點(diǎn)火啟動(dòng)風(fēng)量的優(yōu)化

鍋爐采用的是床下熱煙氣點(diǎn)火，燃燒器并列布置在爐膛水冷風(fēng)室前側(cè)。點(diǎn)火油槍為機(jī)械霧化，燃料為0#輕柴油。每支油槍出力900kg/h，爐前油壓2.5MPa，油槍所需助燃空氣為一次風(fēng)。空氣和油燃燒后形成950℃左右的熱煙氣，從水冷風(fēng)室上的布風(fēng)板均勻送入爐膛。在調(diào)試階段確定的點(diǎn)火總風(fēng)量為 56000m3/h，其中燃燒風(fēng)量為36000m3/h，混合風(fēng)量為20000m3/h，2005～2013年一直延用此配風(fēng)方式。2013年08月2#爐點(diǎn)火時(shí)，首次嘗試微流化點(diǎn)火（即燃燒風(fēng)量20000～22000m3/h，混合風(fēng)量21000～22000m3/h，低于最小啟動(dòng)流化風(fēng)量）。調(diào)整后通過看火孔觀察到啟動(dòng)燃燒器內(nèi)的火焰變?yōu)楦右鄣慕瘘S色，且能完全充滿整個(gè)啟燃器空間，與之前黃白混色火焰形成鮮明對(duì)比，密相區(qū)溫升速率明顯上升，表3對(duì)這兩種配風(fēng)方式下各階段床溫平均升溫速率做出對(duì)比。低于啟動(dòng)流化風(fēng)量點(diǎn)火存在低溫結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)，因此在投煤階段必須將一次風(fēng)量提至56000m3/h以上。在之后的多次啟動(dòng)過程中，采用此配風(fēng)方式下爐內(nèi)床料各溫度場(chǎng)仍比較均勻，到目前為止未發(fā)現(xiàn)有結(jié)焦、床溫大范圍偏差情況。

表3 兩種配風(fēng)方式下各階段床溫平均升溫速率對(duì)比

2.3 給煤的方式與二次風(fēng)

循環(huán)流化床鍋爐常用的投煤方式為：床溫達(dá)到預(yù)定的投煤溫度后，逐臺(tái)給煤機(jī)間斷性的給煤，通過床料加熱使煤的揮發(fā)分析出、著火、燃燒和放熱，為煤中的焦炭燃燒提供溫度條件，焦炭燃燒后放出大量熱量，使?fàn)t內(nèi)溫度快速上升，再逐漸增加給煤量以維持燃燒反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，待床溫升到900℃左右時(shí)，停止油槍運(yùn)行，開啟二次風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)燃燒，將床溫穩(wěn)定在900±50℃范圍內(nèi)，點(diǎn)火階段結(jié)束。入爐煤灰分高、揮發(fā)分及熱值偏低，煤的引燃相對(duì)較難，鍋爐運(yùn)行規(guī)程上要求的投煤溫度是600℃。啟燃器需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能將床料加熱到此溫度，這會(huì)造成啟動(dòng)油耗偏高，對(duì)電除塵器的運(yùn)行也會(huì)帶來不利影響。因此在多次實(shí)踐后，床溫達(dá)到490℃左右時(shí)，采用多臺(tái)給煤機(jī)小量連續(xù)給煤，來彌補(bǔ)揮發(fā)分的不足，同時(shí)稍微開啟二次風(fēng)，加強(qiáng)爐內(nèi)擾動(dòng)，減緩密相區(qū)熱煙氣的流速，使揮發(fā)分停留的時(shí)間更長(zhǎng)，這里需要注意的是因初期給煤量偏大，易造成爐內(nèi)積煤過多發(fā)生爆燃，床層溫度急劇上升而導(dǎo)致結(jié)焦。因此需時(shí)刻注意氧量的變化，氧量會(huì)在床溫變化前2～3分鐘作出反應(yīng)，當(dāng)氧量突變時(shí)，需立即切斷所有給煤，并增大一次風(fēng)量來穩(wěn)定床溫。

2.4 提高入爐風(fēng)溫

出于減小熱量損耗及進(jìn)一步降低冷渣器冷卻水溫的需求，在一次風(fēng)機(jī)入口加裝換熱器的技改。換熱器換熱管采用鋼鋁復(fù)合軋制翅片管，換熱面積1628.12m2，換熱量855.3kW。換熱器利用冷渣器冷卻水作為熱源加熱一次風(fēng)，水從換熱器下部集箱進(jìn)入，通過換熱后從上部集箱出來進(jìn)入冷渣器。點(diǎn)火初期，對(duì)流煙道整體溫度場(chǎng)偏低，空預(yù)器的作用不明顯。點(diǎn)火風(fēng)溫幾乎與外界環(huán)境溫度相同，一次風(fēng)經(jīng)過換熱器后，則可以加熱至45～50℃，改善燃料燃燒條件。

3 結(jié)論

循環(huán)流化床鍋爐的點(diǎn)火是鍋爐運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)歷多次的點(diǎn)火啟動(dòng)實(shí)踐，尋找合理的配風(fēng)及投煤方式，在點(diǎn)火過程中，加強(qiáng)床溫、風(fēng)量、氧量及風(fēng)室壓力等重要參數(shù)的監(jiān)視和控制，在目前燃用劣質(zhì)煤種情況下，鍋爐啟動(dòng)時(shí)間相較原來的方式縮短為7～8h，啟動(dòng)油耗降至5500～6500L（約4.5～5.5t）,汽水損耗降低60～65t，鍋爐每次點(diǎn)火啟動(dòng)節(jié)約生產(chǎn)成本4～4.5萬元。