基于220t/h循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行分析

雷振國(guó) 山西西山熱電有限責(zé)任公司

1 概述

本文研究的220t/h 循環(huán)流化床鍋爐為某公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)的ST-220/88-SB 型。該鍋爐為高溫和高壓、自然循環(huán)、單汽包、單爐膛形式，采用露天的形式進(jìn)行布置。該鍋爐的風(fēng)帽使用鐘罩的形式，返料器為U型，并且運(yùn)用的是風(fēng)水聯(lián)合型的冷渣器，燃料摻燒20%左右的高爐煤氣。鍋爐主要運(yùn)用床下聯(lián)合床上的方式進(jìn)行點(diǎn)火，在床上布置有三支油槍，床下布置二支油槍，床上出力是400kg/h，床下出力是500kg/h，并在燃燒器的下部安裝二次風(fēng)燃燒器和在上方安裝二次風(fēng)的調(diào)節(jié)裝置。該鍋爐安裝有焰燃燒器，所以能夠在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，利用調(diào)節(jié)二次風(fēng)的控制進(jìn)行二次燃燒，進(jìn)而能夠控制燃燒區(qū)域的溫度，確保不會(huì)產(chǎn)生熱量聚集而產(chǎn)生高溫的情況，最終破壞流化。該鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示，設(shè)計(jì)的燃料：燃料成分分析見表2。

表1 鍋爐技術(shù)參數(shù)

2 鍋爐產(chǎn)生的主要問題和解決措施

2.1 鍋爐的調(diào)試點(diǎn)火期出現(xiàn)結(jié)焦

鍋爐在安裝后進(jìn)行調(diào)試點(diǎn)火的過程中出現(xiàn)了幾次結(jié)焦現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)鍋爐的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。在停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，在一部分風(fēng)帽的眼里出現(xiàn)許多鐵渣，并且在風(fēng)帽中心筒中，主要是在床下油槍火焰燃燒處的周邊出現(xiàn)燒壞的情況，風(fēng)道也發(fā)生了膨脹而導(dǎo)致變形，部分位置已經(jīng)嚴(yán)重開裂并產(chǎn)生大量的漏風(fēng)情況。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的查看進(jìn)行分析得出產(chǎn)生結(jié)焦的主要因素是在點(diǎn)火過程中，首先點(diǎn)著床下的油槍，由于時(shí)間過長(zhǎng)進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)室的溫度非常高，特別是在床下的兩支油槍，風(fēng)帽中心被燒產(chǎn)生變形。

根據(jù)上述鍋爐出現(xiàn)的問題，主要運(yùn)用以下措施進(jìn)行解決：①首先先點(diǎn)火床上的油槍，然后是床下的油槍，由此可以有效的減少風(fēng)室里進(jìn)行加熱的時(shí)長(zhǎng)。②對(duì)點(diǎn)火的風(fēng)道進(jìn)行改進(jìn)，把點(diǎn)火的風(fēng)道向后方移動(dòng)2000mm，由此解決油槍的火焰對(duì)風(fēng)帽的中心造成直接的燃燒。

通過以上的改進(jìn)措施有效的解決了鍋爐點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)的結(jié)焦問題。

2.2 排渣時(shí)不順暢

本次研究的鍋爐具有兩個(gè)風(fēng)水聯(lián)合式的冷渣器，冷風(fēng)主要來自冷一次風(fēng)，而每一臺(tái)冷渣器中具有三路進(jìn)入的冷一次風(fēng)，在爐膛排渣到冷渣器時(shí)存在輸送風(fēng)，并配有防止溫度過高的噴水裝置，并且返料口和爐膛是連接在一起的。鍋爐在運(yùn)行過程中排渣容易出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，下渣管和冷渣器均出現(xiàn)堵塞，并且容易導(dǎo)致冷渣器中冷卻的水管產(chǎn)生爆裂，進(jìn)而造成冷卻水流進(jìn)冷渣器中，由此導(dǎo)致冷渣器出不了冷渣。造成下渣管出現(xiàn)堵渣主要是因?yàn)槊旱念w粒較大，通過對(duì)輸煤的破碎系統(tǒng)加以改進(jìn)，確保燃煤顆粒度有效的降低，最終有效的將其解決。與此同時(shí)針對(duì)冷渣器同樣加以改進(jìn)，把風(fēng)水聯(lián)合的冷卻方式轉(zhuǎn)變成為全風(fēng)冷。但運(yùn)用這種方式會(huì)產(chǎn)生當(dāng)煤質(zhì)比較差時(shí)，給煤量急劇提升，進(jìn)而造成排渣量也逐漸提升，如果排渣時(shí)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)大渣量，則會(huì)導(dǎo)致冷渣器內(nèi)出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象。因此必須對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行有效的控制，最好是不要出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

2.3 飛灰的含碳量非常高

在循環(huán)流化床鍋爐非常普遍的問題之一就是飛灰的含碳量較高，是與煤粉爐相比較而言，效率低下的主要原因之一。而造成鍋爐飛灰含碳量較高的主要原因與以下方面有關(guān)。

①入爐煤粒徑。對(duì)鍋爐的燃料來講，由于入爐的煤粒徑相對(duì)減小，進(jìn)而導(dǎo)致粒數(shù)增多，煤?？偙砻娣e增多，燃燒的速度也同樣加快。據(jù)相關(guān)研究表明，鍋爐燃燒的細(xì)顆粒較多時(shí)，又或者是在燃燒時(shí)具有較多的40μm～50μm的細(xì)顆粒，燃盡的時(shí)間高于在爐內(nèi)停留的時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)而造成飛灰含碳量升高。

②入爐的風(fēng)量。鍋爐的一次風(fēng)由布風(fēng)板的下方送入，確保物料的流化，并確保密相區(qū)燃燒所需的相應(yīng)份額，進(jìn)而使密相區(qū)保持在欠氧的燃燒形態(tài)。對(duì)一次風(fēng)的相應(yīng)調(diào)整容易對(duì)循環(huán)流化床造成嚴(yán)重的影響，在一定的范圍之中提高一次風(fēng)，容易提高密相區(qū)高度，造成燃料細(xì)顆粒揚(yáng)析，進(jìn)而導(dǎo)致燃燒不充分，最終提高飛灰的含碳量。

表2 成分分析表

③床溫。提升床溫能夠降低碳粒燃盡的相應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而減少飛灰的含碳量。鍋爐的床溫主要受到以下幾個(gè)方面的影響：煤種、一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、循環(huán)灰量等。床溫的變化容易對(duì)鍋爐運(yùn)行過程中脫硫的效率以及NOx排放造成嚴(yán)重的影響。根據(jù)燃燒的理論表明，燃燒溫度對(duì)焦炭參與各級(jí)反應(yīng)的速度分區(qū)有較大的影響。提高反應(yīng)的溫度可以有效的提升燃燒的速度。并在有限的時(shí)間內(nèi)把焦炭快速燒盡，最終提升了燃燒的效率。所以提升床溫能夠減少飛灰的含碳量。

④床壓。伴隨床壓逐漸的提高，進(jìn)而降低了固體沒有完全燃燒的損失。受流化風(fēng)速的影響而導(dǎo)致床壓的增高，爐內(nèi)物料的濃度同樣增多，進(jìn)而提高了受流化風(fēng)影響的爐底煤粒向上方運(yùn)動(dòng)和床料產(chǎn)生碰撞的幾率，提高了燃煤顆粒停留的時(shí)長(zhǎng)。所以在確保流化下提升床壓,可以減少飛灰的含碳量。

⑤鍋爐摻燒煤氣量的占比。此爐型循環(huán)流化床鍋爐是需要摻燒高爐煤氣進(jìn)行燃燒的，依據(jù)燃燒的相關(guān)特性表明，在燃燒時(shí)摻入的煤氣過量則會(huì)導(dǎo)致煤燃燒時(shí)所需的氧急劇的減少，進(jìn)而出現(xiàn)局部的缺氧燃燒現(xiàn)象，最終致使火焰的中心向上位移，排煙時(shí)的溫度急速提高，并且提升了飛灰的含碳量。

針對(duì)上述問題，當(dāng)前應(yīng)當(dāng)采取以下措施進(jìn)行處理：①針對(duì)鍋爐的輸煤系統(tǒng)予以相應(yīng)的改進(jìn)，確保煤的粒度控制在有效的范圍。②依據(jù)煤質(zhì)發(fā)生的變化，有效的對(duì)一次和二次風(fēng)的配比進(jìn)行調(diào)整。通過有效的調(diào)整，進(jìn)而控制飛灰的含碳量保持在12%。③確保床溫的平均溫度保持于880℃～920℃之間。④將床壓有效的控制在7.0kPa～8.5kPa間，而負(fù)壓則保持+50Pa左右。⑤對(duì)高爐的煤氣摻燒量予以有效的控制在15000m3/h左右。

3 結(jié)論

當(dāng)前對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐的相關(guān)技術(shù)發(fā)展速度較快，追求高效且清潔的燃燒技術(shù)。其具有以下特點(diǎn)：燃料適應(yīng)性強(qiáng)且范圍廣、燃燒的綜合效率非常高、氮氧化物的排放非常低、負(fù)荷調(diào)節(jié)的比較大且調(diào)整快速等等。對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐來講，不同的廠家和不同的型號(hào)均存在較大的不同之處，因此針對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行分析時(shí)一定要仔細(xì)研究和試驗(yàn)以及分析，最后找出科學(xué)合理的工況相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步確保鍋爐具有高效的運(yùn)行質(zhì)量以及具有較高的經(jīng)濟(jì)性。