熱電廠循環(huán)流化床鍋爐回料器返料困難的原因和對(duì)策

四川電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所 胡 林

越南升龍2x310MW熱電廠項(xiàng)目鍋爐為ALSTOM設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐型號(hào)為WGF1025/17.4-1型。鍋爐整體結(jié)構(gòu)主要包括單爐膛，爐膛下部兩個(gè)“褲腿”型結(jié)構(gòu)，四個(gè)高效旋風(fēng)分離器，四個(gè)回料器和四個(gè)外置床。機(jī)組自試運(yùn)開始后，無法帶高負(fù)荷運(yùn)行，主要原因?yàn)榛亓掀鞣盗侠щy，不能將回料器內(nèi)的高溫物料返回到爐膛，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起回料器超溫結(jié)焦，并導(dǎo)致外置床不能正常進(jìn)灰[1]，主蒸汽和再熱器溫度得不到保證，長期在500℃以下，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性都降低。

1 影響回料器返料的因素分析

流化床鍋爐的灰循環(huán)系統(tǒng)（返料系統(tǒng)）是一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)（見圖1），而分離器和回料器是整個(gè)循環(huán)流化床鍋爐物料循環(huán)動(dòng)態(tài)平衡和穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)鍋爐的灰循環(huán)、傳熱、床溫、燃燒至關(guān)重要[2-3]。

1.1 回料器循環(huán)灰情況無監(jiān)視手段

在投運(yùn)外置床時(shí)，回料器中部分循環(huán)灰逐步進(jìn)入到外置床，由于回料器內(nèi)循環(huán)灰情況無監(jiān)視手段，運(yùn)行人員不能及時(shí)調(diào)整灰控閥的開度來平衡回料器內(nèi)物料量，如果投運(yùn)過程中灰控閥開度過小，一種可能是大量滯留在回料器的循環(huán)灰返回到爐膛，引起床壓波動(dòng)或者塌床，另一種可能是回料器堵塞只能停機(jī)處理；但如果灰控閥開度過大，大量的循環(huán)灰進(jìn)入到外置床，由于回料器內(nèi)循環(huán)灰的減少極易引起煙氣反串形成短路，反串的煙氣攜帶回料腿給煤口的煤粉在回料器內(nèi)堆積燃燒，嚴(yán)重時(shí)引起回料器超溫結(jié)焦，當(dāng)回料器不能正常工作時(shí)，外置床也不能正常進(jìn)灰，主蒸汽和再熱蒸汽溫度開始下降，機(jī)組負(fù)荷開始波動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

圖1 ALSTOM物料循環(huán)系統(tǒng)圖

1.2 循環(huán)灰密度大

根據(jù)ALSTOM設(shè)計(jì)要求，回料器正常運(yùn)行狀態(tài)灰的密度為1150kg/m3，設(shè)計(jì)的回料器堵灰密度為1500kg/m3，而越南升龍項(xiàng)目回料器的灰密度為1525kg/m3，超過了回料器堵灰密度，煤質(zhì)和灰成分分析結(jié)果見表1和表2，其中SiO2含量超標(biāo)是導(dǎo)致灰密度過大的主要原因。

表1 煤質(zhì)的工業(yè)分析和元素分析

表2 灰的成分分析

表3 燃燒調(diào)整前后各參數(shù)對(duì)比

1.3 回料器至回料腿水平段積灰結(jié)焦

回料器至回料腿有一個(gè)水平段過渡區(qū)，這段過渡區(qū)長度有1.2m，由于沒有吹掃裝置，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，該水平段開始堆積物料，其中未燃盡煤顆粒（部分來自回料腿給煤口煙氣反串?dāng)y帶）開始燃燒并形成焦塊，焦塊高度超過0.5m，由于循環(huán)灰本身比重較大又加上焦塊的存在，增加了回料器返料的難度。

1.4 爐膛出口煙溫高

對(duì)于無煙煤來說，其揮發(fā)分較少，根據(jù)表1可知，那陽煤的揮發(fā)分只有5.94%，導(dǎo)致了煤的燃燒速度緩慢，燃燒過程長，有時(shí)在尾部煙道或者旋風(fēng)分離器內(nèi)還在繼續(xù)燃燒；再加上設(shè)計(jì)的一次風(fēng)量偏高（總一次風(fēng)量396kNm3/h），爐膛上部稀相區(qū)的燃燒增強(qiáng)，所以爐膛出口煙溫偏高，過高的煙溫使得進(jìn)入到分離器和回料器的循環(huán)灰溫度也相對(duì)較高，如果控制不當(dāng)，極易引起回料器超溫結(jié)焦。

2 解決措施

針對(duì)上述存在的問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到機(jī)組的安全運(yùn)行，并結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，對(duì)回料器進(jìn)行了相應(yīng)的改造和調(diào)整。

2.1 增加回料器料層壓力測點(diǎn)

為便于對(duì)回料器內(nèi)循環(huán)灰情況有個(gè)直觀的掌握，在回料器下降段距離布風(fēng)板600mm的位置增加一個(gè)料層壓力測點(diǎn)（見圖2），通過料層壓力計(jì)算回料器內(nèi)的料層高度，回料器內(nèi)料層厚度計(jì)算公式如公式（1）。

圖2 回料器下降段新增料層壓力測點(diǎn)

回料器內(nèi)的循環(huán)灰高度hlc由式（1）得到：

式中：回料器料層高度m；ΔPk回料器的料層壓降pa，由式（2）可得Pwl；物料堆積密度，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測取1525kg/m3；g重力加速度，m/s2。

式中：Plc風(fēng)室壓力pa；Plt.out爐膛出口壓力，取-50pa；Pbfb布風(fēng)板壓降，四個(gè)回料器布風(fēng)板壓降實(shí)測均值4700pa；ΔPjb局部阻力壓降，取1000～1500pa。

由（1）和（2）式計(jì)算得知[4]，當(dāng)回料器風(fēng)室壓力在31kpa時(shí)（此時(shí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)新增料層壓力測點(diǎn)壓力值為8kpa），回料器內(nèi)的物料高度在1.66m，大于回料器密封高度的1.6m，表明回料器的循環(huán)灰密封已經(jīng)完成，外置床可逐步投入，但在開灰控閥的過程中，須密切關(guān)注新增料層壓力值，如果低于8kpa時(shí)應(yīng)關(guān)小灰控閥開度(或者減少上升段風(fēng)量)，防止回料器的密封被打破引起煙氣反串。

當(dāng)隨著負(fù)荷的升高，料層壓力值也逐漸增加，當(dāng)該壓力達(dá)到30kpa，并且回料器立管壓力由負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，需要開大灰控閥或者上升段流化風(fēng)風(fēng)量，以防止回料器堵塞或者爐膛塌床，不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的料層壓力值見圖3。從圖中可以看出，回料器內(nèi)的料層壓力隨著負(fù)荷的升高逐漸升高，即回料器內(nèi)的物料逐漸增多。

2.2 調(diào)整回料器流化風(fēng)風(fēng)量

圖3 不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的料層壓力值

回料器其實(shí)就是一個(gè)鼓泡流化床（或移動(dòng)床），依靠從回料器底部布風(fēng)板出來的流化風(fēng)將分離器收集的物料流化后送入爐膛[2]，ALSTOM設(shè)計(jì)的回料器流化風(fēng)為定風(fēng)量運(yùn)行（上升段和下降段均為1500Nm3/h），但由于實(shí)際的循環(huán)灰比重比設(shè)計(jì)值大，只能通過增加流化風(fēng)量來克服返料阻力，并根據(jù)回料器料層壓力做適當(dāng)調(diào)整，通過調(diào)整后，回料器返料正常，未再出現(xiàn)回料器堵塞或塌床現(xiàn)象，不同負(fù)荷下流化風(fēng)風(fēng)量運(yùn)行值見圖4。從圖中可以看出下降段風(fēng)量變化不大，而上升段風(fēng)量為克服返料阻力，風(fēng)量增加了一倍多，滿負(fù)荷時(shí)達(dá)到了3400Nm3/h。

圖4 不同負(fù)荷下流化風(fēng)風(fēng)量運(yùn)行值

2.3 回料器至回料腿水平段增加吹掃風(fēng)

針對(duì)那陽煤燃燒產(chǎn)生的灰比重大，回料器內(nèi)的循環(huán)灰向爐內(nèi)返料困難，經(jīng)研究討論后決定在回料器至回料腿水平段兩側(cè)增加吹掃風(fēng)（見圖5），以防止水平段積灰結(jié)焦。新增吹掃風(fēng)來自高壓流化風(fēng)，吹掃風(fēng)壓力根據(jù)負(fù)荷和回料器下階段料層壓力做適當(dāng)調(diào)整。

圖5 新增回料器至回料腿水平段吹掃風(fēng)

經(jīng)改造后，回料器至回料腿水平段未出現(xiàn)積灰結(jié)焦現(xiàn)象，減少了回料器返料阻力，保證了回料器返料的正常，不同負(fù)荷下吹掃風(fēng)運(yùn)行壓力值見圖6。從圖可知，隨著負(fù)荷的增加，回料器內(nèi)返料量增加，相應(yīng)的吹掃壓力也增加。

圖6 不同負(fù)荷下吹掃風(fēng)運(yùn)行壓力值

2.4 調(diào)整燃燒方式

ALSTOM設(shè)計(jì)的雙“褲腿”型循環(huán)流化床鍋爐，其特點(diǎn)是中間隔墻區(qū)域往上溫度高，左右側(cè)墻溫度低，物料的內(nèi)循環(huán)（d50=300μm～1000μm）是從中間隔墻區(qū)域往上再向溫度低的兩個(gè)左右側(cè)墻往下[5]，為了降低爐膛出口溫度，根據(jù)該爐型物料循環(huán)特性對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行了調(diào)整，具體是將外二次風(fēng)的風(fēng)量減少40kNm3/h，內(nèi)上二次風(fēng)的風(fēng)量增加40kNm3/h，內(nèi)下二次風(fēng)保持不變，同時(shí)將一次風(fēng)風(fēng)量由396kNm3/h降低到350kNm3/h，通過調(diào)整一、二次風(fēng)后，物料的內(nèi)循環(huán)路徑改變，增加了煤粉在爐內(nèi)的滯留時(shí)間，通過調(diào)整后回料器溫度由985℃降低到920℃，降低了回料器易超溫的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)調(diào)整后的飛灰和底渣含碳量也降低，并根據(jù)ASMEPTC4-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了鍋爐效率計(jì)算[6]，鍋爐效率提高1.94%，提高了鍋爐經(jīng)濟(jì)性。燃燒調(diào)整前、后對(duì)比數(shù)據(jù)見表3。