鍋爐若干種燃燒問題的分析與處理

張利珍

(太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030021)

引 言

CFB鍋爐是目前商業(yè)化性能最好的清潔煤燃燒鍋爐，隨著國家大幅度調(diào)低鍋爐污染排放環(huán)保指標(biāo)，鍋爐污染排放物控制成本顯著加大。根據(jù)GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，在用和新建燃煤鍋爐的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放均要達到超低排放ρ(SO2)<50 mg/m3；ρ(NOx)<35 mg/m3；ρ(煙塵)<5 mg/m3；ρ(汞及化合物)<0.03 mg/m3(以上皆為標(biāo)態(tài)、干基、6%含氧量煙氣指標(biāo))[1-2]。

國家嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，要求用戶一方面需不斷加大設(shè)備投入，配套相應(yīng)脫硫脫硝裝置進行煙氣治理，另一方面也需從鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計和運行方式上作出必要的改造和調(diào)整，去降低污染物的初始排放，從而降低煙氣脫除污染物成本。低氧量、低床溫是循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)對低排放的通行運行工況。在實際生產(chǎn)實踐中，有的鍋爐片面地追求超低排放環(huán)保性能，設(shè)計床溫偏低，在運行方式上，采用一些以期直接達到低排放效果的操作方法，大幅降低一次風(fēng)量，實際運行效果反而使鍋爐燃燒狀況出現(xiàn)了嚴(yán)重問題，從而制約了鍋爐連續(xù)、穩(wěn)定、節(jié)能及環(huán)保運行。

1 某用戶鍋爐運行現(xiàn)狀

1) 江蘇泰州某熱電廠安裝的一臺300 t/h循環(huán)流化床鍋爐，投運后在額定負(fù)荷條件下顯示床溫偏低，低負(fù)荷運行時床溫更低，底渣及飛灰含碳量均偏高。鍋爐主要技術(shù)規(guī)范見表1，鍋爐總圖見圖1。

2) 鍋爐運行一段時間后，風(fēng)室溫度逐漸升高，初步判斷運行過程中發(fā)生了風(fēng)室倒渣現(xiàn)象，為了減緩這一情況，現(xiàn)場運行操作提高一次風(fēng)量，降低二次風(fēng)量，風(fēng)室倒渣問題有所緩解。

表1 鍋爐主要技術(shù)規(guī)范表

圖1 鍋爐總圖

3) 停爐后檢查確認(rèn)風(fēng)室有倒渣現(xiàn)象(見圖2)。

圖2 風(fēng)室倒渣

2 問題分析

1) 關(guān)于風(fēng)室倒渣問題，查閱歷史運行曲線，發(fā)現(xiàn)運行時流化床下部壓力、爐膛差壓均出現(xiàn)過左右波動現(xiàn)象，即床料發(fā)生了“左右翻床”現(xiàn)象，風(fēng)室倒渣與此現(xiàn)象有關(guān)。

2) 導(dǎo)致床料發(fā)生“左右翻床”的原因是多方面的，事實上就是布風(fēng)不均勻現(xiàn)象，一方面是因為鍋爐布風(fēng)板阻力設(shè)計并不高，為2 850 Pa，實際運行時的一次風(fēng)量不足以使布風(fēng)板布風(fēng)不均勻，特別是檢查發(fā)現(xiàn)入爐煤粒徑偏大，粗細(xì)分布不均勻，更進一步加劇了布風(fēng)不均勻。布風(fēng)不均勻?qū)е碌娜紵隣顩r不正常，使鍋爐NOx和SO2初始排放也發(fā)生了較大波動，最終在線排放可控性變差。為了緩解風(fēng)室倒渣而不得不采用高一次風(fēng)量運行，使一、二次風(fēng)配比偏離設(shè)計，鍋爐的燃燒狀況變差，飛灰含碳量增高。布風(fēng)不均勻制約了鍋爐連續(xù)、穩(wěn)定、節(jié)能及環(huán)保運行。

布風(fēng)不均勻的另一個原因與現(xiàn)場的風(fēng)機配置有關(guān)，本項目是兩臺一次風(fēng)機并聯(lián)運行，電機是變頻調(diào)節(jié)，低頻時兩臺風(fēng)機電機電流交叉波動，存在“搶風(fēng)”現(xiàn)象，導(dǎo)致布風(fēng)板左右配風(fēng)發(fā)生波動(見圖3)。

圖3 兩臺一次風(fēng)機電流交叉波動

3) 引關(guān)于床溫偏低，底渣及飛灰含碳量偏高的問題，與鍋爐追求超低排放性能有關(guān)、在國家環(huán)保政策的大背景下，各鍋爐設(shè)計制造廠家均采取低床溫的設(shè)計理念，即使鍋爐是額定負(fù)荷運行，床溫一般也不會超過900 ℃，床溫低勢必造成底渣及飛灰含碳量升高，這也是能效和環(huán)保之間尋求平衡需考慮的主要問題。當(dāng)然，現(xiàn)場運行條件的改變及運行方式的不同同樣會導(dǎo)致鍋爐運行工況偏離設(shè)計工況，比如煤種發(fā)生變化。

3 優(yōu)化改造方案

1) 基于兩臺一次風(fēng)機并聯(lián)運行，建議運行調(diào)整采用“變頻加風(fēng)門”聯(lián)合控制方式，即將變頻器頻率控制在45 Hz以上后，風(fēng)量調(diào)整采用風(fēng)門調(diào)節(jié)方式，另一方面，為了使左右一次風(fēng)量均衡，現(xiàn)場在兩側(cè)一次風(fēng)道之間，以及空預(yù)器連通箱之間加裝了若干連通管(見圖4)。

圖4 空預(yù)器連通箱之間加裝連通管

2) 加強入爐煤的管理和控制，減少煤矸石的含量，切實改善入爐煤粒徑，保證給煤熱值相對穩(wěn)定以避免給煤量大幅波動。

3) 增加布風(fēng)板阻力，改善布風(fēng)均勻性，風(fēng)帽加裝節(jié)流環(huán)，布風(fēng)板阻力增加約700 Pa。

4) 通過覆蓋水冷受熱面來提高床溫，主要覆蓋區(qū)域在爐膛出口處和水冷屏受熱面，覆蓋區(qū)域如第92頁圖5～圖7所示。

5) 為了進一步降低飛灰含碳量，通過縮小二次風(fēng)口截面積來提高二次風(fēng)口流速。

4 改造后運行驗證

1) 布風(fēng)板通過加裝節(jié)流環(huán)增加阻力，以及用戶更換了碎煤機改善了入爐煤顆粒之后，鍋爐運行穩(wěn)定性有了很大提高，維持最初的一次風(fēng)量運行，流化床下部壓力及爐膛差壓不再發(fā)生明顯的左右波動，運行超過六個月后停爐檢查，風(fēng)室未見明顯倒渣。

2) 隨著布風(fēng)板阻力的增加，流化床層運行穩(wěn)定性明顯提高，表現(xiàn)在各點溫度趨于一致，左右排渣口排出渣的顏色和粒度基本一致，內(nèi)在的因素應(yīng)該是整個床料較以前更加均勻，布風(fēng)更加均勻，鍋爐的燃燒狀況得到了明顯改善。鍋爐燃燒狀況的改善，有利于鍋爐超低排放性能的發(fā)揮，鍋爐的NOx和SO2初始排放較以前降低，排放值更加穩(wěn)定，最終煙囪在線顯示值可控性明顯提升。

圖5 爐膛出口后墻覆蓋區(qū)域(mm)

圖6 爐膛出口側(cè)墻覆蓋區(qū)域(mm)

圖7 水冷屏覆蓋區(qū)域(mm)

3) 改造增加了二次風(fēng)口流速，同時又覆蓋了一部分受熱面，與改造前相比，相同負(fù)荷和相同爐膛差壓，床溫升高20 ℃，實踐證明，床溫的升高并沒有使NOx和SO2初始排放升高，相反有了一定的降低，這應(yīng)該與燃燒狀況的改善有很大關(guān)系。

4) 改造后飛灰含碳量沒有明顯降低。通過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，改造后仍是延用之前的運行模式，因司爐擔(dān)心風(fēng)室倒渣現(xiàn)象再次發(fā)生，現(xiàn)場控制一次風(fēng)量偏大，二次風(fēng)量仍偏小，以致于二次風(fēng)提速不明顯。通過調(diào)整降低一次風(fēng)，一次風(fēng)量較之前降低約10 000 m3/h，根據(jù)氧量提高二次風(fēng)量，運行一段時間后檢驗，飛灰含碳量有了明顯降低，由原7%左右降低為4%～5%(見表2)，最終證明覆蓋受熱面和提高二次風(fēng)口流速去降低飛灰含碳量是可行的。

表2 改造前后運行參數(shù)表

5 結(jié)語

1) 實現(xiàn)超低排放的基礎(chǔ)是鍋爐運行正常。

2) 循環(huán)流化床鍋爐運行正常的前提是保證燃燒正常，而鍋爐燃燒正常的標(biāo)志是布風(fēng)均勻，流化良好，一二次風(fēng)配比合理，鍋爐能效得以保證。

3) 既達到初始排放低的目標(biāo)，而又不影響鍋爐燃燒，是CFB鍋爐應(yīng)從燃燒角度研究和不斷破解的課題。