循环流化床锅炉启动后循环灰少的原因及改进措施

1 概况

神华鄂尔多斯煤制油分公司采用3 台无锡锅炉厂的UG-440/10-M型循环流化床锅炉。炉膛出口并列布置2 只绝热旋风分离器, 蜗壳进口的方式形成结构独特的旋风分离器。分离器的内表面选用高强度耐磨可塑料、高强度耐磨砖, 从而使分离器具有较长的使用寿命, 以保证锅炉安全可靠运行。旋风分离器将被烟气夹带离开炉膛的物料分离下来, 通过返料口返回炉膛, 烟气则流向尾部对流受热面。旋风分离器下接有返料器, 均由钢外壳与耐火材料衬里组成, 耐火材料分内、外二层结构, 里层为高强度耐磨浇注料, 外层为保温浇注料。返料风与松动风由小风帽送入, 松动风与返料风的风帽开孔数量及孔径有差别, 返料风大, 松动风小, 并采用分风室送风。返料器上设置一个启动床料加入口, 运行中同时也可以作为飞灰再循环管路中飞灰的加入口。锅炉点火是通过床下四台燃烧器进行, 一次风提供燃烧器的燃烧风和混合风将高温烟气经水冷风室, 水冷布风板上的风帽均匀传给床料, 床料被加热到400℃后可脉动投煤, 给煤是通过布置在前墙的四台称重式皮带给煤机送入, 给煤粒径是0 ~13mm, 煤着火后可少量连续给煤。根据床温升率逐渐加煤, 撤油枪。

以下解释悬浮段物料的作用, 循环流化床锅炉煤的燃烧主要在密相区, 密相区的热负荷较大, 密相区的热量除辐射传递外主要就靠悬浮段的循环灰和烟气带到稀相区和尾部来传递给各受热面, 且悬浮段物料导热系数比热烟气的传热系数大得多, 所以说悬浮段物料就是热量传递的重要介质。这里通过对煤制油厂锅炉启动后因循环灰量太少无法快速带起负荷进行分析, 对流化床锅炉优化启动和启动初期运行调整进行改进, 通过采取措施来缩短启动到带满负荷的时间, 达到产生可观的经济效益、增加运行的安全、并提高循环流化床锅炉调整的灵活性, 减小流化床锅炉和煤粉炉运行在机动性方面的差别。

2 原因分析

自2007 年投运以来我厂三台锅炉经历了多次启动点火, 每次启动后都因循环灰量太少而制约了锅炉加负荷, 造成床温高, 炉膛出口温度低, 蒸汽量流量低, 汽温高, 需要十几小时维持等待, 严重影响锅炉运行的安全和电厂的经济效益。现根据#2 锅炉两次检修后启炉到正常运行各时间节点的参数, 来进行比较分析。启动后循环灰少主要由以下原因造成:

①启动前所用的床料是正常运行中从冷渣器排的炉渣, 本身所含的颗粒粒径较大, 包括的悬浮段较少。

②启动过程中一次风携带造成。众所周知循环流化床锅炉的冷态启动时间较长, 特别是容量越大时间会越长, 普遍8 ~10h以上, 我厂母管制运行因对待并汽的启动炉蒸汽参数有严格的要求, 达到适合并汽的汽温汽压需要的时间会更长。在启动点火前炉内床料是一定的, 平时我们床料厚度都加在800mm左右, 锅炉投油枪升温的前4 ~5h是不投煤的 ( 若要求低温烘炉时间会更长) , 因此除了燃油所产生的热烟气就没有其他介质进入炉内来补充被烟气连续不断带走的循环灰量, 因此燃烧室内以大颗粒的床料居多, 因启动过程中一次风的携带, 循环灰量会越来越少, 特别是启动一次流化风过大造成的携带会更大, 从表1 看到并汽后悬浮段料压0.1k Pa左右。

③回料阀烟气反窜。循环流化床旋风分离器和返料器组成U型的连通器见图1, 旋风分离器和回料阀下部分别通由高压流化风机来的流化风和返料风, 相当于一个小的流化床, 通过旋风返料器分离下来的循环灰在立腿内聚集产生一定压头, 在U型管的另一端即返料风室流入炉膛。U型阀可以用回料自密封, 来实现物料自平衡, 防止炉膛内的烟气反窜。a. 在启动初期循环灰较少或者说未建立起循环, 就不能达到自密封条件, 造成循环灰经炉膛, 直接由返料器, 分离器反窜带入尾部烟道被吹走的恶性循环, 会造成循环灰量更少。b. 流化风量和返料风量配比不当, 立腿内分离的物料不流化。有时在点火时为快速升床温, 早些达到投煤床温, 尽量降低或不投运返料风和流化风, 或者返料风和流化风特别低, 不足以使循环灰流化起来, 有意降低循环倍率, 循环灰堆积在返料器料腿内, 无法形成自密封, 导致烟气反窜。c. 停炉后返料器内有结焦或风帽小孔堵塞, 无法流化, 造成烟气反窜。

3 举措

通过以上分析我们知道了循环灰少的原因, 现在通过以下措施有针对性的解决存在的问题。

①针对所选启动床料本身循环灰少的问题, 应采取停炉后返料器内细灰不放。返料器内的灰全部是合格的循环灰, 这样就增加了床料中循环灰的含量。如果锅炉停运只是汽水系统的检修或辅机的检修, 不涉及到返料器和燃烧系统, 可以将返料器内的循环灰不放掉, 存留在返料器内, 下次点炉时继续留用这部分循环灰;或将返料灰通过返料器事故放灰管放至地面存留, 点炉投煤后通过启动床料绞龙加至炉内;也可以通过启炉前增加装的宽筛分底料中较细床料的份额。循环灰是粒径d<0.1mm的细灰, 多次启炉证明启动床料中的细灰受热后升温较快, 对加速着火和均匀炉膛上下温差有利。

②没有留用的悬浮段灰时, 可以投煤撤油枪后加启动床料 ( 进行筛分, 去除较大颗粒) 。选在这个时间点加床料有一定的科学性, 因为油枪全撤出后床温主要靠给煤量来提升, 这个时候再增加启动床料不会增加启动用燃油。油的价格比煤的价格要贵得多, 如果在投油时提前增加床料势必会造成床温下降, 推迟了撤油枪的时间, 增加了启动用燃油量, 启炉的经济性会降低。

③启动后运行的初期合理配备返料风和流化风, 提高返料器的分离效率, 从而“扑捉”更多的循环床料。较高的流化风会扰乱和破坏旋风分离器内物料的分离路径, 降低分离效率。

④燃煤粒径和煤质的控制。对启动炉的上煤应控制煤的粒径不能太大, 试验证明小粒径的煤增加循环灰较快, 大粒径的燃煤则增加较慢, 因为悬浮段物料都是通过较大粒径燃煤的一级爆裂和二级相互撞击破碎产生。较大的燃煤粒径会增加炉膛下部燃烧份额, 加剧床温的温升。

⑤点炉过程中, 炉膛负压保持低点或保持微正压。经较大的炉膛负压长时间的抽吸作用, 会造成较细的循环灰变成飞灰从尾部烟道排出。

⑥投油过程中尽量减小一次风量。投油枪预热床料时一次风尽量小, 使床料流化状态达到鼓泡状, 随着投入油枪数量的增加一次风也增加, 在投煤时一次流化风达到临界流化风风量, 这样不仅可以减少一次风对循环灰的携带, 还有利于增加床料温升率, 节省燃油。这就要求在做流化试验时最低流化风要尽量准, 不能偏离太多。否则点炉或投煤时容易造成床料低温结焦和燃油爆燃。

4 结论

从表1 中参数可以明显看出采取措施前锅炉下部密相区床压已高至5.3k Pa, 需要启动输渣系统放掉下部的粗渣, 但上部悬浮段的细灰仍较低, 造成床温高, 带负荷低。密相区的大颗粒物料也不能快速碰撞破裂转化为较细的悬浮段物料。采取措施后的启动经过运行调整和绞龙加物料, 启炉后的循环灰量明显增加了, 较高的密相区热量可通过循环灰传到后部各受热面, 带负荷困难的问题迎刃而解, 4 ~5 小时就可带起较高负荷, 使带满负荷所用时间提前十个小时左右, 按照平均每小时多产100t汽计算, 大约可以多产1000t蒸汽, 按照我厂4t蒸汽发1MWh电计算, 至少可以多发250MWh电能, 从电网倒购电价为0.537 元/ 千瓦时, 自发电成本为0.24 元/ 千瓦时, 每次启炉可以为公司节省:250×103× (0.537-0.24) =74250 元。循环流化床锅炉运行周期短, 3 台锅炉平均每年有十几次启停, 一年下来光从倒购电一项为公司节省近百万元的经济效益。在收益经济效益的同时也提高了向化工区供汽的安全可靠性和锅炉自身运行的安全性。

摘要：针对循环流化床锅炉启动后因循环灰量太少无法快速带起负荷的问题进行分析, 对流化床锅炉优化启动和启动初期运行调整提出建议, 并采取措施缩短启动到带满负荷的时间, 提高流化床锅炉运行机动性, 达到提高电厂锅炉运行的安全性、经济性和环保性。

关键词：循环灰,返料器,旋风分离器,循环流化床

参考文献

[1] 刘德昌, 阎维平.循环流化床燃烧技术[M].中国电力出版社, 1995.

[2] 党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行[M].中国电力出版社, 2008.