淺析循環(huán)流化床鍋爐灰渣中殘?zhí)苛扛叩脑?/h1>

2010-09-16 08:29:08王偉

化工設(shè)計通訊訂閱 2010年3期 收藏

關(guān)鍵詞：殘?zhí)?/a>灰渣煤種

王 偉

(新奧集團(tuán)新能鳳凰(滕州)能源有限公司,山東滕州 277500)

淺析循環(huán)流化床鍋爐灰渣中殘?zhí)苛扛叩脑?/p>

王 偉

(新奧集團(tuán)新能鳳凰(滕州)能源有限公司,山東滕州 277500)

針對某省煤化集團(tuán)大型化工企業(yè)循環(huán)流化床鍋爐運行過程中出現(xiàn)灰渣中殘?zhí)苛扛叩膯栴}進(jìn)行詳細(xì)地分析,介紹了通過控制與調(diào)整燃燒來降低殘?zhí)苛康奶幚斫?jīng)驗,以及實際操作注意事項,以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)運行管理與操作水平的目的。

循環(huán)流化床鍋爐;灰渣;殘?zhí)亢?控制;調(diào)整;燃燒;原因

0 引 言

近年來中國投資大型化工企業(yè)建設(shè)發(fā)展迅速,鍋爐為化工裝置提供動力蒸汽,其經(jīng)濟(jì)運行非常重要。某省煤化集團(tuán)公司年產(chǎn)52萬噸尿素的大化集團(tuán)公司,由于天然氣短缺和漲價,2001年4月公司決定用煤替代天然氣,籌建循環(huán)流化床鍋爐,來緩解天然氣供求矛盾,自鍋爐建成投產(chǎn)以來,運行基本穩(wěn)定,由于對循環(huán)流化床鍋爐燃燒規(guī)律掌握不夠,缺乏優(yōu)化控制運行經(jīng)驗,曾長期出現(xiàn)灰中渣殘?zhí)苛?渣中殘?zhí)?%～16%,灰中殘?zhí)恳恢痹?8%～28%之間)過高的現(xiàn)象,造成鍋爐熱效率下降,運行很不經(jīng)濟(jì)。

為此通過技術(shù)人員不斷努力消化吸收循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù),結(jié)合長期實際運行的工況進(jìn)行分析,合理控制與調(diào)整燃燒,摸索總結(jié)操作經(jīng)驗,來降低灰渣中的殘?zhí)己俊?/p>

1 鍋爐設(shè)備流程介紹

1.1 燃燒、煙氣系統(tǒng)流程簡介

鍋爐大部分的一次風(fēng)作為流化風(fēng)通過布風(fēng)板給入爐膛,小部分的一次風(fēng)一部分作為給煤機(jī)的加壓密封風(fēng)和播煤風(fēng);高壓返料風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量大部分作為返料風(fēng),小部分作為送煤風(fēng);二次風(fēng)通過爐膛床層上部三排的21個風(fēng)咀供入。爐膛采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu),高溫?zé)煔鈯A帶部分顆粒由爐膛出口進(jìn)入2個高溫旋風(fēng)分離器,分離下來的顆粒經(jīng)過典型的L型回料閥送回爐膛,熱煙氣夾帶少量細(xì)顆粒進(jìn)入尾部煙道,水平煙道內(nèi)布置著高溫過熱器,尾部豎井煙道內(nèi)從上到下依次布置懸吊管、低溫過熱器、省煤器和二級、一級空氣預(yù)熱器。預(yù)熱器出口煙氣經(jīng)過除塵器除去飛灰顆粒,再經(jīng)過引風(fēng)機(jī)排入大氣。

1.2 汽水系統(tǒng)流程簡介

供水車間(40℃)的脫鹽水→除氧器(104℃)→省煤器(320℃)→汽包(330℃飽和水)→下降管→下集箱→水冷壁(飽和水、汽)→上集箱→汽包(汽)→過熱屏→汽冷高溫旋風(fēng)分離器→一級減溫減壓器(440℃)→低溫過熱器→二級減溫減壓器(480℃)→高溫過熱器→蒸汽母管向外供高壓蒸汽(11.5MPa、540℃)。

2 分析運行工況優(yōu)化調(diào)整試驗參數(shù)及結(jié)果

燃燒調(diào)整試驗以鍋爐常用工況為基礎(chǔ),測定不同負(fù)荷、過剩氧量、床壓、床溫等運行參數(shù)和煤質(zhì)特性對燃燒效率及灰渣中殘?zhí)苛康挠绊?找出相互作用的規(guī)律或趨勢。由于該公司鍋爐主要是供汽,熱負(fù)荷波動較大,再加上入爐煤質(zhì)波動較大,粒度不符合要求、風(fēng)量表選型不當(dāng)造成風(fēng)量不準(zhǔn),風(fēng)量數(shù)據(jù)用風(fēng)機(jī)電流代替而使風(fēng)量調(diào)整受限。受分析條件限制,燃料煤的粒徑篩分?jǐn)?shù)據(jù)未做,排渣中殘?zhí)亢孔鼍唧w分析,定期分析時均在7%～16%范圍,此次計算時均按設(shè)計2%進(jìn)行計算,這些對于燃燒調(diào)整和結(jié)果分析均有一定影響。設(shè)計數(shù)據(jù)和燃燒調(diào)整試驗主要數(shù)據(jù)及結(jié)果見表1和表2。其中工況9和工況10用的是山西優(yōu)質(zhì)煤,其余是鶴壁煤。

表1 設(shè)計煤種主要成分表

表2 試驗數(shù)據(jù)表

3 根據(jù)試驗結(jié)果分析原因

3.1 排煙氧量的原因

灰中殘?zhí)亢颗c排煙氧量的關(guān)系見圖1。由1圖可知,當(dāng)排煙氧量增加時,灰中殘?zhí)亢拷档汀＿@是由于當(dāng)排煙氧量增加時,爐內(nèi)氧濃度相應(yīng)提高,有利于煤的燃盡,使灰中殘?zhí)亢肯陆?。圖2為鍋爐燃燒效率與排煙氧量的關(guān)系曲線,表明隨著排煙氧量增加,燃燒效率上升。但排煙氧量過大會增加排煙熱損失(q2),應(yīng)綜合考慮不致使排煙熱損失過度增大的前提下,適當(dāng)提高過剩氧量。大化動力廠CFB鍋爐在運行時,因風(fēng)量表不準(zhǔn),為確保流化良好,一次風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度較大,造成二次風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度較小,風(fēng)壓都在5kPa以下,由于壓頭低,二次風(fēng)的穿透深度和擾動能力差,燃燒室中、上部的核心區(qū)域氧量低甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)氧區(qū),燃燒不充分。

圖1 排煙氧量與灰中殘?zhí)己筷P(guān)系圖

圖2 鍋爐燃燒效率與排煙氧量的關(guān)系曲線

從爐內(nèi)燃燒情況及試驗結(jié)果分析,爐內(nèi)處于缺氧燃燒狀態(tài),這是目前灰渣中殘?zhí)亢枯^高的原因之一。

3.2 床壓的原因

試驗期間冷渣器采取連續(xù)排渣,控制好床壓,圖3為在負(fù)荷85%左右時,灰中殘?zhí)亢颗c床壓的關(guān)系曲線,因測量范圍較小,只作為參考。隨著床壓升高,灰渣中殘?zhí)亢吭黾由?床壓升高到一定程度后灰渣中殘?zhí)亢坑珠_始有所降低。床壓的大小間接表明了爐內(nèi)床層的高低,在一定流化風(fēng)速下,床壓低時物料燃燒較充分,床壓升高后爐膛內(nèi)床層相對增高,爐內(nèi)物料濃度增大,燃燒效率下降,灰渣中殘?zhí)亢可?繼續(xù)升高床壓后,由于使得隨流化風(fēng)從爐底向上運動的細(xì)小煤粒與床料碰撞的幾率增大,難以飛出爐膛,這就延長了細(xì)小顆粒在爐內(nèi)停留時間,提高其燃盡度。運行中在綜合考慮其它因素(如床層良好流化、煤質(zhì)、煙氣氧量、一二次風(fēng)配比、合理的風(fēng)機(jī)電耗)的前提下,控制一適當(dāng)運行床壓,以降低灰渣中殘?zhí)亢俊?/p>

3.3 煤質(zhì)的原因

由于廠內(nèi)可供選擇的煤種有限,試驗煤種不多,但對比效果很好。由表1見,試驗期間燃煤有兩種。一種是山西煤,高熱值、低揮發(fā)分、灰分偏低:Qnet.ar=26 835～23 237kJ/kg;w(Vard)=8.0%～10%。第二種煤為鶴壁煤,熱值偏低,揮發(fā)分稍高、灰分高:Qnet.ar=22 819～14 833kJ/kg;w(Vard)=10%～13%。這兩種煤均屬于低反應(yīng)能力的貧煤,其是第二種煤,熱值不高,揮發(fā)分稍高但灰分高,影響燃燒,加大了對鍋爐換熱面的磨損。第一種煤揮發(fā)分低,熱值高,接近無煙煤,是一種非常難以燃盡的煤種,但相對前一種煤更接近鍋爐設(shè)計的煤種。

圖3 床壓與灰中殘?zhí)己筷P(guān)系圖

要降低灰渣中殘?zhí)亢?提高鍋爐效率,應(yīng)盡可能采用高熱值、高揮發(fā)分的煤種,但也需綜合考慮有關(guān)因素,如燃燒、煤價、運費等,這樣才能使?fàn)I運方式更加合理。

燃煤的粒度分布對燃燒和傳熱也起很大影響,因分析條件受限,未進(jìn)行粒度分析,從給煤機(jī)入口檢查和鍋爐排渣情況看,入爐煤中存在相當(dāng)多的細(xì)位徑顆粒和較大的粗顆粒,中位徑(X50)(2mm)的較少。由于本廠上煤系統(tǒng)采取一級破碎,加之所用煤雜質(zhì)較多,使得入爐煤的粒度不符合設(shè)計要求,一方面存在粒度很大的顆粒,嚴(yán)重影響鍋爐的正常流化和安全運行。另一方面入爐煤中細(xì)顆粒組分偏高,操作中因防大顆粒造成流化不好而加大流化風(fēng)量后,造成風(fēng)速過大,細(xì)顆粒煤在爐膛內(nèi)停留時間縮短,未燃燒完就會被帶出爐膛,使灰渣中殘?zhí)亢可?還易出現(xiàn)爐膛水冷壁管磨損等問題。

由表2可看出采用山西煤,在一、二次風(fēng)量適當(dāng)調(diào)整后,灰渣中殘?zhí)亢肯陆?燃燒效率接近設(shè)計值,效果顯著。說明采用鍋爐設(shè)計煤種或相近的煤種時,燃燒效果較好。

3.4 床溫的原因

床溫是CFB鍋爐的重要運行參數(shù),從有利于燃燒的角度看,提高床溫是有益的。因為逃離分離器的細(xì)顆粒(飛灰)帶走的未燃燒損失是由反應(yīng)動力控制的,提高燃燒溫度可縮短燃盡時間從而降低灰渣中殘?zhí)亢俊Ｒ虼藢τ陔y燃燒煤種,可適當(dāng)考慮提高床溫以保證燃燒穩(wěn)定與減少固體未燃燒損失。當(dāng)然要控制床溫低于煤的變形溫度100～200℃以防止結(jié)焦,還要考慮脫硫反應(yīng)的最佳溫度(850℃左右),因此床溫不宜超過950℃。

3.5負(fù)荷的原因

由圖4可以看出,飛灰可燃物含量隨著鍋爐負(fù)荷升高而升高,特別是高負(fù)荷時。分析原因主要是使用煤種與鍋爐原設(shè)計煤種相差較大,發(fā)熱量較低,隨著負(fù)荷升高所用煤量超過鍋爐的設(shè)計給煤量,滿負(fù)荷時超過原設(shè)計給煤量的40%,這樣就造成煤在爐膛內(nèi)沒有足夠的空間充分燃燒,對于燃燒速度控制的動力和擴(kuò)散兩方面都有影響,造成碳粒在爐膛內(nèi)不能完全燃燒,灰渣中殘?zhí)亢可摺?/p>

圖4 負(fù)荷與灰渣中殘?zhí)苛筷P(guān)系圖

3.6 旋風(fēng)分離器效率的原因

分離器效率變化對爐膛床料粒度、底渣粒度、燃料停留時間、飛灰和底渣排出比例產(chǎn)生影響。提高分離效率,使更多的細(xì)顆粒被收集送回爐膛循環(huán)燃燒,增加細(xì)顆粒在燃燒室內(nèi)的停留時間,降低飛灰可燃物含量,提高燃燒效率。本廠的旋風(fēng)分離器分離效率較差,這也會造成灰中殘?zhí)亢可摺?/p>

4 運行處理經(jīng)驗及預(yù)防措施

1)當(dāng)排煙氧量增加,灰渣中殘?zhí)亢拷档?燃燒效率上升。綜合考慮不致使排煙熱損失過度增大的前提下,適當(dāng)提高過剩氧量。推薦的排煙氧量控制值如下:5.0%(85%MCR);5.5%(65%MCR);6.0%(50%MCR)。二次風(fēng)風(fēng)壓低的問題,建議對測風(fēng)流量計進(jìn)行改換,確保降低一次風(fēng)量,增加二次風(fēng)量,但又不至引起床層結(jié)焦,另外可將三排風(fēng)咀關(guān)掉一排以增加二次風(fēng)的風(fēng)壓。

2)隨著床壓升高,灰渣中殘?zhí)亢坑幸?guī)律的上升和下降。運行中在綜合考慮其他因素(如合理的風(fēng)機(jī)電耗、煤質(zhì)、安全)的前提下,可適當(dāng)控制床壓在8.0～8.5kPa范圍,以降低灰渣中殘?zhí)亢俊?/p>

3)灰渣中殘?zhí)亢扛悍N也有很大關(guān)系。該大化動力廠CFB鍋爐主要燒鶴壁煤,揮發(fā)分在12%左右,但灰分含量高,平均在30%以上,跟設(shè)計煤種相差較大,造成燃燒不好,特別是高負(fù)荷時。要降低飛灰可燃物應(yīng)盡可能采用鍋爐設(shè)計的煤種,但也需綜合考慮各有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素,如:返料溫度、結(jié)焦的危險、運行成本、檢修周期及費用、煤價及運費等。要嚴(yán)格控制入爐煤粒度<13mm,煤的粒度分布也要符合要求,這樣也可以使得一、二次風(fēng)的配比得到更有效的優(yōu)化,達(dá)到節(jié)能降耗的目的。為此,需要加強(qiáng)燃料設(shè)備維護(hù),當(dāng)破碎機(jī)篩板、環(huán)錘磨損超標(biāo)時應(yīng)及時維修或更換。

4)對于難燃煤種,適當(dāng)提高床溫可以降低飛灰可燃物。當(dāng)然要綜合考慮脫硫反應(yīng)的最佳溫度和煤的變形溫度等,床溫的控制不宜超過950℃。

5)提高旋風(fēng)分離器的效率,降低飛灰可燃物含量。將入口煙道縮口適當(dāng)提高分離器進(jìn)口風(fēng)速,適當(dāng)加長中心筒長度都可以提高分離器效率。

5 結(jié) 語

總上所述,影響鍋爐熱效率的主要因素為排煙熱損失和固體未完全燃燒熱損失,減少固體未完全燃燒損失主要通過降低灰渣中殘?zhí)亢縼韺崿F(xiàn)。該公司動力廠CFB鍋爐設(shè)計固體未完全燃燒損失為2.52%,實際在5%左右。因此優(yōu)化鍋爐運行方式,降低灰渣中殘?zhí)亢?對提高鍋爐的熱效率和經(jīng)濟(jì)運行很有必要。積極消化循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù),不斷總結(jié)摸索運行操作經(jīng)驗,只有總結(jié)和積累才能提高,希望能對管理人員和運行人員有所幫助。

Discussion on High Residual Carbon Content in Boiler Ash For Recirculating Fluidized Bed Boiler

WANG Wei
(Xin′ao Group New to Phoenix(Tengzhou)Energy Co.,Ltd,Tengzhou277500,China)

This article analyzes the reason for high residual carbon content in boiler ash for recirculation fluidized bed boiler.It can be controlled by adjusting the burning.

recirculating fluidized bed boiler;residual carbon

TK229.66

A

1003-6490(2010)03-0038-04

2010-03-25

王 偉(1976-),男,工程師,畢業(yè)于河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)工業(yè)職業(yè)學(xué)院,負(fù)責(zé)動力技術(shù)管理工作,從事13年一線化工生產(chǎn)管理(9年循環(huán)流化床鍋爐、汽輪機(jī)技術(shù)管理經(jīng)驗)工作。聯(lián)系電話:0632-2225092

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