生物質(zhì)鍋爐流化風(fēng)量測試與控制

劉旭

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省火電建設(shè)公司,湖南長沙 410000)

生物質(zhì)鍋爐流化風(fēng)量測試與控制

劉旭

(中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省火電建設(shè)公司,湖南長沙 410000)

介紹了生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)和料層阻力特性試驗(yàn)方法, 驗(yàn)證了料層阻力計(jì)算公式,并將料層阻力計(jì)算公式引入到DCS中,冷態(tài)試驗(yàn)階段可參考料層阻力確定臨界流化風(fēng)量,在運(yùn)行階段可根據(jù)其準(zhǔn)確判斷料層厚度及流化情況。分析了帶負(fù)荷運(yùn)行階段流化風(fēng)量調(diào)整對(duì)鍋爐燃燒控制與調(diào)整的影響,并結(jié)合調(diào)試階段經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對(duì)同類型鍋爐調(diào)試及運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。

生物質(zhì) 流化風(fēng)量 布風(fēng)板阻力 料層阻力

生物質(zhì)燃料是一種可再生能源，生物質(zhì)發(fā)電是國家能源政策的一個(gè)發(fā)展方向。生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐是近年來迅速發(fā)展的燃燒技術(shù)。武漢凱迪電力股份有限公司近期規(guī)劃的生物質(zhì)電廠約50家，其中由湖南火電負(fù)責(zé)調(diào)試的項(xiàng)目為10家，現(xiàn)已調(diào)試完成并投產(chǎn)了隆回、安仁兩臺(tái)凱迪生物電廠。其鍋爐均為杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)KG120-540/13.34-FSWZ1型循環(huán)流化床鍋爐。臨界流化風(fēng)量實(shí)際為流化床鍋爐安全運(yùn)行的最低一次流化風(fēng)量，是生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)。鍋爐油槍點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，如果確定的臨界流化風(fēng)量過高，則不利于床溫的保持，影響油槍點(diǎn)火的經(jīng)濟(jì)性。在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，流化風(fēng)量過低就不能保證正常的流化，時(shí)間稍長，就有結(jié)渣的危險(xiǎn)。電廠運(yùn)行人員普遍根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用從人孔門觀察的方法確定臨界流化風(fēng)量，存在一定的誤差。下文就如何采用準(zhǔn)確有效的方法確定臨界流化風(fēng)量，如何合理控制熱態(tài)運(yùn)行階段的流化風(fēng)量，結(jié)合調(diào)試過程中的實(shí)際情況進(jìn)行了闡述。

1 臨界流化風(fēng)量的定義

將一部分密度和直徑均相同的圓粒子放在一個(gè)敞口容器中，從底部均勻地加人氣體，隨著氣體流量的增加，顆粒之間的結(jié)合力逐漸減弱。當(dāng)氣體對(duì)顆粒的曳力剛好等于顆粒的重力減去氣體對(duì)它的浮力時(shí)，顆粒就像沒有重量一樣，可以橫向移動(dòng)。此后再增加氣體流速.床層阻力也不再增加，床層只是變得升高些。剛好使床層阻力不再增加的流量為臨界流化風(fēng)量，與此相對(duì)應(yīng)的風(fēng)速稱為臨界流化速度。臨界流化速度除與顆粒的粒度和密度有關(guān)外，還與流體的物性有關(guān)，因此運(yùn)行床溫的變化將直接影響臨界流化速度，而冷態(tài)狀態(tài)下確定出臨界流化速度是計(jì)算和運(yùn)行的根本。

2 臨界流化風(fēng)量的確定

2.1 布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)與分析

2.1.1 布風(fēng)板阻力計(jì)算公式

布風(fēng)板阻力是指布風(fēng)板上無床料時(shí)的空板阻力，它由風(fēng)帽進(jìn)口端的局部阻力、風(fēng)帽通道的摩擦阻力及風(fēng)帽出口阻力組成。由于前兩項(xiàng)阻力之和占布風(fēng)板阻力的比率很小， 因而布風(fēng)板阻力主要由風(fēng)帽出口阻力決定。布風(fēng)板阻力計(jì)算公式如下：

式中Δp-布風(fēng)板阻力，Pa；

QN-DCS顯示的標(biāo)態(tài)流化風(fēng)量，Nm3/h；

A-布風(fēng)板面積，m2；

ξ-風(fēng)帽總阻力系數(shù)；

u-流化風(fēng)速，m/s；

t-流化介質(zhì)溫度，℃。

2.1.2 布風(fēng)板阻特性試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，首先將所有爐門關(guān)閉，撥料風(fēng)、密封風(fēng)門關(guān)閉，排渣門關(guān)閉嚴(yán)密。啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)后，逐漸開大風(fēng)門，緩慢地、平滑地增大風(fēng)量，一直加大到最大風(fēng)量，并且記錄風(fēng)量和風(fēng)室靜壓的數(shù)據(jù)，調(diào)整引風(fēng)機(jī)開度，使?fàn)t膛內(nèi)壓力平衡點(diǎn)處保持零壓，此時(shí)風(fēng)室靜壓就代表布風(fēng)板冷態(tài)空板阻力。通過記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出空板風(fēng)量與壓力關(guān)系的阻力特性曲線。記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)以上記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出一次風(fēng)量與布風(fēng)板阻力特性曲線，同時(shí)把以上試驗(yàn)的每一工況的數(shù)據(jù)代入公式(5)，得到一個(gè)布風(fēng)板的總阻力系數(shù)，最后取各個(gè)工況得到的阻力系數(shù)的平均值。經(jīng)計(jì)算的近似值約為58.018。所以在熱態(tài)下只要有了流化風(fēng)量和流化介質(zhì)的溫度，就可以計(jì)算出布風(fēng)板阻力。分析的特性曲線如圖1所示。

表1 冷態(tài)布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 600mm料層阻力特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 布風(fēng)板阻力特性曲線

圖2 料層阻力特性試驗(yàn)曲線

2.2 料層阻力試驗(yàn)與分析

依據(jù)料層阻力理論計(jì)算公式：料層阻力=風(fēng)室壓力-布風(fēng)板阻力，由于風(fēng)室壓力可由測點(diǎn)直接測得，將公式(5)代入此公式經(jīng)DCS運(yùn)算，可從DCS畫面上直接讀取料層阻力。

在安仁凱迪生物電廠整套啟動(dòng)點(diǎn)火前填加啟動(dòng)床料至靜高600mm，增加一次風(fēng)量，初始階段隨著一次風(fēng)量增加，料層阻力逐漸增大，當(dāng)風(fēng)量超過某一數(shù)值時(shí)，繼續(xù)增大一次風(fēng)量，料層阻力將不再增加，該風(fēng)量值即為臨界流化風(fēng)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

以料層阻力作為曲線的縱座標(biāo)，一次風(fēng)量作為橫座標(biāo)，繪制該料層高度下的料層阻力特性曲線如圖2所示。

由上述料層阻力試驗(yàn)曲線可知，臨界流化風(fēng)量為19600Nm3/h，而凱迪電廠有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員一般通過逐漸增大流化風(fēng)量，再到現(xiàn)場通過眼睛觀察，并用釘耙或鐵棍等物件從人孔門處插入床料中，以物件是否可以一次性插入并接觸到布風(fēng)板或風(fēng)帽來判斷料層是否完全流化，用此種方法確定的臨界流化風(fēng)量約為18500Nm3/h；經(jīng)過多次試驗(yàn)，一般人工確定的臨界流化風(fēng)量略小于試驗(yàn)風(fēng)量，人工觀察比較直觀，但存在一定誤差，可作為參考，為保證鍋爐的安全運(yùn)行，最終確定仍以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

3 流化風(fēng)量的控制與燃燒調(diào)整

燃燒控制與調(diào)整的主要任務(wù)有：鍋爐蒸發(fā)量滿足外界負(fù)荷要求，保持燃燒穩(wěn)定和良好，防止結(jié)焦和熄火事故，提高鍋爐效率，滿足環(huán)保要求，減少飛灰和有關(guān)氣體的排放量等。流化風(fēng)量的控制與燃燒調(diào)整密切相關(guān)，主要體現(xiàn)在對(duì)床溫、床壓及物料循環(huán)倍率等重要參數(shù)的控制。

3.1 床溫調(diào)控

(1)當(dāng)爐膛負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)；①一次風(fēng)量，給料量應(yīng)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，回料量也相對(duì)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。②若出現(xiàn)床溫升高，可適當(dāng)增加一次風(fēng)量，減少給料量。但要注意過熱器蒸汽出口溫度。防止超溫和汽溫低于極限值。床溫回落時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。③若出現(xiàn)床溫降低時(shí)，可適當(dāng)減少一次風(fēng)量，增加給料量，但應(yīng)注意過熱器出口溫度，調(diào)節(jié)減溫水量，床溫上升時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。④若出現(xiàn)床溫大幅度變化，在適當(dāng)調(diào)節(jié)一次風(fēng)量，可大量減少或增加給料量，但應(yīng)注意床溫的變化趨勢，并根據(jù)床溫的變化情況及時(shí)調(diào)節(jié)。(2)如因缺料、料變化或其它原因?qū)е麓矞叵陆禃r(shí)，在保證床層良好流化的前提下，可適當(dāng)減少一次風(fēng)量，并增大給料量。若床溫下降幅度大，應(yīng)適當(dāng)減少一次風(fēng)量，及回料風(fēng)量以減少回料量。(3)若鍋爐負(fù)荷大幅度減少，應(yīng)同時(shí)減少一、二次風(fēng)量，減少給料量。減少一次風(fēng)量時(shí)，應(yīng)注意不能低于最低流化風(fēng)量，應(yīng)保持良好的流化狀態(tài)。若鍋爐負(fù)荷大幅度的增大，應(yīng)增加一、二次風(fēng)量和回料量，增大給料量和循環(huán)灰量。(4)正常燃燒時(shí)，一次風(fēng)應(yīng)占總風(fēng)量的45%，一方面可以保證密相區(qū)的燃燒份額，另一方面使密相區(qū)在還原氧氛中燃燒，減少NOX的排放量。(5)燃料粒徑突然變大，造成密相區(qū)燃燒份額增大，床溫升高。氧量指示無變化，應(yīng)及時(shí)增大一次風(fēng)量，適當(dāng)減少二次風(fēng)量。(6)由于沒有及時(shí)放渣，料層加厚，造成一次風(fēng)量減少，料層差壓增大，床溫升高，應(yīng)放渣處理。(7)料質(zhì)突然變差，這時(shí)爐膛出口溫度，汽溫，床溫有下降趨勢，氧化鋯指示氧量升高，這時(shí)應(yīng)增大給料量，控制床溫。料粒徑突然變小，造成密相區(qū)燃燒份額減少，床溫下降。這時(shí)應(yīng)減少一次風(fēng)量，增加二次風(fēng)量，而不增加給料量，以免引起稀相區(qū)燃燒份額增大，及循環(huán)灰后燃，造成返料器超溫結(jié)焦。(8)運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視床溫，床溫過高時(shí)易結(jié)焦，床溫低時(shí)，容易引起滅火。一般控制在760-850℃之間，最低不應(yīng)低于650℃。當(dāng)床溫升高時(shí)，可開大一次風(fēng)門，減少給料，當(dāng)床溫降低時(shí)，可關(guān)小一次風(fēng)門，增加給料量來控制。

3.2 床壓控制

(1)風(fēng)室壓力為布風(fēng)板阻力與料層阻力之和，在風(fēng)量不變的情況下，風(fēng)室壓力增大，表明料層增厚。(2)循環(huán)流化床鍋爐床壓的調(diào)節(jié)，就是對(duì)料層厚度的調(diào)節(jié)，也就是對(duì)料層差壓的調(diào)節(jié)。(3)運(yùn)行中監(jiān)視料層差壓，可通過爐底放渣控制。正常運(yùn)行中，料層差壓控制在9000Pa左右。(4)當(dāng)料層差壓增大，一次風(fēng)阻力增大揚(yáng)析和夾帶的物料下降，負(fù)荷下降?？煞诺舨糠譅t渣。(5)底部放渣要求均勻，放渣量的多少由料層差壓決定，維持一定的風(fēng)室壓力，通過爐底排渣來實(shí)現(xiàn)風(fēng)室壓力。超過規(guī)定值，應(yīng)增大排渣量，每次排渣時(shí)，風(fēng)室壓力的下降不得超過500Pa。

4 結(jié)語

在安仁凱迪生物質(zhì)電廠冷態(tài)調(diào)試階段通過布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)和料層阻力特性試驗(yàn)，驗(yàn)證了料層阻力理論計(jì)算公式，現(xiàn)已將這個(gè)料層阻力理論計(jì)算公式引入到DCS中，讓運(yùn)行人員可根據(jù)料層差壓估算出料層厚度；在進(jìn)行料層阻力試驗(yàn)時(shí)，通過料層差壓比較準(zhǔn)確的確定臨界流化風(fēng)量；在冷態(tài)油槍點(diǎn)火時(shí)，接近臨界流化風(fēng)量點(diǎn)火，可以減少料層熱量損失，節(jié)約燃油；在整套調(diào)試階段，鍋爐燃燒調(diào)整時(shí)由于流化風(fēng)量調(diào)整及時(shí)、正確，鍋爐未出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，返料及排渣正常，床溫床壓等參數(shù)負(fù)荷設(shè)計(jì)要求，確保了72+24+240h安全穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組平均負(fù)荷率達(dá)95%以上。

[1]李永華,孫陸軍等.生物質(zhì)電廠鍋爐運(yùn)行調(diào)試研究[J].鍋爐技術(shù),2009(4)：71-75.

[2]白兆興.生物質(zhì)鍋爐技術(shù)現(xiàn)狀與存在問題[J].工業(yè)鍋爐,2008(2)：29-32.