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      循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)中的問(wèn)題及改進(jìn)措施

      2021-01-04 03:12:46周厚勇
      冶金動(dòng)力 2020年12期
      關(guān)鍵詞:床料油槍床溫

      周厚勇

      (攀鋼發(fā)電廠,四川攀枝花 617000)

      1 背景

      循環(huán)流化床鍋爐(CFB)是一種燃料范圍廣,污染物接近零排放的新型鍋爐。因其燃燒機(jī)理區(qū)別于煤粉爐,在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中,受多方面條件的制約,時(shí)常存在著機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、燃油消耗高及風(fēng)道燃燒器超溫等問(wèn)題。因此,如何更安全經(jīng)濟(jì)的啟爐和帶負(fù)荷,滿(mǎn)足國(guó)家最新節(jié)能降耗的指標(biāo)要求,是值得研究的一個(gè)課程。

      攀鋼發(fā)電廠現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐1 臺(tái),主要承擔(dān)攀鋼主體廠礦生產(chǎn)用電,是攀鋼集團(tuán)整個(gè)生產(chǎn)流程中重要的提供生產(chǎn)能源的單位,設(shè)計(jì)年發(fā)電量13.5億kWh電。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

      2 現(xiàn)狀分析

      循環(huán)流化床燃煤鍋爐是基于循環(huán)流態(tài)化的原理組織煤的燃燒過(guò)程,以攜帶燃料的大量高溫固體顆粒物料的循環(huán)燃燒為主要特征。固體顆粒充滿(mǎn)整個(gè)爐膛,處于懸浮并強(qiáng)烈摻混的燃燒方式,但與常規(guī)煤粉爐中發(fā)生的單純懸浮燃燒過(guò)程相比,顆粒在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)的濃度遠(yuǎn)大于煤粉爐,并且存在顯著的揪粒成閉和床料的顆粒間混,顆粒與氣體間的相對(duì)速度大,這一點(diǎn)顯然與基于氣力輸送方式的煤粉懸浮燃燒過(guò)程完全不同。傳熱模型參見(jiàn)圖1、圖2。

      表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

      圖1 流化形成圖

      圖2 鍋爐物料爐內(nèi)外循環(huán)示意圖

      循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)啟動(dòng),先投運(yùn)床下風(fēng)道燃燒器油槍?zhuān)ㄟ^(guò)控制點(diǎn)火油槍出力及油槍數(shù)量來(lái)控制爐膛床溫升溫速度,當(dāng)床溫升至560 ℃時(shí)開(kāi)始脈沖投煤,視燃煤響應(yīng)速率及床溫變化趨勢(shì),獲得平均床溫和氧量間良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系后,可逐漸降低油槍出力,脈沖增加煤量并保持床溫的穩(wěn)步上升;在平均床溫達(dá)700 ℃以上視燃燒情況,停運(yùn)風(fēng)道燃燒器油槍。

      2018 年2 月~2018 年3 月,機(jī)組進(jìn)行了2 次冷態(tài)啟動(dòng),但因其控制邏輯及燃燒方式的改變,冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),啟動(dòng)效果不理想。(見(jiàn)表2)。

      表2 冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)表

      從目前機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)情況來(lái)看,從點(diǎn)火到投煤燃燒穩(wěn)定退出油槍?zhuān)饕獑?wèn)題有以下幾點(diǎn):

      (1)油槍熄火頻繁,油料燃燒不完全,長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)環(huán)保在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均無(wú)法投入,環(huán)保壓力大;

      (2)床料粒度級(jí)差大,前后墻床層溫度偏差大,導(dǎo)致鍋爐受熱面?zhèn)鳠岵痪鶆?,?yán)重影響鍋爐運(yùn)行安全性。

      (3)鍋爐升溫升壓速度緩慢,風(fēng)道燃燒器壁溫超設(shè)計(jì)值(1 150 ℃),床溫溫升率僅達(dá)到30 ℃/h,距設(shè)計(jì)值(≤100 ℃/h)甚遠(yuǎn),燃油消耗量高、機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),遠(yuǎn)達(dá)不到鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)值。溫升率見(jiàn)圖3。

      圖3 床溫升速率緩慢

      3 問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因

      3.1 啟動(dòng)料層厚度不合理,燃煤粒徑大、小不均勻

      (1)點(diǎn)火初期,鍋爐床料厚度偏于設(shè)計(jì)值上限,床層溫度溫升緩慢,油槍出力隨之增大,導(dǎo)致點(diǎn)火風(fēng)道壁溫瞬時(shí)超溫,運(yùn)行人員采用大風(fēng)量進(jìn)行降溫,隨之造成燃燒上移,床料局部流化不良而分層,導(dǎo)致蓄熱能力降低,投煤初期床層溫度更加不穩(wěn)定,引起鍋爐床溫大幅波動(dòng)或上升緩慢,不易帶負(fù)荷。

      (2)觀察分析初期點(diǎn)火各項(xiàng)數(shù)據(jù),燃煤粒徑d50數(shù)值偏大,鍋爐原料設(shè)計(jì)主要為攀枝花周邊煤矸石,其煤的品質(zhì)差異很大,時(shí)常出現(xiàn)大塊煤矸石與細(xì)料抱團(tuán)粘結(jié)后堵塞碎煤機(jī)的底篦,降低其透料性,亦即降低破碎機(jī)出力,特別是當(dāng)煤粘結(jié)嚴(yán)重時(shí),部分大顆粒通過(guò)旁路大量涌入爐膛,造成爐膛床層壓力偏高;為避免鍋爐啟動(dòng)初期爐膛結(jié)焦,用高壓一次風(fēng)量進(jìn)行強(qiáng)制流化,導(dǎo)致鍋爐燃煤分層,大顆粒在密相區(qū)運(yùn)動(dòng),只有相當(dāng)小一部分顆粒到稀相區(qū),傳熱效果不明顯,床層溫度呈單調(diào)遞減,鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中升溫升壓速度緩慢,投油運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。

      3.2 點(diǎn)火操作不當(dāng),油槍點(diǎn)火困難及不完全

      (1)循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年來(lái)興起的環(huán)保型鍋爐,屬于微正壓爐,區(qū)別于負(fù)壓煤粉爐。鍋爐采用中心回油式油槍?zhuān)ㄟ^(guò)機(jī)組軟邏輯判斷油槍出力正常與否,為最大限度實(shí)現(xiàn)風(fēng)道燃燒器燃燒穩(wěn)定,控制系統(tǒng)捕捉到油槍兩次壓力異常后關(guān)閉油系統(tǒng),導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

      (2)風(fēng)道燃燒器主、副流化風(fēng)量配比不當(dāng),火焰根部脫火或缺氧,造成油槍燃燒時(shí)好時(shí)壞,嚴(yán)重影響燃燒效果甚至頻繁熄火。

      4 解決措施

      4.1 動(dòng)態(tài)調(diào)整一、二次風(fēng)風(fēng)壓,嚴(yán)格控制床料厚度及入爐煤顆粒

      (1)為徹底解決床料厚度偏離設(shè)計(jì)值引起床溫不平衡問(wèn)題,組織各類(lèi)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)機(jī)組點(diǎn)火初期的各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān),分析認(rèn)為,問(wèn)題的解決從運(yùn)行的角度入手,在不影響環(huán)保排放指標(biāo)的條件下,可以改變一、二次風(fēng)量配比,適當(dāng)增加二次風(fēng)壓,降低一次風(fēng)剛性擾動(dòng),保證爐膛橫斷面環(huán)流貧氧區(qū)有充分的氧氣供應(yīng)的同時(shí),嚴(yán)格控制床料厚度在700~800 mm,加速高濃度物料顆粒的傳質(zhì)和載熱過(guò)程,促進(jìn)爐膛內(nèi)部物料的溫度平衡。參見(jiàn)圖4。

      圖4 點(diǎn)火初期爐內(nèi)貧氧區(qū)

      (2)根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)嚴(yán)格控制入廠煤的各種指標(biāo),煤場(chǎng)實(shí)行定制化管理。當(dāng)儲(chǔ)煤量達(dá)到要求時(shí)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷合理安排進(jìn)煤時(shí)間并進(jìn)行劃區(qū)域堆放,嚴(yán)格控制粒度≤10 mm,杜絕因進(jìn)煤干濕程度不一,部分濕煤堵塞破碎系統(tǒng)底篦,降低其透料性,降低破碎機(jī)出力,造成大量粗顆粒通過(guò)旁路涌入爐膛,導(dǎo)致床料厚度偏厚引起床溫不均。

      4.2 油槍改造

      為徹底解決發(fā)電廠原點(diǎn)火系統(tǒng)霧化效果較差,容易出現(xiàn)噴嘴堵塞,冷爐點(diǎn)火時(shí)冒黑煙現(xiàn)象嚴(yán)重,節(jié)能降耗及環(huán)保壓力大的問(wèn)題。將油槍改為壓縮空氣霧化油燃燒器油槍?zhuān)ㄒ?jiàn)圖5),利用流體力學(xué)兩相流理論,將低壓霧化介質(zhì)(壓縮空氣)注入到低壓油里面,在固定的混合腔內(nèi)混合,形成油包氣的特定流態(tài)——?dú)馀萘?,利用氣泡的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、變形,直至在槍頭出口處形成氣泡內(nèi)外壓力差,通過(guò)其壓差使氣泡漲裂霧化燃燒,加之其結(jié)構(gòu)特性,燃燒比較完全。解決了冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),油槍熄火,煙囪冒黑煙現(xiàn)象等問(wèn)題,且大幅降低了節(jié)能降耗及環(huán)保壓力。

      圖5 壓縮空氣霧化油槍

      4.3 強(qiáng)化冷態(tài)啟動(dòng)前期工作

      (1)點(diǎn)火前確認(rèn)油槍燃油壓力、控制邏輯正常,做到風(fēng)量、油壓匹配,確保一次性點(diǎn)火成功。

      (2)熟練掌握冷態(tài)啟動(dòng)的相關(guān)控制邏輯,鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)參數(shù)異常時(shí),運(yùn)行人員安全、快速調(diào)回正常參數(shù),最大限度減小設(shè)備損壞,降低點(diǎn)火成本。

      (3)鍋爐啟動(dòng)初期入爐煤熱值和揮發(fā)份按設(shè)計(jì)值高限配比,嚴(yán)格執(zhí)行脈沖給煤規(guī)定。動(dòng)態(tài)調(diào)整燃油風(fēng)量,根據(jù)氧量將一、二次風(fēng)量調(diào)至最佳比例。

      4.4 煤場(chǎng)實(shí)行定制化管理,控制好入爐煤粒度

      根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)嚴(yán)格控制入廠煤的各種指標(biāo),煤場(chǎng)實(shí)行定制化管理。當(dāng)儲(chǔ)煤量達(dá)到要求時(shí)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷合理安排進(jìn)煤時(shí)間并進(jìn)行劃區(qū)域堆放,杜絕因進(jìn)煤干濕程度不一,部分濕煤不經(jīng)翻曬后進(jìn)入破碎系統(tǒng),導(dǎo)致破損系統(tǒng)底篦堵塞,降低其透料性,亦即降低破碎機(jī)出力,大量粗顆粒通過(guò)旁路涌入爐膛。入爐煤粒度優(yōu)化后爐內(nèi)溫升率見(jiàn)圖6。

      圖6 風(fēng)量、粒度優(yōu)化、油槍改造后床溫升溫率平穩(wěn)提升

      5 結(jié)論

      循環(huán)流化床鍋爐因其具有煤粉爐無(wú)法比擬的各種優(yōu)點(diǎn),在火電行業(yè)得到了高度的認(rèn)可,但由于受設(shè)計(jì)、安裝、操作等各項(xiàng)因素制約,機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)初期節(jié)能降耗始終不盡人意。通過(guò)對(duì)油槍改造、燃煤粒徑及運(yùn)行方式(床溫優(yōu)化)的調(diào)整,鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)困難的問(wèn)題已基本解決,發(fā)電廠每年啟動(dòng)約3 次左右,每年最少可節(jié)約50 t 以上,合計(jì)節(jié)能降耗成本至少80萬(wàn)以上,節(jié)能及環(huán)保壓力也大幅降低。

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