中溫分離循環(huán)流化床鍋爐偏燒問題探討

王寒鹿，郭新戰(zhàn)

(呼倫貝爾金新化工有限公司生產(chǎn)運(yùn)營中心，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021506)

XD-240/9.8-M2 型中溫分離循環(huán)流化床鍋爐,由唐山信德鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，為室內(nèi)布置，由前部及尾部兩個豎井煙道組成，前部豎井是爐膛。自下而上依次為一次風(fēng)室、濃相床、懸浮段、一級蒸發(fā)管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發(fā)管及高溫省煤器。在爐膛的錐段部分前后墻布置有二、三次風(fēng)。尾部是尾部受熱面煙道豎井，布置有低溫省煤器及管式空氣預(yù)熱器。鍋爐采用床下點(diǎn)火，分級燃燒，一次風(fēng)率為50%～55%。給煤方式為爐后雙側(cè)給煤，鍋爐共有720個風(fēng)帽。風(fēng)帽形式為鐘罩式，布風(fēng)板面積為 10900 mm×2640 mm。兩側(cè)落煤口距離布風(fēng)板為 2200 mm，鍋爐物料循環(huán)倍率為11。鍋爐主要以燒褐煤為主，并伴有煤泥摻燒、廢氣燃燒(份額很小)。鍋爐給煤機(jī)分A/B兩側(cè)各有兩級進(jìn)行給煤，二級為工頻運(yùn)行，一級為變頻運(yùn)行，操作人員主要通過調(diào)整一級給煤機(jī)頻率以及實(shí)際煤層厚度對鍋爐進(jìn)煤量進(jìn)行調(diào)整。

1 存在問題

運(yùn)行中，鍋爐存在兩側(cè)煙氣氧含量(測點(diǎn)位置為尾部豎井低溫省煤器下方)偏差大的現(xiàn)象。因兩側(cè)煙氣氧含量偏差大，操作人員對給煤量進(jìn)行調(diào)整來平衡氧含量從而導(dǎo)致兩側(cè)給煤量偏差大、床溫兩側(cè)的測點(diǎn)偏差大、兩側(cè)物料循環(huán)不均，爐膛出口溫度(前部豎井第一受熱面下方溫度)偏差大。偏燒概況如下:

1) 正常運(yùn)行過程中，鍋爐給煤機(jī)雙側(cè)給煤運(yùn)行，正常鍋爐負(fù)荷為 240 t/h，兩側(cè)給煤量為 48 t/h。偏燒嚴(yán)重時(shí)，A側(cè)給煤量為 16 t/h，B側(cè)給煤量為 32 t/h，偏差較大。表1為鍋爐穩(wěn)定時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 2018年2月14日3#爐兩側(cè)給煤偏差統(tǒng)計(jì)

2) 由于物料循環(huán)不均，物料循環(huán)密度較大的區(qū)域會造成鍋爐局部受熱面磨損加劇，造成鍋爐受熱管線爆管。詳見表2統(tǒng)計(jì)。

表2 鍋爐受熱管線泄漏統(tǒng)計(jì)

3) 給煤量較大一側(cè)(例如3#爐B側(cè))出現(xiàn)燃料不完全燃燒，增加鍋爐損失。

4) 因兩側(cè)給煤量偏差大，使得兩側(cè)返料量產(chǎn)生偏差。當(dāng)兩側(cè)返料不均時(shí)，則更加劇了兩側(cè)氧含量偏差及床溫的偏差。

5) 因?yàn)閮蓚?cè)煙氣所攜帶熱量不同，導(dǎo)致前部豎井內(nèi)部受熱管線與煙氣接觸不均，鍋爐帶負(fù)荷能力下降。

6) 由于兩側(cè)煙氣量及煙氣物料濃度(塵含量)不同，致使進(jìn)入電除塵系統(tǒng)煙氣濃度分布不均。當(dāng)進(jìn)入單側(cè)總灰量超過氣力輸灰設(shè)計(jì)能力后，導(dǎo)致電除塵除塵效率將會下降，致使進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的塵含量增加，從而影響脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行。

2 原因分析

2.1 風(fēng)量的影響

1)鍋爐A、B兩側(cè)一次風(fēng)流化風(fēng)量不均。鍋爐一次風(fēng)通過一根母管四根支管進(jìn)入到布風(fēng)室，A、B側(cè)各兩根，再通過鐘罩式風(fēng)帽進(jìn)入爐膛。由于風(fēng)帽較多(720個)，鍋爐設(shè)計(jì)布風(fēng)板阻力小，實(shí)際運(yùn)行中各風(fēng)帽的過風(fēng)量存在偏差，致使A、B兩側(cè)風(fēng)量不均，從而導(dǎo)致兩側(cè)總煙氣量不均：煙氣量少的一側(cè)，燃燒量減小，生成鍋爐灰量減小，煙氣物料濃度降低，產(chǎn)生鍋爐輕度偏燒。

2)因A、B兩側(cè)煤量、返料量偏差，使得兩側(cè)煙氣物料濃度、燃燒份額不同。同時(shí)影響一次風(fēng)量及風(fēng)壓也同樣產(chǎn)生偏差。進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)需穿過二次風(fēng)區(qū)煙氣形成一個“屏障”，因兩側(cè)煙氣物料濃度不同，物料濃度高的一側(cè)穿透力較弱，物料濃度低的一側(cè)穿透能力較強(qiáng)，實(shí)際影響燃燒的兩側(cè)二次風(fēng)份額產(chǎn)生偏差；兩側(cè)稀項(xiàng)區(qū)燃燒工況、內(nèi)循環(huán)物料不同，致使床溫偏差增大，導(dǎo)致偏燒現(xiàn)象。

2.2 返灰的影響

鍋爐兩側(cè)物料循環(huán)倍率不同，影響循環(huán)流化床返灰量有以下幾點(diǎn)：

1)旋風(fēng)分離器中心筒高度；2)進(jìn)入旋風(fēng)分離器煙道入口面積；3)煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器的角度及煙氣流速；4)進(jìn)入旋風(fēng)分離器煙氣物料濃度；5)人為返灰量調(diào)整，兩側(cè)返灰流化風(fēng)量不一致；6)煤中灰份含量。

正常運(yùn)行中，鍋爐整體返灰量與給煤量的比例為鍋爐的循環(huán)倍率。當(dāng)鍋爐兩側(cè)返料不均時(shí)，造成鍋爐內(nèi)部A、B兩側(cè)物料循環(huán)倍率不同。返灰多的一側(cè)則需要加入更多的煤量，返灰少的一側(cè)則因溫度、氧含量限制只能加入較少煤量，導(dǎo)致鍋爐兩側(cè)偏燒。

另外,返料裝置內(nèi)風(fēng)帽存在堵塞現(xiàn)象，或者返料器內(nèi)耐火磚脫落堵塞風(fēng)帽，致使返料器內(nèi)物料流化不良，使返料不通暢從而影響兩側(cè)返料量不同，使得鍋爐產(chǎn)生偏燒現(xiàn)象。

2.3 煤的影響

1)人為調(diào)整加煤量對鍋爐兩側(cè)燃燒的影響。當(dāng)鍋爐兩側(cè)氧含量有偏差時(shí)，人為調(diào)整負(fù)荷過程中會對煙氣氧含量高的一側(cè)多加煤，煙氣氧含量低的一側(cè)少加煤，氧含量的偏差是兩側(cè)返灰不均造成的。當(dāng)兩側(cè)給煤一致時(shí)，返灰多的一側(cè)煙氣氧含量會偏高；當(dāng)操作加大給煤量時(shí)，因物料濃度增加，會使返灰量進(jìn)一步增多。如不調(diào)整返灰量，就會使兩側(cè)進(jìn)入惡性循環(huán)，氧含量高的一側(cè)進(jìn)煤量越來越多，氧含量低的一側(cè)進(jìn)灰量越來越少，從而導(dǎo)致鍋爐偏燒。

2)進(jìn)入爐膛的兩側(cè)給煤機(jī)的燃料粒度粒徑偏差的影響。當(dāng)兩側(cè)給煤機(jī)給煤粒徑偏差較大或煤質(zhì)不同時(shí)，燃料進(jìn)入爐膛后燃料燃燒時(shí)間及爐內(nèi)局部燃燒份額不同，使得爐膛內(nèi)A、B兩側(cè)燃燒系統(tǒng)床溫產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致鍋爐偏燒現(xiàn)象。

3 解決建議

1) 通過改變風(fēng)帽個數(shù)及風(fēng)帽形式，增加鍋爐布風(fēng)板阻力，保證布風(fēng)板出風(fēng)均勻性，盡量均衡兩側(cè)風(fēng)量。目前，鍋爐布風(fēng)板面積為 10900 mm×2640 mm，風(fēng)帽為720個。流化床鍋爐布風(fēng)板風(fēng)帽布置越多，流化越不均勻。正常流化床鍋爐設(shè)計(jì)風(fēng)帽9～25個/m2，最多不超過30個/m2。根據(jù)煤質(zhì)、物料流速、風(fēng)帽形式，計(jì)算開孔率、優(yōu)化布風(fēng)板阻力，對布風(fēng)板風(fēng)帽重新設(shè)計(jì)來調(diào)整流化風(fēng)量的不均勻性。

2) 改變布風(fēng)板下布風(fēng)室格式，布風(fēng)室中間增加隔離板，隔離A、B兩側(cè)風(fēng)室，使得兩側(cè)風(fēng)室分開供風(fēng)，主控人員可通過調(diào)整兩側(cè)一次風(fēng)擋板，監(jiān)視兩側(cè)風(fēng)室風(fēng)壓，使兩側(cè)出力風(fēng)量一致。

3) 在兩側(cè)風(fēng)量調(diào)整一致后，調(diào)整兩側(cè)均衡給煤，記錄運(yùn)行中兩側(cè)氧含量偏差變化，在鍋爐停運(yùn)后對分離器內(nèi)存灰檢查，對旋風(fēng)分離器進(jìn)行優(yōu)化改造。分別調(diào)整中心筒高度及入口橫截面積，保證兩側(cè)旋風(fēng)分離器在煙氣量及煙氣濃度一定的情況下，分離器效率一致，從而減小A、B兩側(cè)循環(huán)倍率偏差，減小鍋爐兩側(cè)燃燒偏差。3#鍋爐經(jīng)過兩次調(diào)整將分離器中心筒長度從 3240 mm，縮短到 2590 mm 后，進(jìn)入爐膛返灰量明顯增大，但停爐實(shí)際檢查鍋爐兩側(cè)旋風(fēng)分離器存灰量并不一樣，可根據(jù)實(shí)際存灰量判斷分離效率對中心筒長度進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

4) 做落煤管落料實(shí)驗(yàn)。鍋爐落煤管是通過兩側(cè)各一根母管分支成4根支管進(jìn)入爐膛。在鍋爐檢修完上床料時(shí)，人進(jìn)入爐膛，分別觀察兩側(cè)落煤是否是均勻從兩個支管落料，防止因兩側(cè)落料偏差過大，造成鍋爐密項(xiàng)區(qū)局部偏燒。

5) 鍋爐正常運(yùn)行中，調(diào)整思路優(yōu)化。首先，主控人員應(yīng)盡量均衡兩側(cè)給煤的總量。當(dāng)鍋爐兩側(cè)氧含量產(chǎn)生偏差時(shí)，應(yīng)平衡爐內(nèi)兩側(cè)溫度及實(shí)際兩側(cè)入爐燃料量。調(diào)節(jié)單側(cè)給煤不可過大，在控制兩側(cè)氧含量2%～5%。其次在單側(cè)床溫及爐膛出口溫度不超 950 ℃ 的工況下，盡量平衡兩側(cè)給煤量，待氧含量偏差波動逐步自動消除。

6) 鍋爐返灰方式調(diào)整。因鍋爐屬于中溫分離，下料立管會存灰。運(yùn)行中，主控人員通過調(diào)整返灰風(fēng)母管壓力，達(dá)到調(diào)整進(jìn)入爐膛總返灰量的目的。返料裝置屬于布風(fēng)板鐘罩式流化返料方式。因返料裝置造成的兩側(cè)返料不均原因有很多：進(jìn)入兩側(cè)返料裝置實(shí)際返料風(fēng)量不同；調(diào)整風(fēng)量較低時(shí)，因存灰不同，兩側(cè)返料室風(fēng)帽流化狀態(tài)不一樣，造成兩側(cè)返料不均勻。

結(jié)合上述綜合原因，建議將返料方式更改為：將兩個返料裝置合并為一個返料裝置(如圖1，改造后這樣返料形式灰量不受旋風(fēng)分離器分離效率制約)，并在返灰進(jìn)入給煤機(jī)管道前增加卸料閥，調(diào)整流化風(fēng)壓力稍高且穩(wěn)定(保證返料裝置足夠流化)；通過調(diào)整卸料閥開度，從而調(diào)整進(jìn)入二級給煤機(jī)兩側(cè)灰量一致，減小A、B兩側(cè)物料循環(huán)偏差，消除偏燒現(xiàn)象。

圖1 改造試圖

7) 鍋爐正常運(yùn)行中，維持A、B兩側(cè)均勻排渣。操作過程中做到少量排，勤排放，保證鍋爐內(nèi)部床料的有效置換；確保物料顆粒在床上均勻分配，密項(xiàng)區(qū)內(nèi)一次風(fēng)流化及燃燒均勻，減少床上燃燒偏差。

8) 控制給煤粒度。保證給煤顆粒度不能相差太大，同時(shí)保證兩側(cè)給煤量一致，從而使?fàn)t內(nèi)物料分布均勻，達(dá)到爐內(nèi)燃燒均衡再而影響到A、B兩側(cè)返灰量的平衡，最終達(dá)到減小偏燒甚至消除偏燒的目的。

9) 通過規(guī)范操作人員的操作。在鍋爐運(yùn)行過程中，操作人員應(yīng)避免鍋爐負(fù)荷大幅調(diào)整波動，在加減負(fù)荷時(shí)應(yīng)按規(guī)程操作，減少給煤量及風(fēng)量大幅調(diào)整造成的鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定。

4 總結(jié)

1) 減少鍋爐偏燒工況，可減小鍋爐內(nèi)受熱面磨損程度。在鍋爐內(nèi)部A、B兩側(cè)物料不一致的情況下，造成了物料濃度高、煙氣量大的一側(cè)受熱管線(埋管、蒸發(fā)管管線)磨損嚴(yán)重。當(dāng)鍋爐負(fù)荷不變時(shí)，調(diào)整保持兩側(cè)物料循環(huán)倍率，以及減小煙氣量偏差，是保證鍋爐長周期運(yùn)行的必要條件。

2) 減小鍋爐偏燒，能使鍋爐帶負(fù)荷能力提升。爐膛內(nèi)部，前、后豎井內(nèi)受熱管線為均勻布置，在物料循環(huán)不均、煙氣量偏差較大時(shí)，會影響鍋爐內(nèi)部煙氣對流換熱，影響受熱管線內(nèi)介質(zhì)吸收熱量，從而導(dǎo)致鍋爐整體負(fù)荷下降。

3) 鍋爐偏燒會對換熱管線局部造成管材損傷。當(dāng)單側(cè)煙氣循環(huán)所含熱量過高時(shí)，對單側(cè)受熱管線換熱強(qiáng)度增大，使管線內(nèi)局部介質(zhì)形態(tài)發(fā)生改變(水變成蒸汽)，使得介質(zhì)對管線冷卻程度不夠，造成受熱管線受損，甚至泄漏爆管。

4) 在運(yùn)行中，主控人員根據(jù)兩側(cè)煤質(zhì)及鍋爐氧含量，盡量調(diào)整鍋爐兩側(cè)均衡進(jìn)煤。同時(shí)根據(jù)實(shí)際風(fēng)量及壓差調(diào)整兩側(cè)風(fēng)量一致；根據(jù)床溫偏差及返料風(fēng)室壓力，調(diào)整兩側(cè)返灰量一定；鍋爐排渣時(shí)對兩側(cè)均衡排渣，保證對爐膛內(nèi)床上物料顆粒度的均勻。通過調(diào)整，使得鍋爐運(yùn)行中兩側(cè)物料循環(huán)倍率、煙氣量一致，達(dá)到鍋爐內(nèi)兩側(cè)受熱面均衡傳遞熱量，保證受熱管線內(nèi)介質(zhì)狀態(tài)的穩(wěn)定性，從而增加鍋爐帶負(fù)荷能力及運(yùn)行周期。