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    我国大型CFB锅炉的现状分析及其对我省CFB锅炉大型化发展的启示

    栏目:综合论述 发布时间:2018-08-22

    前言

    循环流化床(CFB)锅炉是一种新型的洁净燃烧设备,被认为是燃烧福建无烟煤的最佳炉型,近年来在我省的应用得到了迅速发展,已投运有60多台,总蒸发量达 6000 t/h。目前,CFB锅炉在福建省内的应用正往大型化方向迅速发展,最大已投运的CFB锅炉容量已达440t/h,拟建的大中型CFB锅炉(单台蒸发量大于220t/h)有近10台,总蒸发量超过了4000t/h。在这种形势下,分析我国当前投运大型循环床锅炉运行中存在的问题及其处理办法,对于我省CFB锅炉的大型化应用和安全高效运行,显然有重要的借鉴意义。

    锅炉特点及运行中存在问题

    1.1  目前已投运大型循环床锅炉的特点

    目前已投运的大型循环流化床锅炉具有以下一些共同设计和运行特点:

    1)大多采用单汽包、自然循环和中间再热汽水系统;

    2)基本采用了膜式水冷壁;

    3)采用了大直径钟罩式风帽。采用大直径钟罩式风帽有以下几个优点:可防止灰渣落入风室;可避免因风帽小而出现堵塞的现象;有利于减少风帽顶部结焦。

    4)分离器大多采用高温绝热旋风分离器或汽冷式旋风分离器;

    5)大多采用了床上和床下联合启动的点火方式。采用床上和床下联合启动点火,有利于加快锅炉启动速度,缩短启动时间,节约启动耗油。

    1.2  目前已投运大型循环床锅炉运行中存在的问题

    据报道,目前已投运的大型循环流化床锅炉在运行中存在的问题主要出现在输煤系统、给煤系统、灰渣系统以及运行中的磨损等几方面。

    1)输煤系统。对于采用皮带输送煤系统,如江西分宜电厂,在皮带输送机落煤管、碎煤机进出口落煤管、以及落煤管三通处经?;?,导致堵煤;同时,由于除铁器数量不够,在输煤过程中埋在煤中下部的铁件往往无法及时除去,也导致了给煤机下部的旋转回料阀经??ㄗ?。对于采用刮板给煤系统,如华能白扬河电厂,在设计中一般安排有粗细两级破碎机,但运行中出现过由于原煤中含较多石块,而细碎机对较大石块的破碎力有限,使得入炉煤中带进较多大石块而影响了锅炉的正常运行;同时,由于石块磨损厉害、导致细碎机锤头频繁更换,也影响了锅炉正常生产?;褂?,由于二级破碎机容积较大,给煤量只占其容积一半左右,使得二级破碎机内有一半是空气,几乎成了鼓风机。另外,有些电厂还出现过筛煤机运行可靠性差和管带机入口入料堵塞等问题。

    2) 给煤系统。以江西分宜电厂为例,给煤系统出现的问题主要有:(a)原煤仓中下煤不畅;(b) 当煤的水份偏大时,旋转给料阀经常发生叶轮严重积灰现象;(c) 旋转给料阀的叶轮轴套被设计安装在阀体内部,细煤粒极易串入其内,造成轴套因磨损发热而烧坏;(d) 给煤机在运行过程中经常出现漂链等现象。此外,有些电厂(如华能白扬河、连州电厂、东糖集团、济宁运河等)还出现过给煤量控制困难、给煤分配不均匀、可调性差,炉内高温烟气反串、煤在斜腿内提前燃烧,给煤口磨损,给煤机堵灰等问题。

    3)灰渣系统。目前,国内已投运的大型CFB锅炉运行中存在的主要共性问题在冷渣器方面:排渣不畅、经常结焦而出现堵渣、回风温度远远高于设计值、进渣管道上金属膨胀节变形损坏、输渣管道磨损严重,等等;此外,有些电厂的锅炉在运行中还发生过炉膛出口电动闸阀经??ㄋ赖认窒?;

    4  磨损。磨损主要集中发生在布风装置和水冷壁管等部位。布风装置的磨损存在有以下两种情况:一种是风帽的磨损,其中最严重的区域发生在循环物料回料口附近;另一种是风帽小孔的扩大,这类磨损改变了布风特性,同时还造成固体物料回漏至风室,对锅炉的正常运行有较大的破坏。水冷壁的磨损不仅发生在密相区,而且在上部迎风侧部位也非常明显;此外,炉膛出口下部水冷壁和双面屏顶部以及炉膛斜顶棚处也存在有严重磨损。根据目前的实际运行情况,炉内水冷壁的磨损可归为4类:炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损;炉膛四个角落区域管壁的磨损;一般水冷壁管的磨损;不规则区域管壁(含下二次风喷口处)的磨损等。

    目前国内大型CFB锅炉存在问题的解决方案及其对我省CFB锅炉大型化发展的启示

    2.1  目前国内大型循环床锅炉存在问题的解决方案

    目前,国内关于输煤系统运行中存在的问题,不同企业有不同的解决方案:对于采用皮带输送的分宜电厂,采取了在落煤管部位加装仓壁振动器定期进行振打和在皮带输送机头部加装除铁器等措施以解决堵煤问题;而对于采用刮板给煤的华能白扬河电厂,则是把两级破碎机全部拆除,采用国产立轴单级破碎机并加装四级螺旋滚轴筛来加以解决。宜宾发电有限责任公司通过取消筛煤机,在一、二级破碎机之间采用落煤管直接连通、并在二级破碎机出口处加装吸尘管等办法也解决了运行过程中的输煤问题,改造后运行情况良好。

    在给煤系统方面,分宜电厂通过把原煤仓下部圆形锥形斗改造成前后不对称的方形锥斗,并在锥斗前后两侧内壁安装板式振动器等措施解决了下煤不畅问题;通过减少旋转给料阀的叶片,并增设一股吹扫风来解决旋转给料阀叶轮积灰问题;通过把旋转给料阀的轴套从阀体内移改到阀体外部而?;ち酥崽?;通过在给煤机中部安装一弹性扰动装置解决了其漂链问题?;馨籽锖拥绯ü诟赫迕糯游恢梅览〗饩隽舜嬖诮铣な奔涞母翰痪侍?。连州发电厂通过采用给煤口两侧45度进入落煤管、并沿落煤管向下吹风等措施防止了高温烟气反串的现象;济宁运河电厂通过把锅炉煤仓的分叉处以下由方形结构改为圆形结构,并在其内贴高分子PST板和加装疏松机解决了给煤机堵灰问题;东糖公司通过更换原给煤口耐磨材料而解决了给煤口磨损问题。

    在灰渣系统部分,东糖集团公司通过调节风室风量来解决排渣不畅问题?;馨籽锖拥绯ü言缢怖淅湓鞲晃涔鐾彩嚼湓?,并调整流化风量以防止粗渣堆积等措施解决了冷渣器的结焦问题。分宜电厂通过取消进渣管上的电动插杆调门,并将原电动机进渣阀改造为电动插杆调门而解决了炉膛出口电动轧卡死问题;通过改变进入冷渣的水源(改为来自汽机的凝结水,冷渣器水流量可增加56倍),可使冷渣器回风温度达到或低于设计值;通过更换补偿量更大的金属膨胀节来防止其变形损坏。济宁运河电厂则通过降低冷渣器内的中间隔墙板、降低正常排渣口高度、和在冷渣器回风管上增加手动隔绝门等措施解决了堵渣问题??獾绯ü刂迫肼旱牧6群兔褐械氖槭慷饩隽寺牧6群陀捕任侍?,降低了汽耗;通过选用适当的输送系统、降低输渣管内流速、选用耐磨弯头、加强系统运行控制等措施减少了输渣管道的磨损现象。

    在处理运行中的磨损方面:为了减少风帽的磨损,大多数企业在风帽制作上都选用了具有高温下抗氧化和抗变形能力的材料;同时在能够满足风量供给的情况下,把风帽外形做得尽可能小且尽量避免了棱角;还有,在满足方便检修的条件,也大都把风帽体做成为一个整体。在减少密相区水冷壁的磨损方面,不少企业通过采用V 形不锈钢抓钉焊于水冷壁、再敷以不定型耐火耐磨材料的办法来?;に浔诠?;目前也有较多企业采用了氮化硅砖作为耐火材料(在氮化硅砖上留有两个螺栓孔,在挂砖时,用两个螺栓固定砖,砖与水冷壁结合面采用弧形以便于两者的接触,砖与砖之间采用搭接方法相连,挂砖时砖的上下左右之间留有足够的膨胀间隙)来解决密相区水冷壁的磨损问题。在减少稀相区水冷壁的磨损方面,则一般是通过在稀相区内敷设内衬来解决的。经验表明,敷设的内衬越向上,稀相区的防磨损效果越好。另外,为了解决炉膛出口下部水冷壁和炉膛斜顶棚处的磨损,不少企业通过了采取在炉膛出口处敷设有适当的圆弧过渡、并在此处水冷壁管表面喷涂耐磨材料等措施来解决。

     

     

    2.2  对燃烧福建无烟煤CFB锅炉大型化设计运行的启示

    福建无烟煤燃烧性质十分特殊:挥发分含量极低、结构致密、反应性较差、具有强烈的热破碎倾向、难于着火和燃尽等。通过对以上国内目前投运燃烧无烟煤大型CFB锅炉运行中存在问题及处理方案的分析,我们认为,对于以福建无烟煤为燃料的大型CFB锅炉,

    1)宜采用水冷或汽冷旋风分离器。水冷或汽冷分离器不仅可吸收烟气热量,也能有效地吸收物料的热量,使物料在分离器内得到进一步的冷却,阻止了物料在分离器中继续燃烧,可避免循环回路的结焦。这对于以福建无烟煤这种有较强后燃性和较低灰熔点为燃料的CFB锅炉而言是非常重要的;

    2)宜敷设卫燃带。在炉膛密相区至稀相区之间敷设一定高度的耐磨材料作为卫燃带,一方面有利于防止膜式水冷壁的磨损,另一方面也可以提高燃烧室的燃烧强度,有利于福建无烟煤颗粒在炉膛内的燃尽,降低飞灰含碳量。增加卫燃带区域后,膜式水冷壁的蒸发受热面随之减少,为满足工质蒸发吸热的需要,可通过在炉膛出口布置更多蒸发受热面等措施来弥补;

    3)宜采用结合“T”型定向的风帽技术。T”型定向风帽能迅速吹散由于某种原因在炉床内形成的局部高温区,使床温均衡化,同时还能将水冷壁挂焦形成的小焦块迅速吹向排渣口并排出炉外,对床料起到净化作用,有利于防止结渣。由于福建无烟煤灰熔点较低,煤质变动较大,该技术对于解决燃烧福建无烟煤CFB锅炉大型化后可能出现的灰渣问题具有积极意义。

    4)宜采用水冷滚筒式冷渣器。对于目前大多数大型CFB锅炉而言,大多采用了风水联合共冷式冷渣器。但风水共冷冷渣器对炉渣颗粒度要求较高;由于福建无烟煤煤质较脆,入炉煤中细颗粒含量大,且燃烧中有强烈热破碎倾向;加上大多数福建无烟煤属中灰煤且灰熔点较低,从白扬河电厂的经验看,采用水冷滚筒式冷渣器较有利于减少结渣问题。

    目前已投运燃烧无烟煤大型CFB锅炉的主要问题出现在冷渣器。对于以福建无烟煤为燃料的大型CFB锅炉,为防止冷渣系统结焦和堵灰,建议除了采用水冷滚筒式冷渣器外,还应 (a) 使冷渣器的布风板设计向排渣口中心方向有微量倾斜, 以利于较大渣粒向排渣口流动并及时排出, 避免床料堆积而引起结焦;(b)在运行中要根据灰渣量的多少,及时调整进入冷渣器的冷却水量;(c)注意调节好冷渣器风室的风量分配,使每个冷渣室都能形成良好的流化状态;(d)控制好锥形排渣阀的排渣方式和冷渣器大渣排渣阀的排渣方式。

    结语

    经过十多年来的推广,CFB锅炉在福建省内的应用目前正往大型化方向迅速发展。分析我国当前投运大型循环床锅炉运行中存在的问题及其处理办法,对于大型CFB锅炉在福建省应用的优化设计和安全高效运行,具有重要的借鉴意义。

    目前,国内已投产大型CFB锅炉运行中存在的问题主要发生在输煤系统、给煤系统、灰渣系统和运行磨损等方面;其中,冷渣器的结焦、堵渣、排渣不畅等是主要的共性问题。对于燃烧福建无烟煤的大型CFB锅炉,建议采用水冷或汽冷旋风分离器以避免循环回路的结焦,燃烧室敷设卫燃带以利于防止磨损和提高燃尽度,采用结合“T”型定向的风帽技术和采用水冷滚筒式冷渣器以利于解决灰渣系统问题。

     

    文章作者:集美大学机械工程学院 何宏舟 申良坤

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