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循環流化床鍋爐效率高、汙染低、煤種適應性好

發布時間:2018-01-23  閱讀:1467次
它幾乎可燃用各種品質燃料,如泥煤、煙煤(包括高硫煤)、無煙煤、矸石、焦炭、工業廢料、城市垃圾等。床內直接添加石灰石等脫硫劑,投資小、脫硫效率高(當Ca/S=1.5~2.0時,脫硫效率可達85%~90%)。這種爐型是目前環保節能型電廠的發展方向。當下我國循環流化床鍋爐已進入大型化生產階段,安裝循環流化床鍋爐的坑口電站遍及全國各地。循環流化床燃燒技術是一種新技術,鍋爐結構特殊,燃燒方式與煤粉爐有本質的區別,由於流化床鍋爐發展時間較短,目前運行調整及事故處理技術方麵與煤粉爐相比還有一定差距。本文隻對幾個突出的問題提出討論分析。
 
調試試運:
1. 鍋爐啟動前的冷態試驗目的:
鍋爐燃燒工況的穩定性和經濟性對現代大型火力發電機組安全經濟運行有著至關重要的作用,煤粉爐燃燒工況的優劣在很大程度上取決於燃燒器及爐膛的空氣動力工況。通過冷態空氣動力場試驗基於爐內冷態模化技術理論,可以了解並掌握爐內及燃燒器流動規律,驗證設計及運行方案;對已有運行不正常的燃燒設備,可通過模化或冷爐試驗找出其改正的措施。
循環流化床鍋爐通過冷態試驗可以充分了解鍋爐整體性能,掌握設備運行的基本參數,為熱態運行提供可靠的參考數據。冷態試驗是循環流化床鍋爐順利點火啟動和安全穩定運行的基本保證。
 
2. 冷態試驗的內容:
煤粉爐通過冷態試驗主要確定燃燒係統的配風均勻程度、一二次風的混合情況、四角噴燃器角度及切圓的大小、旋流燃燒器回流區的大小及回流量變化情況、燃燒器的阻力特性;找出合理的運行方式:如低負荷的運行辦法、四角燃燒中缺角運行的影響、停用個別旋流燃燒器的方式等。
循環流化床鍋爐通過冷態試驗主要確定不同風量時的布風板阻力,作出布風板阻力隨風量變化的特性曲線;確定不同料層高度下的臨界流化風量並計算出熱態運行最小風量;檢查布風板布風的均勻性。
另外煤粉爐和流化床鍋爐都要做風量標定試驗,隻是流化床鍋爐對風量準確性的要求更高一些。
 
3. 啟動前的準備:
煤粉爐啟動前需要準備充足合格的除鹽水、足夠的啟動用燃油、爐前煤倉上入足夠的燃煤。流化床鍋爐除需要滿足以上條件外還需向爐內添加一定量的啟動床料(粒度一般要求<8mm),同時對進入爐前煤倉的煤要求粒度<8mm。
 
鍋爐點火:
煤粉鍋爐在啟動中所采取的點火方式是在爐膛內點燃對角油槍,對爐膛內的耐火材料、金屬受熱麵和煙氣直接進行加熱,並隨著耐火材料、金屬受熱麵和煙氣溫度的提高逐漸增加油槍的出力或增加點火油槍的投入數量,使爐膛內的煙氣溫度達到煤粉的著火溫度。隨著煤粉鍋爐容量的不斷增加,點火油槍在爐膛沿高度方向布置的數量也不斷增多。
循環流化床鍋爐的點火一般分為床下點火、床上點火、床上床下聯合點火,床上點火方式的主要優點是設備少,初投資少。缺點是熱利用率低,點火油耗大(相當多的熱量被煙氣帶走,而沒被用於加熱下部床料),加熱不均,特別是油槍霧化效果不好時易造成床料結渣。床上點火方式適用於褐煤及煙煤點火,用於貧煤、無煙煤點火時所需油槍容量偏大。床下點火方式的主要優點是熱利用率高,鍋爐點火油耗低,而且加熱均勻,升溫穩定;缺點是熱功率不太大(受布風板風帽阻力的限製),故單獨采用此種點火方式隻能用於點燃褐煤、煙煤等易燃煤種。聯合點火方式是將床上槍與床下槍聯合使用,發揮它們各自的優點,彌補對方的不足,聯合點火方式與單獨使用床上點火、床下點火方式相比,既能降低床下槍的實用熱功率以減少燒壞點火風道澆注料和膨脹節的風險,又能降低床上槍的實用熱功率,防止加熱不均或油霧化質量不好引起的床料結焦,特別適用於燃用貧煤及無煙煤的鍋爐。鍋爐加熱利用燃油的放熱加熱煙氣的溫度,再利用熱煙氣加熱爐膛內的床料,以不斷提高床層的溫度水平達到煤粒的著火溫度。從結構上講,床下風道點火器不僅要用來對爐膛內的耐火材料、金屬受熱麵和煙氣進行加熱,還要用來對床下風道、平衡風室、旋風分離器、J閥回料裝置中的耐火材料和床層物料進行加熱,因此循環流化床鍋爐的啟動時間和在啟動過程中的燃油量都比煤粉鍋爐要大的多,而且它在啟動過程中所受到的升溫、升壓速度的限製條件也比煤粉鍋爐要多。以300MW機組為例循環流化床鍋爐的啟動時間一般為6~8小時,煤粉爐一般為5~6小時。
 
鍋爐投煤:
煤粉鍋爐的煤粉是靠煤粉氣流和炙熱的煙氣在強烈混合後所吸收的對流換熱,以及爐膛四壁和高溫火焰的輻射換熱來達到著火溫度的。研究表明,煙氣的對流換熱是主要熱源。當煙氣溫度達到煤粉的著火溫度時(一般由高溫過熱器出口煙溫來判斷),就可以適時的投煤。當煤粉氣流著火燃燒逐漸形成火炬後,就可以逐步增加給煤量,減少油槍的出力了。
循環流化床鍋爐的煤粒進入爐膛後被大量炙熱的床料加熱到著火溫度後,析出揮發分、開始火燃燒。由於每秒種新加入床內的冷燃料隻占床料的1%左右,大量的熱床料不與新加入的燃料爭奪氧氣,卻提供了一個蓄熱量很大的熱源。煤粒燃燒所放出的熱量,其中一部分又用來加熱床料,使床內溫度始終保持在一個穩定的水平。由於循環流化床鍋爐點火方式的限製,被加熱的床層溫度存在上限,這恰好也在煤粒著火溫度的下限附近,因此在投煤的初始階段,煤粒在床內並不能充分燃燒。憑借“間斷投煤逐步提高床溫”這一手段,在床溫達到煤粒著火溫度以上時,就可以連續投煤了,不同的煤質采用不同投煤溫度。隨著床溫的上升和投煤量的增加,燃油量就可以逐步降低了。
 
升降負荷:
煤粉爐爐膛中心溫度一般在1200℃左右,進入鍋爐的煤粉很細約0.02mm,鍋爐升降負荷時隨著煤量與風量的增加,進入爐內的煤能夠迅速完全燃燒,爐內熱負荷跟著迅速上升,降負荷時隨著煤量與風量的減少,爐內熱負荷迅速下降,負荷在短時間能夠達到預定目標,協調控製升降負荷速率能達到10MW/min。
 
循環流化床鍋爐運行中床溫一般控製在900℃左右,進入鍋爐的燃煤粒度<10mm,鍋爐升負荷時煤進入爐膛後須經曆吸熱-揮發份析出-揮發份燃燒-煤粒爆裂-焦炭燃燒一係列過程後才能夠完全燃燒,升負荷過程中初期負荷上升較慢,當增加的煤開始著火後負荷會迅速上漲,降負荷時由於爐內有大量的炙熱床料,為了保證鍋爐流化正常,一次風的減少幅度不能和煤量呈對應關係,一次風的減小幅度小於煤量,床溫略有降低,床料的蓄熱需要的到一定程度的釋放,所以負荷下降速度較慢。協調控製升負荷率最大6MW/min。
 
燃燒調整:
煤粉鍋爐將燃煤經製粉係統磨製成粒度約1-300μm的細煤粉,然後經燃燒器與助燃的二次風熱空氣一起噴入爐膛,煤粉與助燃熱空氣在爐膛內強烈混擾、懸浮燃燒,大約經幾秒鍾的時間就完成了燃料的燃燒過程,鍋爐燃燒情況主要通過火焰監視器來監視。燃燒後產生的灰份約有90%左右以細灰的形態隨煙氣一起掠過鍋爐的各級受熱麵進行換熱後離開爐體。當主、再熱器超溫或局部受熱麵超溫時,除調整減溫水外燃燒上采取增加下層火嘴出力,減少上層火嘴出力,必要時停止部分上層火嘴,增加上層二次風量降低火焰中心位置來調整。
循環流化床鍋爐取消了煤粉鍋爐的製粉係統,將燃煤直接細碎成粒度在0-8mm的煤粒後,經給煤機送入爐膛的床內(密相區),從床下進入的熱一次風將床層物料和煤粒充分流化,煤粒與床料發生強烈的碰撞和換熱,迅速引燃、著火燃燒。大的顆粒在床內燃燒;細顆粒則隨著煙氣流向至爐膛上部(稀相區)繼續燃燒換熱,其中一部分細顆粒聚集成大的粒子團克服不了重力的作用在近爐壁處又向下運動,而爐膛中心相對較稀的氣-固相繼續向上運動,形成了一個強烈的顆粒爐內循環;相對較稀的氣-固相夾帶著大量未燃盡的顆粒離開爐膛後,進入旋風分離器,將煙氣中夾帶的大部分物料顆粒分離出來,再經回料裝置送會爐膛床內繼續燃燒和利用,構成了一個大的物料爐外循環。而後的煙氣則同樣經過鍋爐的各級受熱麵進行換熱後離開爐體。鍋爐燃燒情況主要通過床溫與床壓來判斷。當主、再熱器超溫或局部受熱麵超溫時,除調整減溫水外燃燒上采取適當降低鍋爐床溫,降低爐膛上部及煙道整體煙氣溫度,降低鍋爐床壓,減少爐內循環灰量的方法來調整。
 
機組調峰:
根據電網結構,機組調峰不可避免,煤粉鍋爐調峰時當負荷低於額定值50%時,就會出現燃燒不穩,需要投入助燃油槍,以穩定燃燒避免突然熄火或爆燃事故。如果是短時間的停機調峰或機組故障跳閘,重新啟動時由於汽輪機缸溫較高,衝轉時需要較高的蒸汽溫度,鍋爐啟動時由於爐膛穩定性較低,投油、投粉後還需要很長時間才能將汽溫燒至需要參數。
循環流化床鍋爐爐內有大量的惰性炙熱床料,運行時不會出現突然熄火,即使鍋爐故障發生MFT,爐膛溫度也不會向煤粉爐一樣驟然下降,所以循環流化床鍋爐的低負荷穩燃區比煤粉鍋爐的要低的多,一般在30%額定負荷能夠穩定運行,甚至更低。如果是短時間的停機調峰或機組故障跳閘,鍋爐啟動時可以實現不投油啟動,大量節約燃油,同時由於爐內有大量的高溫床料,所以即使停爐後,主汽溫度的下降也非常緩慢,鍋爐熱態啟動時迅速投煤,床溫及煙氣溫度很快能夠接近正常運行溫度,主、再熱汽溫也能夠很快達到衝轉參數,縮短恢複時間。
 
一、二次風的配比及作用:
煤粉鍋爐的一次風作用主要是通過燃燒器向爐膛內噴射煤粉氣流,為煤粉的燃燒提供基本的氧氣;二次風用來控製總風量。一、二次風相互作用來調整爐膛火焰的中心高度和控製火焰偏斜。由於一次風係統的阻力相對較小,一次風所需的壓力也不是很高。
循環流化床鍋爐的一次風最主要的作用是克服平衡風室和床層的阻力對爐膛床料進行充分流化,為爐膛內物料的整體循環提供充足的動力,同時為入爐煤的燃燒提供基本的氧氣,另外對給煤係統提供必要的播煤風量;二次風還是用來控製總風量,為爐膛上部稀相區的未燃煤提供燃燒所需的氧氣,不過由於循環流化床鍋爐燃燒機理的不同,通過分級配風,還可有效的控製氮氧化物的排放量。由於一次風的用途多、係統阻力大,要求的一次風壓力和風量都較同容量的煤粉鍋爐大。
 
鍋爐停爐:
停爐過程中,在汽水係統上的操作兩種鍋爐沒有區別,在燃燒係統上也基本是按照各自的步驟逐漸減少和停止燃料的供應,待熄火後,繼續維持風機運行5分鍾左右,借以清除爐膛和煙道內的可燃物,當氧量上升到大於15%後,停止風機的運行並關閉擋板。在停爐過程中,循環流化床鍋爐比煤粉鍋爐多執行的操作就是要注意對爐膛床壓的控製。這是因為在停爐過程中隨著燃料量和風量的逐步減少,爐內的循環物料量也會相應減少。大量的懸浮物料從稀相區落至床內,造成爐膛床壓和差壓的迅速上升,為了保證床料的基本流化,防止局部流化不良導致結焦,在一次風量逐步減少的情況下,隻有通過冷渣器將大量的床料排出爐膛以維持適當的停爐床壓。因此,在停爐過程中,冷渣器一般始終保持運行,直至床壓達到要求。
循環流化床鍋爐和煤粉鍋爐在停爐後的自然通風冷卻和強製啟風機冷卻上的規定基本一致。但是考慮到正常停爐後循環流化床鍋爐爐膛床內和回料裝置內都積存有大量物料,其蓄熱量比煤粉鍋爐要大的多,因此它所需要的冷卻時間也比煤粉鍋爐要長。為了達到爐膛能夠進人進行檢修的條件,一般應將床料溫度降至50℃以下後才停止風機的運行;而對於回料裝置根據冷卻要求回料器溫度低於260℃溫度以後才允許停止高壓流化風機運行。

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