240 t／h循环流化床锅炉运行及分析.pdf

小氰肥2 O O 3 年第 7期 2 4 0 t ／ h循环流化床锅炉运行及分析 孟庆森冯遵祥 山东恒通化工股份有限公 司 郯城 2 7 6 1 0 0 0 前言 山东恒通化工热电厂 l l 嚣 、 l 2 嚣 锅炉是 2 4 0 t ／ h循环流化床锅炉 见图 1 。该炉系高压参数、 单 锅筒、 自然循环蒸汽锅炉， 采用循环流化床燃烧方 式、 高温分离技术。其技术特点为 循环物料采用 高温旋风分离器分离， 分离器内工作温度与炉膛 温度接近； 燃烧室上部与前墙垂直布置有 3片水 冷屏和 6片二级过热器 ； 一、 二次风采取分级供风 方式， 在炉前墙加入 燃煤 ， 实现炉 内脱硫和控制 N O x 的生成量 ； 采 用“ 菌状风帽” 式 一次风布风装 置； 点火启动采用炉内物料流化循环 ， 燃油加热升 温并引燃燃煤 的方式 ； 循环物料控制采用 J 型阀。 前 一 次风 图 l 2 4 0 t ／ h 循环流化床锅炉示意图 1 ． 汽包2 ． 二级过热器3 ． 水冷屏4． 布风板 5 ． 高温旋风分离器6 ． 三级过热器7 ．一级过热器 8 ． 省煤器9 ．空气预热器l 0 ．电除尘器 1 锅炉本体与工艺流程 锅炉主要由 4个部分组成 燃烧室、 高温旋风 分离器、 返料装 置和尾部对流烟道。燃烧室位于 锅炉前部， 断面呈矩形 1 0 ． 2 4 m5 ． 2 8 m ， 四周 和顶棚布置有膜式水冷壁， 底部为略有倾斜的水 冷布风板， 由于在燃烧室 中磨损严重区域水冷壁 上内衬耐火材料 ， 造成水冷壁受热不足 ， 因此 在 上部与前墙垂直布置有 3片水冷屏 ， 另有 6片二 级过热器。燃烧室后有 2个平行布置的旋风分离 器， 密封返料阀位于旋风分离器下 ， 与燃烧室和分 离器相连接 。燃烧室 、 旋风分离器和返料装置构 成了固体物料循 环回路。约 占锅炉总量 6 0 ％的 热风经风室和布风板进入炉膛 ， 对炉膛的床料流 化 ， 形成流化床燃烧。二次风在不 同高度进入炉 膛 ， 实现分级燃烧。高温烟气从炉顶后墙两侧分 别人 2个高温旋风分离器， 其 中绝大部分的颗粒 被分离下来 ， 作为循环灰 ， 经 2个气力控制的 自平 衡式 J 型阀送回炉膛下部， 形成循环床。 尾部对流烟道 的锅炉后部 ， 其 内沿烟气流程 依次布置三级过热器和一级过热器 ， 下部烟道 内 依次布置有省煤器和空气预热器。 2 系统特点 2 ． 1 烟风系统 一 次风用于流化及提供燃料燃烧的空气。二 次风促进燃烧过程 ， 分别在燃烧室不同高度引入 进行分级燃烧 ， 炉膛 的局部低温燃烧而产生含量 较低的 N O x 。烟气 由引风机抽走。另外 ， 还有高 压风系统用于回料密封流化其 中的循环物料。 一 次风进入空气预热器 ， 一次风在管式空气 预热 器后分为 2路管道输送 ， 一路流进水冷布风 板下的风室 ， 另一路送至播煤风总管。加热后的 一 次风高速通过布风板喷嘴， 使床料流化。布风 板 由略有倾 斜的膜式壁水冷管屏和菌状风 帽组 成 。 在锅炉正常运行期间， 一次风量是 自动控制 ， 以维持总的一次风流量并调节床温。要降低床 维普资讯 小氮肥2 0 0 B年第 7期 温， 增加经布风板的一次风量， 并相应的减少上部 二次风的流量。 二次风的作用为 克服燃烧室的压力 ， 防止气 体和固体物质倒流 ， 分阶段完成燃烧过程 ， 避免局 部高温所致 N O x的形成 ； 通过对二次风量的调节 来调整过量空气系数 ， 使锅炉能发挥 出最大效率。 高压风的作 用 把来 自高温旋风分离器 的循 环物料再送人流化床中， 在旋 风分离器和燃烧室 的压差之间起到密封风作用。回料密封 区的流化 是通过获得高压风机的风来完成的。如失去高压 风 将导致回料密封和料腿处大量的床料阻塞 ， 直 至在旋风分离器内堆满床料。因此 ， 在锅炉控制 系统 中规定在高压风压力低时 ， 锅炉跳闸。 炉膛后部平行布置 2个旋 风分 离器 ， 将烟气 进行离心分离， 气 固两相流 中的大部分 固态粒子 分离下来 ， 通过料腿进入返料装置， 参与循环与燃 烧。分离后较清洁 的烟气 经 中心筒进入 连接烟 道， 最后进入尾部对流烟道。尾部烟道上依 次有 三级过热器、 一级过热器、 省煤器和空气预热器。 2 ． 2 汽水系统 给水首先经过旋风分离器水冷套 ， 再经 省煤 器吸收烟气热量然后进入锅筒。锅炉下降管采用 集中与分散相结合的方式 ， 由锅筒下部引出 5根 下降管， 其中 4根集 中下降管通过分散管向前墙 、 后墙 、 两侧墙下集箱供水， 前墙水冷壁下集箱与后 墙水冷壁下集箱用水冷布风板连接 ， 水冷布风板 由前墙向后墙向下有一定倾角； 位于 中间的 1 根 下降管分别与 3片水冷屏入 口联箱相连接 ， 单独 向水冷屏供水。 二级过热器位于燃烧室上部 ， 由 6片屏式过 热器组成 ， 与前墙水冷壁垂直布置 ， 下部穿前墙处 了 屏的蒸汽入 口端 ， 有密封盒将管屏与水冷壁焊 接在一起。由于二级过热器与前墙水冷壁壁温不 同， 导致两者膨胀量不同， 为此在屏 的出 口端装有 膨胀节以补偿其胀差。管屏下部敷有耐磨材料 ， 以防磨损。 锅炉采用单段蒸发系统。蒸汽温度的调节采 用二级喷水减温器 ， 在一级过热器 与二级过热器 之间、 二级过热器与三级过热器之 间分 别布置有 一 、二级喷水 减温器。使 锅炉 能在 7 0 ％ 一1 0 0 ％ 负荷范围内保证过热蒸汽温度达到额定值。在设 2l 计额定工况 MC R 负荷下， 一级减温器将蒸汽温 度从 4 1 6℃降到 4 0 5℃， 二级减温器将蒸汽温度 从 5 0 9℃降到 4 9 8℃。 2 ． 3 燃料系统 2 ． 3 ． 1 启动燃烧器 锅炉设 5支启动燃烧器 ， 其 中床下 2支， 床上 3 支。燃烧器与炉膛水冷壁固定连接。启动燃烧 器在锅炉启动点火时投入， 使流化的床料升温 以 保证固体燃料着火 ， 并在锅炉低负荷运行时可带 部分负 荷， 约为 3 6 ％M C R 。油枪 采用机 械雾化 式 ， 燃用 0号柴油。燃烧器采用二级点火 ， 即高能 电弧一 柴油 。 锅炉有 4个给煤点 ， 全部在前墙。经二级破 碎后的煤输送到锅炉的料仓 ， 经料仓下皮带输送 机送入前墙的 4个给煤点。 当床温足够高， 满足给煤机启动条件时 ， 可手 动启动给煤机， 使给煤机运行最长时间为 9 0 s ， 然 后停同样长的时间， 使给料系统脉冲 3 次 ， 验证床 温上升 7 0℃以上和排烟氧量减少 ， 而且床温继续 上升时， 可小煤量连续运行给煤机。 2 ． 3 ． 2 灰渣系统 床料不断 的从燃 烧室底部 的 2个 排渣管排 出， 2台水冷滚筒式冷渣器分别控制 2个排渣管 排出的物料量 ， 冷渣机排出的床料经皮带机运入 渣仓。 除尘灰采用气力输灰装置送入灰仓 ， 动力来 自0 ． 6 0 ． 8 MP a 压缩空气。 3 运行及控制分析 3 ． 1 锅炉点火与压火 冷态点火启动采用床料循环加热方式 ， 冷床 料 炉渣粒度 8 fi l m， 可燃物 2 h ， 床温低于投煤温 度。在锅炉温态启动时需投运油燃烧器。 锅炉压火后 1 2 h内热态启动 ， 热态启动床 温高于投煤温度 ， 可直接投煤。热态启动时要严 维普资讯 2 2 格控制风量大于临界流化 风量 ， 若 风量过大会导 致床温度降低。 压火前 ， 适当保持较高的床压运行 以保证炉 膛有较大的蓄热量 ， 同时锅炉需有大量的高温床 料存于炉 内。压火后要保持一段 时间过热器排 汽、 冷却过热器泄压。停运给水泵前 ， 应将水添加 至汽包较高水位。到燃烧 器投运为止， 每小时平 均床温下降速度约为 3 5℃， 由于床内有较多的耐 火材料 ， 要求 床温 的变化率 每小 时控制 在 ≤8 o ℃。在较低的负荷下稳定运行半小时对保护分离 器及其它部位浇注料有利 。 3 ． 2 锅炉热效率 2 0 0 2年 l 2月， 市能源监测 中心对 2台 2 4 0 t ／ h锅炉进行 7 2 h考核试验 的测试 结果如表 1 所 示 。 表 1 2 4 0 t ／ h 锅炉考核测试结果 注 1 屯 排烟热损 失、 q 3 可燃 气体未完 全燃烧 热损失 、 q 4固体未 完全燃烧热损失 、 锅炉散热损失 、 灰渣物理热损失 2 主蒸汽温度受工况 一级抽汽温度 限制 ， 运行 时控f I I 低于 5 3 0 o c 3 l 1 炉 屯l 0 ． 1 1 ％ ， q 3 0． 0 3 6 ％， q 4 1 ． 3 6 ％ ， O ． 7 5 ％ ， 0． 4 3％ 4 l 2 炉 屯9 ． 2 7 ％， q 3 O ． 0 3 3 ％ ， q 4 O ． 7 7 ％， q 5 O ． 7 1 ％ ， 0． 6 9％ 由表 l 可知 ， 锅炉热效率可 以达到 8 6 ． 6 l ％、 8 8 ． 6 o ％。各项损失中， 主要是机械未完全燃烧损 失 q 4 和排烟热损失 1 2 ， 飞灰未燃烬碳含量低于设 计值 8 ％， 分析室在 2 0 0 3年 4月 6日和 2 8日分别 对飞灰进行测试 ， 结果分别为 8 ． 8 o ％和 l O ． o 4 ％， 这与运行工况和燃料粒度等 因素有关。 3 ． 3 辅机运行情况 辅机运行 情况见表 2 。从 表 2可 以看 出， 各 辅机都 留有较大余量 ， 形成大马拉小车的局面 ， 造 成耗电较高 ， 不利于节能。 3 ． 4 水汽运行情况 小氮肥2 O O 3 年第 7期 2 0 0 3年 4月 l 5 2 0日水汽运行情况见表 3 。 表 2 辅机运行情况 表 3 2 O O 3年4月水汽运行情况 日期 l 5 l 6 l 7 l 8 l 9 2 0 给水量／ t 5 3 9 8 5 3 7 3 54 7 6 40 5 8 5 0 6 3 5 1 5 7 蒸汽量／ t 5 3 4 3 5 3 1 3 74 1 7 3 9 9 9 49 8 7 5 0 6 4 水 汽差／ t 5 5 6 0 5 9 5 9 9 6 9 3 差率／ ％ 1 ． 0 o 1 ． 1 l 1 ． 0 8 1 ． 4 5 1 ． 鼹 1 ． 8 0 吨煤产汽／ t 6 ． 6 ． 7 4 6 ． 盯 6 ． o 7 6 ． 盯 7 ． o 4 从表 3可知， 差率指标符合设计值 2 ％的要 求 。 3 ． 5 控制参数 该锅炉具有较好的控制性能， 运行期 间最低 稳燃负荷为 8 0 t ／ h ， 在 3 o ％ 一l l 0 ％ M C R之间瞬 时负荷变化率和连续 负荷变化 率可 以达到设计 值 ， 运行 中几个主要控制参数情况如下 1 料层差压。设计控制参数为 7 ． 0 9 ． 5 k P a ， 实际运行 中控制在 8 ． 0 k P a ， 料层差压的控制 通过改变水冷滚筒 式冷渣机变频 电机的转速实 现。滚筒式冷渣机的使用效果 良好 ， 关键在于两 个方面， 一方面严格控制入炉煤的粒度， 防止大颗 粒堵塞冷渣机 ， 另一方面操作人员对冷渣机结构 及运行保护理解全面。 2 炉膛差压。设计控制参数为 1 ． 5 k P a ， 维普资讯 小氮肥2 O O 3年第 7期 实际控制在 1 ． 0 k P a 。炉膛差压的调控通过放灰 来实现， 投运初期需人工放灰， 现经过技改工程加 装冷灰机 ， 可以在微机上实现 自控。 3 氧含量。设计控制参数为 3 ％ 一5 ％， 实 际运行中为 6 ％， 这增大了排烟损失 ， 需进一步加 强操作控制， 把过量空气系数控制在 1 ． 1 5一1 ． 2 5 5 0 ％负荷 以下可以取 1 ． 6一1 ． 8高值 。安装时 过热器后有 2个测点 仪器， 一为国产 ， 插入深度 1 ． 5 m； 另一为进 口产品， 插入较浅 ， 故导致测量结 果偏高 ， 6 ％为两 者平均值。若将 测 点按规定安 装， 可以控制在 ． 5 ％指标 内。 4 存在问题及建议 2 4 O t ／ h锅炉在安装及试运 期间发 现诸多设 i ‘ 问题。由于是第一次设计制造 ， 许多 问题 由设 计人员、 安装人员及厂方在现场协商变更 ， 变更达 1 D O多处 ， 现仅列 出对锅炉 比较重要 的几项供分 ’ 亍 参考。 1 2 0 0 2年 7 9月份试运期问， 发现炉膛 由 于水冷壁刚性梁设计不合理致使水冷壁刚性差 ， 出现间歇性腹吸式振动。根据煤粉炉设计和使用 经验， 刚性 梁间距最大不应超 过 9 6倍水 冷壁外 径， 但对于流化床锅炉则不同， 厂家设计的刚性梁 间距 从下至上 分别为 1 ． 8 m、 2 ． 0 m、 2 ． 8 m、 3 ． 0 m、 2 ． 4 m、 2 ． 4 m、 2 ． 5 m， 经过三方协商 ， 对 刚性梁 间距进行调整 ， 标高之间由三道 1 9 ． 2 m、 2 2 ． 0 m、 2 5 ． 0 m 改为五道 1 9 ． 2 m、 2 0 ． 6 n l 、 2 2 ． 0 m、 2 3 ． 5 m、 2 5 ． 0 m ， 并加装止晃装置后正常。 2 浇注及砌筑。根据国内厂家流化床锅炉 使用的实际情况 ， 我公司对 浇注料及砌筑项 目给 予了高度重视 ， 安排专人负责此项工程， 经过对国 内4 1 0 t ／ h 、 2 2 0 t ／ h 、 1 3 0 t ／ h 、 7 5 t ／ h 、 3 5 t ／ h 5种炉型 浇注料及砌筑工程施工和使用情况的考察 ， 对厂 家的图纸作了大幅修改 ， 主要有以下几个方面 ① 所有浇注料部位用料提高一个档次。 ② 旋风分离器采用 4 1 0 t ／ h锅炉设计。 ③ 尾部烟道炉墙纵 向膨胀缝 由原设计一道 4 0咖改为二道各 2 0咖 。 ④ 返料器回料腿高度改为 4 5 0 r 咖 。 ⑤ 省煤器防磨梁增打浇注料 。 ⑥ 燃烧室、 水冷套等处安装时的变形 由浇注 料厚度增减来弥补。 2 4 O t ／ h锅炉 自 2 0 0 2年 l 0月投运至今 ， 浇注 料及砌筑至今完好 ， 没有发现损坏处 。主要经验 有三个方面 ， 一是要选择有资质 、 有实力、 有施工 经验的厂家 ， 二是对用料检验把好关 ， 三是加强施 工监管。 3 播煤风。厂家没有设计播煤风 ， 导致试 运期间从进煤口倒出烟气， 后经加装播煤风 一次 风 ， 消除烟气冒出。 4 卫燃带为防止磨损采用镍基合金热喷 涂 ， 效果不好。l 2 炉运行 l 3 6 d停运后 ， 检查发 现前墙卫燃带与水冷 壁过渡区喷涂层大面积脱 落 ， 经测厚发现最薄处减至 2 ． 3咖 ， 如继续运行 可能发生爆管事故， 建议 采用先进工艺如等离子 喷涂工艺。另外炉膛 4个角的角落磨损严重 ， 系 物料浓度较大 冲蚀引起 ， 可以加装吹播 风或设计 成圆弧过渡区以消除磨损 。 5 2 4 O t ／ h锅炉从 2 O O 2年 l 0月投运 至今 ， 共停炉 4次， 全部由制造质量引起 ， 厂家须加强质 量监管， 事故统计见表 4 。 裹4 事故原因 停炉时问 原 因 2 0 0 3一O l一∞ 2 0 0 3一∞ 一l 8 2 0 0 3一 一O l 2 0 0 3一 一0 4 水冷壁镑钉根部渗■ 西南翻水冷壁爆管 喷涂层脱落引起 水冷套 环形集箱焊麓■ 水冷壁管裂纹 6 排烟温度设计为 1 4 0℃， 实际运行为 1 6 0 ℃左右 ， 空气预热面积偏小， 建议重新核算。 7 风 帽采用菌状 风帽， 在检查 中发现两个 问题 ， 一个是菌帽磨损严重 ， 必须经常更换； 二是 风帽小孔孔径扩大 ， 建议采用使用效果较好的猪 尾式布风装置。 5 结语 1 2 4 O t ／ h锅炉运行稳定， 蒸汽参数、 锅炉出 力、 变负荷能力、 稳燃能力均达到设计值。 2 分离器分离效果较好 ， 尾部烟道 防磨措 施得当， 尾部受热热面磨损轻。 3 锅炉热效率达不到保证值。 维普资讯