（动力工程及工程热物理专业论文）300mw循环流化床锅炉设备治理与运行优化.pdf

摘要 摘要 作为洁净煤新技术，循环流化床锅炉在我国具备广阔的应用前景，大型循环流 化床锅炉在我国已开始普及。本文针对秦皇岛秦热公司的3 0 0 m w 循环流化床锅炉自 投产运营以来所发生的具有典型代表性的，包括受热面磨损严重、排渣不畅污染环 境、锅炉经济性差等问题，逐一进行了原因分析，从设备治理和运行优化两方面提 出了解决方案。 从受热面磨损原理和实际运行角度出发，确定了受热面磨损严重的区域，分析 了受热面磨损原因为烟气流速过高、灰浓度过大、床料硬度过大、外置床固定管卡 安装检修质量差等，并制定了相应的防磨措施；针对风水联合式冷渣器运行中出现 的排渣不畅、堵渣、污染环境等问题进行原因分析，主要为煤中矸石太多、冷渣器 各仓流化风量较低，提出了优化排渣逻辑、冷渣器换型等改进措施；从提高锅炉热 效率、降低厂用电率、降低设备故障率方面入手分析锅炉经济性较差的原因，通过 锅炉燃烧调整试验得出最佳运行参数，通过合理选取入炉煤粒径，合理组织燃烧， 优化自动调节品质等方面来提高锅炉经济性。 希望通过本文能为国内大型循环流化床锅炉安全运行积累经验，提供借鉴。 关键词：循环流化床；防磨；设备治理；运行优化 华北电力大学硕士学位论文 a b s t r a c t c i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r ，a san e wc l e a nc o a lt e c h n o l o g y ，h a s ab r o a d 印p l i c a t i o np r o s p e c ti no u rc o u n 缸y ，a n dt h e1 a 唱e s c a l ec i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e r h 弱b e g a nt ob eu s e dw i d e s p r e a d i n 也i sp a p e r ，也es o h i t i o n sa n a l y z e d 丘o m 嬲p e c t so f e 惭e n tc o n 缸d l a n do p 髓l t i o no p t i m i z a t i o nh a sb e e np r 0 1 ) o s e dt om e3 0 删 c i r c u l a t i n gn u i d i z e db e db o i l e ro fq i n h u a n 酣a oq i nh e a tc o m p 弛y ，w h i c hh 鹤s o m e 嘶c a lr 印f e s e n 枷v ep r o b l e m si n0 p e m t i o n ，i n c l u d i n gh e a t i n gs l l r f a c e ss e v e r cw e a r ，s l a g d i sc ：h 鹕i n gs y s t e mb 1 0 c k a g e 孤dp o l l 砸0 n ，l o wb o i l e re c o n o m i cb e h a v i o r t h i sp a p e rp u t f b 删a r dm es o l u t i o n sf b mb o t l la s p e c t so fe q u i p m e n tc o n t r o l 趾d 叩e r a 6 0 no 曲m i z a t i o n f r o mm ep o i n t so fa c t u a l0 p e r a t i o np r i n c i p l e sa n dm eh e a t i n gs u r f a c e s 、阳a rt 1 1 e o r y ， t h ea r e aw h e r eh e a t i n gs 耐a c e ss e v e r ew e a rw 硒c o n 6 珊e d ，a n dt l l er e a s o n sc 肌s i n g 也e w e 盯i n c l u d e st h eh i 班s p e e do fn u eg a s ，h i 曲a s hc o n c e n 仃a t i o n ，也el a 玛eh 鲫d n e s so f b e dm a t 面a l ，p o o rq u a l 时o fi n s t a l l a t i o n 觚dm a 缸e n 觚c eo ft 1 1 ef i x e dp i p ec l a m p so f e x 毛e m a lb e d t h er e l e m tm e 豁l l r 啪e n t st op r e v e n tt h ew e a rw e f ep r o p o s e d ；t h er 豁u l t s h o w st h em a i nr e a s o nf o rs l a gd i s c h a 哂n gs y s t e mb l o c l 【a g ea n dp o l l 而o ni na i 卜w a t e r c 伽曲i n e dt y p ea s h s l a gc o o l e ra r et o om a n yg a n g u e si nc o a l 锄dl o wf l u i d i z a 6 0 nw 砌 硪t eo fe a c hb i no fa s h s l a gc o o i 睨t h em e 弱u r e m e n tw a sp mf 0 刑a r dt o 舢i z et h e s l a gd i s c h a r g el o 舀ca n dc h 雒g e 也e 弱h - s l a gc o o l e r 帅e t h er e 嬲o n so fl o wb o i l e r e c 0 曲m i cb e h a v i o rw e r e 锄1 ) z e d 敏衄鹪p e c t so f i m 】阴w i n gb o i l e r 血e n n a le 伍c i e n c y 咖i n gm ep o w e rc o n s l l i n 埘o nr a t ea n dr e d u c i n g 刚p m e n t 僦l u r er a t e ，跹dt 1 1 eb e s t o p 锄t i o n 彤眦哑e t e r sw e r e0 b t a i n e d 重的mb o i l e rc o m b u s 矗o na 哇i l l s n l l e i l tt e s t s t h ef 豁u l t s h o w st h a tm eb o i l e re c o n o m i cb e h a v i o rc o u l db ei m p r o v e db yc h 0 0 s i n gt h ep r o p e fc o a l 鲥ns i z e ，p r o p e ro 唱a n i z e dc o m b u s t i o na n d0 p t i m i z i n g t l l eq u a l 时o fa u t o m 撕c r e g i l l a t i o na n do t h e ra s p e c t s s oi tc 觚p m v i d es o m ee x p 嘶e n c e sa n dr e 佗啪c e s 内r d o m e s t i c1 a r g e s c a l ec i r c u l a t i i 玛n 1 j i d i z e db e db o i l e rs a f e0 p e r a d o n k e y w o r d s ：c 沁u l 鲥n gn u i d i z e db e d ；p r e v e mg 咖d ；e q u i p 羽旺e l l tc 0 妇沌r o l ；0 p e 硪t i o n 0 p t i m i z 撕0 n l i 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第1 章绪论 煤炭在我国国民经济中占有重要的地位，在能源结构组成的7 5 以上是煤，到 本世纪中叶，甚至是本世纪末，我国以煤为主的能源结构将不会改变，煤炭仍将是 当今和今后中国能源的一个最重要的组成部分【。电，同样在我国国民经济中占有 重要地位，现代人民的生产生活都离不开电，据统计，我国火力发电约占发电总量 的8 1 2 。而锅炉是火力发电厂能量转换的首要环节，按能源品质而言，是效率转 换最低的一个环节，也是最具有节能潜力的一个环节。同时燃煤锅炉也是火力发电 厂中环保工作的重点，搞好燃煤锅炉废气( 粉尘、s 0 2 、n o x ) 、废水、废渣的治理， 也对火力发电厂的社会效益和经济效益有很大的影响【2 1 。 因此，洁净煤技术应运而生，所谓洁净煤技术就是采用多种先进技术，使煤炭 利用过程中所产生的环境污染，降低到最低程度【3 1 。其中，循环流化床锅炉燃煤技 术是其中的代表，与传统燃煤锅炉相比，循环流化床锅炉具有煤种适应性广、燃烧 稳定、污染物排放量少且易于控制、负荷调节性好、灰渣可以综合利用等优点【4 】， 在世界各主要工业国家得到大力推广使用。 由于循环流化床具有上述优点，使其在我国今后电力发展中具有非常广阔的前 景。我国集中力量从事循环流化床技术的开发是从2 0 世纪8 0 年代中期开始的【5 1 。 此后得到了蓬勃的发展。据初步统计，截至到目前，全国己经投运的1 0 0 m w 等级 以上的循环流化床锅炉机组达到2 0 0 台左右，其中国内最大容量的3 0 0 m w 机组已 经在四川白马，云南开远、小龙潭，广东保利华，蒙西等包括秦皇岛秦热公司在内 的多家电厂投入运行，还有一批3 0 0 m w 机组和白马的6 0 0 m w 机组示范站在筹建 中。 秦皇岛秦热公司的两台2 3 0 0 m w 亚临界机组循环流化床锅炉，型号为 d g l 0 2 5 1 7 4 i il ，本锅炉是东方锅炉( 集团) 股份有限公司与法国a l s t o m 公司 合作设计的，也是国产第一台和第二台3 0 0 m w 亚l 临界机组循环流化床锅炉。单汽 包、自然循环、半露天布置。炉膛采用全膜式水冷壁结构，炉膛底部采用裤衩型将 下炉膛一分为二。固体循环回路包括旋风分离器、回料器以及外置式换热器，均为 四台。煤采用二级破碎方案，石灰石采用成品石灰石。回料器给煤方式，四个给煤 口布置在回料器上，石灰石采用气力输送，8 个石灰石给料口布置回料腿上。锅炉 风烟系统配静叶可调引风机、一次风机、二次风机各2 台、5 台低速离心高压头流 化风机及3 台石灰石输送风机。四台风水联合冷渣器分为两组布置在炉膛两侧，将 华北电力大学硕士学位论文 底渣排到机械除渣系统上。空气预热器采用四分仓回转式空气预热器。其外观图见 图1 1 。 图1 1 秦热公司3 0 0 m w 循环流化床锅炉外观 由于3 0 0 m w 循环流化床锅炉属于亚临界锅炉，其锅炉结构、气固流动结构、 辅助系统配置和锅炉汽水系统都与其它形式的锅炉有着很大差异，其锅炉的各运行 参数特性在世界上尚处于摸索试验阶段，现有技术不够成熟，运行经验也比较有限， 这在一定程度上影响了循环流化床锅炉机组的安全稳定运行。本文以秦热5 、6 号 3 0 0 m w 循环流化床锅炉机组为主要研究对象，通过大量的数据和图片分析影响5 、 6 号机组安全稳定经济运行的主要原因，从设备改造和优化运行参数方面提出了治 理方案，并通过锅炉燃烧调整试验给予数据和技术上的支持。希望通过本文能为国 内大型循环流化床锅炉的运行调整、设备改造起到帮助作用，为实现长周期安全经 济运行积累经验，提供借鉴。 1 2 国内外研究现状 循环流化床真正成为具有工业实用价值的新技术是在上世纪五六十年代，2 0 世 牮蔻毫宓大学硬学位论文 纪5 0 年代，m w k e l l o g g 公司发展并在南非的萨尔伯格建造运行了应用流态化原理 的费索撬反应器隧，1 9 7 6 年，弧黯姥蠢掰i 等蓄次提臻了快速流态诧翡概念曩从 爵 弓l 起了人们对循环流化床技术的尽益重视，并扶鼬年代开始形成了一个循环流化 床基础研究的高峰期。国外许多循环流化床技术研究与开发公司在长期实际运行和 大量试验的基础上形成了各其特色的循环流化床锅炉技术，并且将其技术转让给其 链一些锅炉设计测造离，为簇环流忧床锅炉技术的不断发展徽出了历史性的贡献， 旦前具有代表性的大型炉型有：德国鲁奇开发的h 嚼型循环流化床锅炉；芬兰奥 斯龙公司的p y r o f l o w 型循环流化床锅炉嘿德国b a b c o k e 和v k w 公司联合开发的 c 蕊。蹦d 型循环流纯床锅炉；美国f w 公司的f w 型循环流化床锅炉翻；美国 b 撕e k & 骶k 漩公司开发鲍翅蘸环流纯床锅炉；英国k a 豫蠢锵r 公霹熬c 磷蜒型 循环流化床锅炉等等【l o 】。目前，循环流化床锅炉正向更篱参数，更大容量以及紧凑 的方向发展，国外许多国家循环流化床锅炉制造商已相继完成5 0 0 6 0 0 m w 级超临 界循环流诧床锅炉的方案设计和安装工箨吲。 我国对予流态佬技术最早的研究是汪家鼎院士关于流化床褐煤低澄干馏技术 的研究f 1 2 1 。对流化床的研究开始于上世纪5 0 年代米，在8 0 年代中期开始集中投入 力量从事循环流化床燃烧技术的研究开发。目前，4 4 0 堋及以下的循环流化床锅炉 已经实现了商鼹纯。同时，东方锅炉、哈尔滨锅炉、上海锅炉等锅炉制造厂采取冒 际合作、技术弓l 进等不圊方式沟国内电力化工等行业制造了一批2 0 删及以下的 循环流化床锅炉，并已成功投入运行。在2 0 0 5 年，我国引进了法国阿尔斯通全套 3 0 0 m w 征裕界循环流讫床锅炉技术，在强川涤马电厂取得了成功【弱】。此后经过消 化吸收，掇有囊主鲡识产权的国产3 o m w 亚箱界循环流化床锅炉接连在秦热公霭、 蒙鳢电厂等多家企业投入运行，预计到2 0 1 1 年底，国内投运的4 4 0 讹及以上循环 流化床锅炉将超过2 0 0 台，而且自马的国产6 0 0 m w 机组示范站正在筹建中，即将 投入运李亍。 浙江大学岑可法院士、华北电力大学阎维平、鹤烦榕教授、清华大学基俊复教 授、山东大学路春美教授、重庆大学卢啸风教授都曾致力于循环流化床锅炉运行调 整特性的研究工作，对锅炉运行参数的选定和调整都做出了很深层次的分析和研究 泌蛾。另外还成立7 一些专门研究循环流化床锅炉的组织，熟全垂电办行业c f 8 梳 组技术交流协会等，定期交流研究循环流化床锅炉的成果。国内高校的学者和科研 机构的专家的这些研究工作，对国内1 0 0 m w 、2 0 0 m w 等大型循环流化床锅炉的制 造和运行调整工作有着缀重要鹃指导意义，为黻后大銎循环流纯床锅炉酶发震奠定 了基础。 牮蘧魄力大学硕学辍论文 1 3 课题研究内容 循环流化藤锅炉的磨损要比其它炉型严重得多，秦热两台3 0 0 m w 循环流化床 锅炉从2 0 0 6 年投产以来仅因受热面滟漏就发生1 4 次，停炉检修不仅瘟接造成经济 损失，霹时壶于酉剩孀小簿数低，完不成计划邀量，还会使企遂受捌严掰蕊考核。 透就受热巡瘗损是摆在我 疆磊翦麴最严峻豹闷题，本文的主要磷究内容有针对锅炉 受热面磨损严重的问题，确定重点防磨部位，分析其主要原因，进行设备改造和运 行优化，制定相应的防塞措施，捷高锅炉安全属鬻。 燕求联合式冷浚器在运行孛塞魂了粪 渣不粝、堵渣、影嫡镊炉蕊力，严重污染 环境，影响运行操作人员戆健康等润题，本文的研究内容有分析排渣不畅的原因， 从运行调整角度和设备改造角度彻底改善排渣难的问题。 循环流亿床锅炉因瑟燃蔫劣囊煤耱和具有氮簿静环境效益，其有瑗实可行性， 徨与煤粉妒糍沈辘视多、赦漳率意、厂翔亳率窭、经济性较差。本文的主要研究内 容还包括如何通过锅炉燃烧调整试验确寇最佳运行参数，提出有效的解决方案和措 施，提高锅炉经济性。 痒 华北电力大学硕士学位论文 第2 章3 0 0 m w 循环流化床锅炉受热面磨损原因及治理 2 1 循环流化床锅炉受热面磨损机理 在循环流化床锅炉床料循环回路中，由于烟气流速高、烟气中的灰量大，炉墙 和受热面受到大量固体颗粒的冲刷，炉内金属受热面和非金属炉膛的磨损比传统锅 炉要严重得多。尤其是较高循环倍率的循环流化床锅炉，炉内烟气所携带的灰量， 往往是普通煤粉锅炉的十几倍，甚至是几十倍。当高含尘浓度的烟气携带床料粒子 高速流过时，就会在炉墙或金属受热面表面产生磨损。这种由于烟气携带大量颗粒 对固体表面的磨损，主要分为冲刷磨损和撞击磨损两种类型f l 埘。 冲刷磨损，是固体颗粒相对于固体表面的冲击角较小，甚至接近于平行。颗粒 垂直于固体表面的分速度使颗粒楔入被冲击物体的表面，而颗粒与固体表面的分速 度使它沿固体表面滑动，这两个分速度的合成效果，就起到一种“刨削 作用。若 固体表面经受不起这种“刨削”作用，就会被切削掉很微小的一块。当这种“刨削” 现象大量重复时，固体表面就产生明显的磨损。 撞击磨损是指颗粒相当于固体表面冲击角度较大，或接近于垂直时，以一定的 运动速度撞击固体表面，使其产生微小的塑性变形或显微裂纹；在大量颗粒的反复 撞击下，逐渐使塑性变形层整片脱落而形成的磨损l l 引。 此外，在循环流化床锅炉中，还存在由于受热面振动而导致的磨损。有报道称 这种磨损现象主要发生在外置床流化床热交换器内的受热面管柬上，磨损的主要原 因是高温下受热面管束由于与支承件之间的连接不够牢固而产生了“微振”现象引 起的。但使其磨损的本质仍然是由于固体表面与颗粒之间存在相对运动而产生冲刷 磨损和撞击磨损。 根据颗粒磨损机理和炉内气固两相流动特性，循环流化床锅炉受热面及炉墙的 磨损是不可避免的，只要锅炉运行，磨损总会发生。但磨损并不全是由炉内正常的 气固流动造成的，在很多情况下，锅炉设计、安装、运行中存在的一些问题，大大 加重了受热面和炉墙的磨损程度。而停炉期间，对炉膛、高温旋风分离器、回料阀、 对流烟道内的炉墙、受热面以及防磨材料的检查、修理、更换，已成为保证循环流 化床锅炉安全经济运行的一项重要工作1 2 0 j 。 2 2 秦皇岛秦热公司3 0 0 m w 循环流化床锅炉受热面磨损状况 2 0 0 7 年至2 0 0 8 年，秦热5 、6 号锅炉仅四管泄漏就发生1 4 次，具体情况见表 华北电力大学硕士学位论文 2 1 。受热面磨损状况更是严重，实际运行中受热面磨损是威胁循环流化床锅炉长期 连续安全运行的重要问题【2 1 1 。 表2 12 0 0 7 年至2 0 0 8 年5 、6 号锅炉四管泄漏汇总 泄漏时间泄漏位置图片 自艄 2 0 0 7 年2 月1 9 日 6 号炉水冷壁 l 。 i l 醚一 2 0 0 7 年3 月1 7 日6 鬻床 _ 2 0 0 7 年5 月2 0 日 6 号炉水冷壁 8 霾 i 整霸l 2 0 0 7 年9 月1 7 日6 嚣嚣床 i ，霭 2 。7 和肋日5 嚣嚣床 1 阕帑踊隘 舄譬 赳热嵛月24日6号嚣墙 _ r ， 翟 2 0 0 7 年1 2 月8 日5 号炉水冷壁 2 噼2 5 冷壁 溪冒 鏊i 雹2 0 0 s 砌4 日5 嚣嚣雾 一一 l 溺 华北电力大学硕士学位论文 表2 1 ( 续表) 泄漏时间泄漏位置图片 2 0 0 s 砌4 日渴鬻勰黧 l | | | | 麟、戮菇。鑫纛逡 2 懈砌3 鬻床豳 2 0 0 8 年1 0 月1 0 日5 号炉水冷壁 潮醐目哪 瀚 2 0 嬲目6 嚣器飘 灞戮麟l i 2 0 0 8 年1 1 月1 0 日5 翟床 燃黼劂 华北电力大学硕士学位论文 灰在凸台上自然堆积成一定角度的积灰，从而使贴壁回流的灰颗粒落到积灰上实现 软着陆，达到减轻磨损的目的。见图2 2 。 。u扬辜斗滚动方i 水 冷 趱 墅 管l f - i 水 f ，f ，、 冷 壁 管 一、c 图2 1 气固流动形式图2 2 设计工况图2 3 实际工况图 但经过实际运行后我们发现该结构不仅不能减轻磨损，反而在凸台以上1 5 0 i 】m 附近发生严重磨损，如图2 3 所示。其中以扩展水冷屏与水冷壁夹角部位及炉膛四 角处尤为严重，磨损最严重时在不到一个月的时间内剩余壁厚就己不足2 m m 。造成 该处磨损加剧的主要原因是炉内上升的高浓度烟气流在受到缓冲台干扰后发生流 向转变，在缓冲台上积灰顶部形成涡流，夹带贴壁回流的灰尘颗粒冲刷管壁，造成 该处水冷壁管磨损加剧。如图2 _ 4 所示。 图2 - 4 凸台以上磨损情况 2 2 2 2 扩展水冷屏出口弯头内弧磨损 该处水冷壁管之间没有焊接密封鳍片，弯头之间有较大的空隙，为烟气的通流 提供了便利的条件，停炉检查发现磨损严重的部分主要集中在前后墙各8 组共计1 6 组扩展水冷屏和两侧墙靠近烟窗的各3 组共计1 2 组扩展水冷屏，磨损情况如图2 5 华北电力大学硕士学位论文 所示。 图2 5 扩展水冷屏出口弯头内弧磨损情况 造成此处磨损原因为烟气流在炉膛出口烟窗处转向并加速流动，烟气流中夹带 的灰尘颗粒冲刷凸出炉墙的扩展水冷屏，并在通过扩展水冷屏弯头之间的空隙时受 到弯头的阻碍，所以加剧了对弯头内弧侧的冲刷磨损。 2 2 3 外置床管壁磨损原因 外置床运行在鼓泡床工况，由于运行风速不大，仅略高于临界流化速度，因此 磨损问题与炉内受热面相比要轻得多。外置床管壁的磨损主要是由于微振磨损而造 成的。外置床内受热面由悬吊管及各种管夹组成的固定结构支撑，外置床内工作介 质为大量流动的高温床料，运行中床料会对受热面管排产生持续的冲击作用，管排 会在床料的冲击作用下而产生振动，而振动最终导致受热面管子的磨损甚至泄漏， 根据停炉检查结果，外置床内管壁磨损严重区域全部在管夹安装处。比较严重的有 以下几个部位： 2 2 3 1 横向管夹与管子磨损 横向管夹与外置床低温过热器及中过i 管排弯头磨损严重，如图2 6 所示。 2 2 3 2 横向管夹与悬吊杆的磨损 横向管夹与低温过热器及中温过热器i 悬吊杆磨损严重，如图2 7 所示。 9 华北电力大学硕士学位论文 图2 6 弯头磨损 图2 7 悬吊杆的磨损 图2 8 悬吊管磨损 2 2 3 3 管箍与悬吊管的磨损 悬吊管结构存在于外置床受热面高再及中过i i 管排，防磨防爆检查发现外置床 悬吊管磨损严重，尤其以中过i i 管排为严重，主要发生在悬吊管上数第l 、2 、3 、9 、 l o 华北电力大学硕士学位论文 1 0 管箍处，普遍磨损深度2 3 m m ，如图2 8 所示。 2 2 3 4 管箍、半圆板损坏 管箍与半圆板损坏严重，部分脱落开裂，失去对管子的固定作用，如图2 9 所 示。 2 2 3 5 管箍磨损管子 图2 9 管箍损坏 图2 - 1 0 管箍磨损 管箍损坏后，不仅失去了对管子的固定作用，而且管箍与管子还会产生机械磨 损，严重磨损可引发泄漏事故，如图2 1 0 所示。 2 - 3 受热面防磨措施 炉内金属磨损主要为冲蚀磨损。之所以产生磨损，关键在于灰粒具有动能。一 般认为，受热面磨损问题与床内固体物料浓度、速度、颗粒特性及炉膛的几何形状 有关。磨损与各影响因素关系表达式为【2 2 ： 华北电力大学硕士学位论文 巨= 彳五y 3 5 x 丁( 2 一1 ) 式中 e 一一磨损量； z 一一灰粒特性系数； 五受热面布置型式及冲刷方式系数； 循环灰浓度； y 烟气速度； 彳运行时间。 由公式( 2 1 ) 可看出，当煤种和受热面结构型式一定时，其磨损量与飞灰浓度 的一次方成正比，与烟气流速的n 次方成正比，且n 大于3 。冲蚀磨损是由于灰粒 具有动能，颗粒的动能又与其速度的平方成正比。另一方面，磨损还与灰浓度、灰 粒撞击频率和灰粒对被磨损物体的相对速度有关。在近似认为烟气速度和颗粒速度 相等的情况下，烟气速度的提高，会促使上述有关因素加强，从而导致冲蚀磨损的 迅速增加【2 3 1 。 因此，可将降低烟气速度、降低灰浓度、使用低磨损燃料、减小床料粒径、改 善床料构成作为运行防磨工作的切入点。 2 3 1 运行优化 运行优化主要包括降低烟气速度、降低灰浓度、使用低磨损燃料、减小床料粒 径、改善床料构成等。 2 3 1 1 降低烟气流速 3 0 0 m w 循环流化床锅炉入炉风量包括一次风、二次风、高压流化风。一次风 主要作用是流化床料，同时为燃料中挥发分燃烧提供氧气，二次风分两级进入炉膛， 起助燃、扰动的作用，实现分级燃烧。高压流化风主要提供回料器、外置床、冷渣 器流化风。通过合理配风，降低烟气流速的同时保证燃烧效率。 2 3 1 1 1 降低一次风量 一次风量占炉膛总风量4 5 左右，它不仅影响烟气流速，还影响物料循环量和 循环物料颗粒度。所以，在所有入炉风量中，一次风量对磨损速率影响最大。同时， 一次风量的大小与锅炉流化状态、床温、密相区的燃烧份额、燃烧效率、脱硫效率、 脱硝效率有直接关系。一次风量过低会影响流化质量，导致各种效率降低，严重时 华北电力大学硕士学位论文 还会导致床温过高甚至炉膛结焦等严重后果，影响锅炉安全运行。因此，我们每次 锅炉启动前都进行流化质量试验、最小流化风量试验。如图2 1 l 所示，6 号锅炉2 0 0 7 年3 月在料层厚度分别为1 0 0 0 m m 和1 2 0 0 m m 时的流化风量试验曲线，从中可得出 6 号锅炉最小流化风量为8 0 k m 3 1 1 。 1 8 1 6 4 乱 2 z 、1 0 鑫8 6 4 o2 04 06 08 01 0 01 2 0 01 6 01 8 02 0 02 2 0 流化聪爨t k m 3 ，h ) 图2 1 1 料层阻力曲线 根据最小流化风量试验结果，结合公司燃煤情况、燃烧调整试验结果，综合考 虑床温调节、燃烧效率、脱硫效率，加上一定的安全系数，制定了3 0 0 m w 循环流 化床锅炉一次风量调节曲线2 4 1 。图2 1 2 为实际运行风量与设计风量的对比。 2 2 1 0 1 5 0 n e 邕1 2 0 0 拳 要9 0 6 0 3 0 o o1 02 03 04 06 07 01 0 0”o 锅妒负荷( ) 图2 1 2 一次风量对照图 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 1 2 其它风量的调整 3 0 0 m w 循环流化床锅炉二次风分上下两层，上二次风主要补充氧气，增强风 的穿透能力，缩小炉膛中部缺氧燃烧区域，提高燃尽率，提高燃烧效率；下二次风 对物料循环量有一定影响。二次风量可跟据飞灰可燃物、炉膛出口氧量、风机电耗 等参数控制。为保证燃烧效率，我们在降低一次风量同时，应略微增加二次风量。 高压流化风影响流化质量，且回料器、冷渣器等处风量总和只占总风量3 左 右，外置床风量稍大，根据外置床流化试验，也做了相应调整。 通过多次风量调整试验，我们得出了最佳配风方案，表2 2 为5 、6 锅炉风量调 整前后对照表： 表2 2 配风对照表 设计值实际运行值 上外二次风量( n m ) 1 7 8 9 4 62 0 0 0 0 0 上内二次风量( n o h ) 6 3 3 4 07 2 0 0 0 下二次风量( n 矗h ) 1 2 3 1 3 01 3 8 0 0 0 外置床风量( n m 3 h ) 6 3 8 0 06 0 0 0 0 空预器前氧量 3 2 5 2 4 2 3 1 2 降低灰浓度 循环灰浓度即物料循环量，是影响炉内传热、床温、蒸发量、蒸汽温度的重要 参数，同时对磨损也有很大影响。3 0 0 m w 循环流化床锅炉衡量灰浓度的指标为炉 膛上部差压。降低循环灰浓度手段为降低一次风量、降低炉膛差压、合理控制入炉 煤及床料粒度。 2 3 1 2 1 降低炉膛差压 炉膛差压是衡量炉膛内部床料量的指标，差压高，床料多，燃烧稳定性、经济 性高，炉膛各部温度均匀，底渣可燃物低；差压过低可能导致炉膛下部床温偏高， 底渣可燃物偏高，燃烧不稳定。通过风量调整试验，从设计时炉膛差压根据负荷变 化范围为1 7 l 【p a ( 1 0 0 b m c r ) 2 1 9 5 l 【p a ( 5 0 b m c r ) ，修改为1 3 k p a ( 1 0 0 b m c r ) 1 6 l ( p a ( 5 0 b m c r ) ，既可保证燃烧的安全和经济性，又能有效 降低循环灰浓度，以此达到减少磨损的目的。如图2 1 3 所示。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 2 4 2 2 2 0 蔼 乱1 8 y ：1 6 叠 蕃1 4 1 2 1 0 淤蘩纛一| 荔。，i l 瀵囊蒸。ji 滋纛! 鐾8 鬻i 鬻隧 纛谶熏瀵瓣霪溪溅愿i _ 女一。# i # i ；粼i +，。冀嚣t 魏“锋l h。猫1 群冀0 i i 二# * 箕# 毒；乎蕊vi 懿$ g m 潮| 鬻嚣黍鬻羹1 | | 霪i 鬻l 爱篓豢翳鬻囊璧 纛豢囊鍪誉瀵鍪瀵露麓滋鍪麟蕤慈； 图2 - 1 3 差压调整对照图 2 3 1 2 2 控制床料粒度 关于入炉煤及床料粒度控制问题，一直是循环流化床锅炉运行的难点。粒度大， 引起排渣量大，床温高，带负荷能力低等问题；粒度过细，可能导致分离器超温、 飞灰可燃物高、床压不能维持等问题。而且，目前流化床锅炉破碎系统一般配置一 级筛分、二级破碎系统，如来煤矸石或石块多，入炉煤粒度很难控制。 通过摸索和试验，确立包括来煤控制、初选控制、细碎间隙控制、入炉煤粒度 筛分制度、细碎定期调整等一整套措施，初步解决了入炉煤粒度控制问题。另外， 每次停炉后置换合格床料也是控制床料粒度重要的手段。 2 3 1 3 使用低磨损燃料、床料 2 3 1 3 1 燃煤选择 公司5 、6 号机组试运及投运前3 个月均燃用山西烟煤，而后改用阳原褐煤， 停炉检查发现水冷壁磨损面积和磨损深度大大减轻，而云南红河电厂运行情况也证 明了燃用褐煤对减轻循环流化床锅炉水冷壁磨损的作用是明显的。 2 3 1 3 2 启动床料控制 锅炉启动前需要加入近6 0 0 t 启动床料，其颗粒特性包括粒径、形状、硬度、成 分等直接影响磨损状况。首先启动床料入炉前应筛分，并取样做筛分试验，验证其 粒度是否符合床料粒度级配要求；其次，优先选用炉渣作启动床料。一般来说，启 动床料可以选用炉渣或河沙，但不同成分的床料其硬度是不同的。河沙虽然粒度均 匀，但s i 和a l 成分较高，对受热面的磨损性强。 华北电力大学硕士学位论文 2 3 1 3 3 改变燃料的磨损特性 试验证明，在循环流化床锅炉中加入石灰石后，床料中c a s 0 4 含量升高，床料 平均硬度下降，对受热面冲蚀磨损速率明显降低，因此，投入石灰石，改变床料成 分，对减轻磨损是有一定作用的。 ，、；菱黪 2 3 2 。破备治理与改造 。：囊j 2 3 2 1 金属表面处理 金属表面处理主要包括两方面的工作：表面打磨和喷涂。金属表面打磨费时费 工，但对减小炉内受热面冲蚀磨损效用显著，因此每次水冷壁补焊后都应认真打磨 焊缝，直至焊补部位光滑平整。喷涂技术是一项有效的防磨措施，它能防止磨损和 腐蚀的原因为：涂层的硬度较基体的硬度更大；涂层在高温下会生成致密、坚硬和 化学稳定性更好的氧化层，且氧化层与其基体的结合更牢【2 5 1 。 2 3 2 2 加高防磨凸台 炉膛水冷壁防磨凸台上部1 5 0 m m 处为磨损较严重区域，特别是靠近中间水冷 隔墙区域及四角区域，应根据这些磨损实际情况，提高中间水冷隔墙及四角区域水 冷壁隔墙高度。炉膛中间隔墙与膜式壁交界处磨损原因为床料在两侧炉膛间翻滚， 区域为凸台上部1 5 0 2 0 0 l n l n ，因此，此处防磨浇筑高度提高3 0 0 姗，即可达到 减少磨损的目的。炉膛四角水冷壁磨损原因是粒子浓度高，为防止磨损，须将凸台 上升到粒度浓度较低区域，为此，将凸台提高了3 米【2 6 】。 2 3 2 3 全炉膛加装防磨梁 循环流化床锅炉炉内流体动力场特性决定了磨损的根源在于炉内贴壁流。无论 局部磨损还是区域磨损，只有解决了贴壁流问题才算根本上解决了磨损问题。 西安热工研究院有限公司发明了c f b 锅炉水冷壁新型防磨技术：主动多阶式防 磨技术即防磨梁，它通过在水冷壁上合理的设置多道障碍来降低贴壁流的灰浓度与 速度，从而达到减轻受热面磨损的目的。 秦皇岛秦热发电有限责任公司于2 0 0 8 年4 月在5 号机组大修中实施了全炉膛 加装防磨梁改造，改造情况如图2 1 4 所示。 1 6 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 4s 号炉加装水冷壁防磨梁后情况 2 3 2 4 扩展水冷壁出口弯头敷设耐磨浇注料 针对扩展水冷壁出口弯头内弧磨损问题我们对弯头部位采取了整体浇筑耐磨 材料的方式进行防磨，如图2 1 5 所示。 图2 1 s 扩展水冷屏出口弯头浇筑耐磨材料后 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 5 外置床防磨 图2 1 6 新管箍 外置床受热面磨损的解决关键靠管理，必须保证各项防磨措施实施到位。小修 时，更换、恢复所有变形、脱落的固定管夹，严格固定管夹安装工艺，拆除个别安 装位置不合理固定管夹，并且清理外置床内杂物，包括脱落的管夹。外置床管排的 高频震动是造成管子磨损的重要原因，在每排管子之间加装管撑，提高管排的整体 抗震性能，同时也改善了半圆板的受力状况。根据管箍的磨损原因及外置床实际工 况，对原管箍进行改型设计，如图2 1 6 所示。新型管箍为铸件分体式两半结构，每 半由互为9 0 。的纵向管座和横向管座组成，在每半管箍的两侧有夹耳，在夹耳上有 开孔，两半管箍为对称结构，用销钉穿过夹耳上的孔，将两半管箍加紧。新管箍由 于采用了两半结构，安装简单，而且配合间隙可调，可根据实际尺寸进行调节，满 足安装要求。管箍安装牢固不易松动从而减少因振动而产生的磨损，避免管子因磨 损减薄而发生的泄漏事故发生。 2 3 2 6 安装泄漏监测装置 受热面泄漏处理的关键在于及时发现，减小损失及检修时间，而循环流化 床锅炉由于运行环境噪音较大，多数受热面外敷耐磨、保温浇筑料，泄漏发生后不 易发现。因此在炉膛、尾部烟道和外置床受热面安装泄漏监测装置，为及早发现受 热面泄漏提供了一个有效的手段。 2 3 3 应用效果 从表2 3 可以看出，到2 0 1 0 年秦热3 0 0 m w 循环流化床锅炉受热面泄漏问题已 经得到了基本解决。截止到2 0 1 0 年底受热面安全运行周期5 号炉达到了5 8 3 天、6 号炉达到了4 5 1 天。 华北电力大学硕士学位论文 表2 35 、6 号炉2 0 0 7 年至2 0 1 0 年泄漏统计表 2 4 本章小结 循环流化床三个重点防磨区域为：密相区耐磨浇注料与水冷壁交界处；扩展水 冷屏出口弯头内弧；外置床固定管卡附近。本章分析了以上各个区域的磨损原因， 并制定出了相应的防磨措施，现小结如下： ( 1 )降低一次风量和外置床风量来降低烟气流速，同时略微升高二次风量， 以保证燃烧效率。 ( 2 )降低一次风量、炉膛差压、合理控制入炉煤及床料粒度来降低灰浓度。 ( 3 ) 使用低磨损燃料、床料，并通过加石灰石降低床料平均硬度。 ( 4 )对相关设备结构进行改造，如对金属表面进行打磨和喷涂、加高防磨凸 台、扩展水冷壁出口弯头敷设耐磨浇注料、全炉膛加装防磨梁，并安装泄露检测装 置。 通过以上措施的实施，公司两台3 0 0 m w 循环流化床锅炉磨损严重的问题已得 到根本改善，提高了锅炉运行的安全和稳定性，为3 0 0 m w 循环流化床锅炉长周期 运行提供了很好的解决方案，具有良好的社会效益和经济效益。 1 9 华北电力大学硕士学位论文 第3 章3 0 0 m w 循环流化床锅炉冷渣器的优化与改造 3 1 循环流化床锅炉冷渣器的作用 循环流化床锅炉除烟气带走一部分飞灰外，只能以排放底渣的方式放渣，为了 控制炉膛床压，防止大渣沉积，保持良好流化条件，避免结焦，就必须适时地放渣。 高温灰渣从循环流化床锅炉排出后带走了大量的物理热，灰分含量大于3 0 的中 低热值燃料，灰渣如果不经冷却，物理热损失高达2 以上，而这一部分热量通过 热交换器可适当回收利用【2 7 1 。另一方面，热灰的处理和运输十分麻烦，有碍于机械 化操作。一般输送装置最高只可承受1 5 0 3 0 0 之间温度的上限，所以灰渣冷却 是必需的。此外，灰渣中的细颗粒床料，对炉内热量传递极为有利，为进一步提高 燃烧和脱硫效率，有必要使这部分细颗粒返回炉膛。冷渣器作为底渣的冷却装置就 是出于冷却底渣、便于输送、回收余热和细颗粒几方面考虑设计的。 作为循环流化床锅炉的重要辅机，灰渣冷却装置的正常运行至关重要，特别是 随着锅炉容量的增大，己经直接关系到锅炉能否连续、可靠、安全、经济的运行【2 8 j 。 3 2 秦热公司冷渣器简介 秦皇岛秦热发电有限责任公司3 0 0 m w 循环流化床锅炉原设计4 台风水联合式 冷渣器用于炉膛排灰渣冷却，炉膛两只裤衩管各对应2 两台冷渣器。炉膛4 个排渣 口通过锥型阀与冷渣器连接，冷渣器呈矩形，通过隔墙分为3 个仓室，分别是1 个 进口空仓和2 个水冷仓，各个仓室下布置有风箱，灰渣颗粒通过布置于各个仓室底 部布风板上的风帽实现流化冷却。当炉膛床压超过设定值时，冷渣器进口锥型阀开 启，灰渣首先进入空仓，在该室的流化风作用下，部分随灰渣进入的未燃烬的煤得 以充分燃烧，并呈流化状态从风冷隔墙溢流到第一水冷仓，利用同样原理，再从第 一水冷仓溢流到第二水冷仓，然后经主排渣阀排入埋刮板输渣机1 2 引。如图3 1 所示。 3 2 1 冷渣器存在的主要问题 锅炉在实际运行中，冷渣器的运行遇到了很多问题，大体分为以下几类： 2 0 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 1 冷渣器示意图 3 2 1 1 频繁堵渣 冷渣器内部为了隔热防磨而使用了大量耐火耐磨材料，由于各种原因个别部位 耐火材料可能脱落，当脱落的耐火砖卡在排渣口时会造成堵塞。另外，空仓的流化 风会使其中未燃烬煤发生再燃烧，当煤的灰熔点较低时就会有结焦现象发生，从而 造成堵渣。煤中大颗粒矸石较多时，冷渣器就不能正常流化，也会产生低温结焦。 处理堵渣时，检修人员需打开冷渣器人孔进入冷渣器，危险性较高，还需要降负荷 等复杂的检修措施。 3 2 1 2 排渣温度高 正常排渣温度应低于1 5 0 ，而实际运行排渣温度高于2 0 0 ，最高时达到 9 0 0 。原因是灰渣粒度偏大，不能流化，冷渣器水冷仓进渣量少，换热能力差， 排渣主要通过冷渣器事故排渣。 排渣温度过高导致埋刮板输渣机变形、损坏，斗式提升机长期不能投运，依靠 挖掘机人工掏渣，排渣系统连接管道、阀门泄漏严重，严重污染现场作业环境。同 时，排渣温度过高导致灰渣物理热损失增大。如图3 2 、3 3 所示。 华北电力大学硕士学位沦文 图3 2 高温灰渣外漏污染环境 图3 3 高温渣使斗提损坏只能用挖掘机排渣 3 2 1 3 排渣操作量大 由于排渣温度高且流化风量不足，不能实现自动排渣或连续排渣，运行需指派 专人进行排渣操作，工作任务繁重。 3 2 1 4 流化风量需求大 冷渣器内灰渣流化需要大量的流化风，使流化风机耗能大，导致厂用电率增高。 3 2 1 5 受燃煤品质影响大 当燃煤中存在较多石头和杂物以及碎煤颗粒度较大时，将造成冷渣器流化不 良，进而导致排渣量增大、排渣温度升高或冷渣器堵渣。 华北电力大学硕士学位论文 3 2 2 冷渣器故障原因分析 观察采集焦样，冷渣器内焦块表观特征为：大小颗粒黏附成团，焦块内含有明 显的大小颗粒混杂特征，同时焦块内含有部分未燃尽的焦碳，另外焦块内部分大颗 粒直径明显超过2 0 m m 。通过以上焦块特征分析，该结焦属低温结焦，其发生的根 本原因在于流化不良。当冷渣器内灰渣局部流化不良时，如果有氧气通过灰渣层， 灰渣中含有的部分可燃物快速燃烧，因灰渣处于流化不良状态，可燃物释放的热量 不能被及时带走，导致可燃物颗粒温度急剧升高并超过其软化温度，发生颗粒软化、 熔融，进而使不可燃颗粒被黏附在这些颗粒表面，形成小焦块，当这种情况发生之 后，焦块使灰渣流化状况更加恶化，引起低温结焦现象再次发生，焦块不断长大， 并有可能结满整个床面。 冷渣器内不能正常流化的原因是大颗粒过多。冷渣器内大颗粒及焦块形成可能 有以下原因： 3 2 2 1 炉膛床温的影响 进入炉内燃料的燃烧及燃烧速度、着火速度受炉膛床温的影响较大，炉膛床温 高，燃煤易燃烧、燃尽，这样底渣中含碳量就会较低，底渣排入冷渣器后，空仓内 可燃物质较少，可较容易地控制空仓温度，同时排渣温度也会控制在一定范围内。 另外，炉膛温度高，炉内可燃物的燃烧效率会提高，给煤的燃失量增大，底渣量减 少，减少了冷渣器的排渣量。但床温也不能过高，当床温超过9 5 0 后，在流化风 量不变的情况下，密相区的还原性加大，灰的熔点则会降低，容易产生高温结焦， 炉内焦块会堵塞进渣口，进入冷渣器的焦块则会堵塞各仓室的排大渣口，大渣停留 在冷渣器内，会使冷渣器仓内的流化恶化，发生渐进性结焦，造成冷渣器停运。 床温较低时，燃烧速度及燃烧效率降低，排渣量增大，底渣可燃成份加大，排 渣过程中空仓内燃烧份额增大，使得空仓内床温升高，排渣温度升高，当冷渣器各 床温高于规定值时被迫停止冷渣器进渣。 3 2 2 2 煤质的影响 煤质的好坏对锅炉燃烧有着至关重要的作用，煤质较好时，燃烧稳定，床温容 易维持在较高的值，反之床温不易维持。当给煤的发热量较高，煤中的杂质( 石 块) 少时，底渣量减少，冷渣器排渣负荷较小，运行中冷渣器排渣及排渣温度较易 控制。煤质较差时，灰份含量高，当负荷大时，炉排渣量自然大。当煤中矸石较多 时，由于矸石在炉内不能二次破碎，只能排入冷渣器内，过多的大颗粒造成冷渣器 流化不良。 华北电力大学硕士学位论文 3 2 2 3 煤粒径的大小与均匀程度 循环流化床锅炉运行对给煤粒径的要求很严格，给煤粒径偏大时，灰渣粒度增 大，导致冷渣器内流化不良。给煤粒径偏大时，灰渣中可燃物量也增大，灰渣进入 冷渣器后继续燃烧，如温度超过9 0 0 易