循环流化床锅炉料层差压及炉膛差压的控制.doc

循环流化床锅炉料层差压及炉膛差压的控制1前言随着循环流化床锅炉在国内的推广，锅炉操作人员的操作水平有了很大提高，对正常运行中的一些参数（如：汽温、汽压、床温）的控制基本都能掌握，但对复杂的物料循环系统的控制，一些新投产锅炉操作人员，还不能完全掌握。料层差压和炉膛差压是物料循环系统中两个主要控制参数，是反映炉内物料及循环灰量多少的两个主要主参数，反映了锅炉物料循环系统的运行情况，对锅炉的稳定运行有很大影响，正常运行中床温、负荷等参数与其有极大关系，运行过程中，根据工况将料层差压、炉膛差压调整到最佳数值，可以使锅炉的灰渣可燃物及飞灰可燃物损失大大降低，从而提高锅炉效率及经济效益，节约能源。1.1料层差压的概念料层差压是表征流化床料层高度的物理量，一定的料层高度对应一定的料层差压。因为在流化状态下，流化床的料层差压，同单位面积上布风板上流化物料的重力与流化床浮力之差大约相等，对于正在运行的流化床锅炉，根据燃用煤种和料层差压来估算料层厚度是十分有用的。1.2料层差压的高、低对燃烧的影响料层差压对流化床锅炉的稳定运行有很大影响，料层过薄，料层容易吹穿而产生沟流，流化不均而引起局部结渣，难以形成稳定的密相区，同时还会造成放渣含碳量高，燃烧不完全，增加了灰渣热损失。料层过厚会增加风机压头，气泡增大，扬析夹带量增大，流化质量下降，底部大颗粒物料沉积，危及安全运行，风机电耗增加，锅炉效率下降。因此，料层厚度应维持在适当的范围，一般认为500mm左右为好。1.3如何控制料层差压正常运行中，风门开度是不变的，如料层差压增加，说明料层增厚，可以采取排放冷渣来减薄料层，注意一次排放量不要太大，以免影响流化，排放后应将冷渣门关严以免漏入冷风引起冷渣管结渣，如有条件最好采取连续排渣。不同厂家料层差压的测量方式不同，一般采用风室静压，作为参照，风室静压等于布风机阻力加料层阻力。在冷态试验中测定不同风量下的布风板阻力，运行中可以通过风室静压，估算料层差压和料层厚度。对于013mm的物料，为保证最低流化风量，风室静压要控制在8KPa以上，这时对应的料层差压为正常运行料层控制的最小值。循环流化床锅炉用一次风机、风压相对煤粉炉风机风压较高，运行中有风道撕裂现象，风机压头和风道的强度、风室的设计静压值也就决定了风室静压控制的最大值，正常运行中一般都要留有余量。以上最谈到的是料层差压控制的最小值和最大值，提供了控制的最大上下限，运行稳定后，应寻找控制的最佳值。料层差压随时间的变化曲线，斜率最小时对应的料层差压数值为最佳值。现在一般采用DCS控制，微机可以做出料层差压曲线，曲线斜率最小时，对应料层差压为最小。如果没有DCS微机控制，也可凭经验。放渣后，床温升高，说明料层控制过厚放渣后，床温下降，说明料层控制过薄。2炉膛差压的概念炉膛差压是表征流化床上部悬浮物料浓度的量，炉膛上部空间一定的物料浓度，对应一定的炉膛差压，对于同一煤种炉膛上部物料浓度增加，炉膛差压值越大，炉膛差压与锅炉循环灰量成正比。2.1控制炉膛差压的意义流化床内物料粒子浓度是决定炉膛上部蒸发受热面传热强度的主要因素之一，试验表明，床、管之间放热系数随粒子浓度成直线关变化。因此，锅炉炉膛差压越高，锅炉循环灰量越大，将有更多的循环灰被带到炉膛上部悬浮段参加二次燃烧，锅炉出力也就越大。对于同一煤种，物料浓度增加，炉膛差压值增大，对炉膛上部蒸发受热传热强度越大，锅炉出力越强，反之锅炉出力越弱。循环流化床锅炉密相区中，燃料燃烧在密相区的燃烧热，有一部分由循环系统的返回料来吸收，带到炉膛上部放热，才能保持床温的稳定，如果循环量偏小，就会导致密相区放热过大，流化床温度过高，无法增加给煤量，带不上负荷，因此，足够的循环灰量是控制床温的有效手段。2.2如何控制炉膛差压控制炉膛差压主要靠调整循环灰量来实现，当循环灰量少，炉膛差压小，床温偏高，不能满足负荷的需要时应适当增加二次风量及给煤量，这样炉膛上部颗粒浓度增加，燃烧份额也得到增加，水冷壁的吸热量增加，旋风分离器入口物料浓度增加，物料循环量增加，负荷增加。有时因燃料含灰量高，循环量逐渐增大，床温过低燃烧无法维持，这时应放掉一部分循环灰，来降低炉膛差压。3总结以上料层差压和炉膛差压控制方法在我厂被广泛应用。流化床密相区水冷壁的磨损和旋风分离器的磨损都有所减轻，两台新投产240t/h锅炉连续运行周期均超过半年高倍率循环流化床锅炉运行特点及对策探讨通过对某热电公司一台高倍率循环流化床锅炉在调试运行中发现的几个问题的分析和讨论，试图摸索出高倍率循环流化床锅炉运行过程中的一些内在规律，并提出相应的处理措施，以指导实际运行操作。1锅炉运行情况概述：11该锅炉是由XX锅炉厂生产的XG-130/3.82-M13型中温中压、单汽包、单炉膛、自然循环、全悬吊全钢架“M”型布置的循环流化床锅炉，物料分离和回送装置采用蜗壳式汽冷旋风分离器和“U”型返料器，锅炉采用DCS系统进行控制、操作。12主要设计参数为：额定蒸发量变130t/h，主汽压力3.82Mpa，主汽温度450，锅炉热效率90.37%，物料循环倍率2530，脱硫效率(Ca/s为2.0时)80%，燃用设计煤种燃料消耗量20.06t/h,石灰石消耗量0.51t/h,密、稀相区燃烧份额6413设计燃煤特性：收到基全水份(My)：8.22%收到基挥发份(Vy)：26.67%收到基碳(Cy)：47.56%收到基灰份(Ay)：32.11%收到基氢(Hy)：2.5%收到基氧(Oy)：8.34%收到基氮(Ny)：0.77%收到基全硫(Sy)：0.4%入炉煤粒度范围：010mm，50%切割粒径d50=1.5mm。14。锅炉调试运行情况：该循环流化床锅炉在调试运行过程中表现出良好的性能，主要表现在运行稳定、带负荷能力强，在最高负荷143t/h时和最低30t/h时仍能保持良好的运行性能。从整个运行情况看，该炉物料分离器分离效率高，因而确保了锅炉物料循环量达到设计要求，从燃烧效果看，该炉燃烧效率很高，飞灰含碳量、底渣含碳分别在5%和1.5%以内，实际燃料消耗量1618t/h左右。但是，该炉在调试运行中也发生了诸如床层结焦、物料将床层和返料器压死、床层或返料器物料消失、床层返料器结焦等不正常情况，这些不稳定因素严重影响了锅炉运行安全，也造成了较大的直接和间接经济损失。2异常情况原因分析：21从发生异常运行情况时的工况统计数字来看，大多数都处于升、停炉或加、减负荷的变工况过程中，正常运行过程中发生异常情况也是在锅炉负荷较高或较低时但次数较少。也就是说大多数异常情况是发生在锅炉处于一种不稳定工作状态之中。22高倍率循环流化床锅炉运行特点：因异常情况主要发生在升停炉或变负荷过程中，在对一、二次风量、返料量和给煤量进行调整时发生的，因而对高倍率循环流化床锅炉运行特点的把握至关重要。由于该循环流化床锅炉属高倍率循环炉，锅炉厂根据设计煤种属高挥发分、高热值、低灰分的特点选用高倍率循环的燃烧方式是完全正确、合理的，该炉表现出很高的燃烧效率也证明了这一点。然而，25-30的物料循环倍率意味着在以1618t/h的给煤量加入炉膛的同时，约有400-480t/h或更高的循环灰量在炉膛和主循环回路中循环，其中炉膛中的循环灰量份额占绝对优势，即炉膛中的颗粒浓度极高（是一般循环流化床锅炉颗粒浓度的2.5-3.0倍），而炉膛上、下部（即密、稀相区）颗粒浓度分配（即燃烧份额）主要是由一、二次风量比例及返料量大小决定的（给煤量的变化也有影响但较弱）。因而如果在变负荷操作过程中，对一、二次风量及比例、返料灰量及给煤量的调整未能把握高倍率循环炉的特点而造成调整失当，势必引起炉膛内上下部颗粒浓度大幅度波动，当这种波动影响力达到使炉膛上下部颗粒浓度比例严重失调时，就会出现：或下部颗粒浓度过大物料将床层压死；或物料大部或全部集中于上部空间床层物料消失。同时，炉膛内颗粒浓度的大幅波动也使炉膛出口的颗粒浓度发生大幅波动，而这种浓度波动也引起炉膛出口含尘烟气温度和烟气速度（当炉膛出口负压值保持不变）的大幅度变化，进而对分离器的分离效率产生重大影响。或因炉膛出口颗粒浓度、温度、速度（此三者的变化方向是一致的，且三者变化值分别都与分离器效率变化值成正比例关系）大幅上升，分离器效率也大幅度提高（此上升幅度以近三次方速度进行），亦即分离器下来的返料量可大幅增加，造成返料器松动床所受到的压力大幅增加，如此压力增加是瞬间进行的，松动床将无法承受而被压死；反之，当炉膛出口颗粒浓度、温度、速度大幅下降时，分离器效率也大幅下降，返料量也随之减少。如发生床层压死等极端情况时，返料进入立管中的量几乎为零，而返料风如未被及时停用，则立管中仅存不多的返料仍将被送入炉膛，当立管中存料料位重力不足以抵消返料风压时，立管料层就会被击穿，造成返料器空床。由于引风机的抽吸力和分离器阻力的共同影响，炉膛床层中极细颗粒有可能沿返料通道反窜到尾部烟道。23运行操作的影响分析：由于使用了DCS系统这种较先进的控制手段，运行操作人员可以更方便、更快捷地完成各种监视和操作任务。DCS系统不但可让运行人员利用点击鼠标的方式操作所有开关量，而且在进行各风门档板、阀门开度、辅机转数等开关量调节时可由运行人员根据需要直接设定好目标值，经确认后由微机自动快速跟进调节电动操作机构执行，执行完毕后微机还将执行情况以反馈信号的方式予以反馈。此种控制方式被掌握后不但大大减轻了运行人员工作量，而且操作准确率极高，省时省力。经一段时间磨合，运行人员均能熟练运用此项操作技能。这种操作手段不但被熟练地运用于锅炉正常运行中，而且在升停炉、加减负荷等变工况中，运行人员也根据运行经验使用该手段，以期用较快速度完成各项操作。根据该循环流化床锅炉以往发生的一些异常情况大多发生在升停炉和加减负荷等变工况过程中的事实，我们对运行人员在变工况时的一些操作进行了详细的分析和研究，经对各种变工况下的一次风量和风压、二次风量和风压、返料风量和风压、点火风室压力、床层压力等操作曲线，并结合高倍率循环流化床锅炉的运行特点进行了认真分析研究，认为各种异常情况的发生除了煤质（含粒度）变化、设备结构设计存在着的一些不足等客观原因外，与运行人员在变工况时的操作不当有很大的关系。现将各种异常情况发生的原因和现象分析、讨论如下：231一次风量增加或二次风量减小操作幅度过大、过快，炉内一、二次风量比例失衡：在升炉和加负荷过程中，运行人员往往依运行经验在进行一、二次风量调整时采用预先设置目标值，后由微机带动电动机构执行快速达到目标值的方法进行操作的。这种操作方法带来的后果是，依据循环流化床加负荷先加风、后加煤的操作原则，司炉在升炉和加负荷过程中，也是先加风后加煤，而在风量调整时又按先加一次风后加二次风的顺序进行。如此，当一次风量的增加是通过微机操作快速完成的（此时间只须几秒至十几秒），而且风量调整幅度达几万立方米时的极端情况下，在此瞬间炉内工况可能发生根本性的改变，即当一次风量增加时二次风量、给煤量并未增加跟进，此时炉内一、二次风比例中一次风占绝对优势，炉内颗粒浓度份额（燃烧份额）随之发生根本性改变。大量原本停留在炉下部密相区内的颗粒，因一次风速随风量迅速加大而超过颗粒终端速度，被送入炉上部稀相区。床层颗粒浓度迅速下降，这使一次风速进一步加大（料层阻力在进一步减小），床层颗粒浓度进一步减小，除那些为数不多的终端速度大于一次风速大颗粒外，床层颗粒几乎全部离开密相区床层物料消失。与此同时，稀相区也因瞬间浓度增加过快，稀相区燃烧份额迅速加大，使炉膛出口颗粒浓度和烟气温度迅速增加，如此时炉膛出口仍保持为负压则烟气速度也会增加。随着炉膛出口（即分离器进口）含尘气流的浓度、温度、速度的迅速增加，分离器分离效率也将迅速提高很多，被分离出来进入返料区域的返料量迅速加大，返料立管中灰柱对返料器形成的压力迅速加大。由于这种压力增加量远超过一次风增加量对返料风的影响，造成返料器堵塞。如正常运行时返料器烟温度接近1000，返料器被压死后就可能发生结焦。232一次风量或二次风量操作幅度过大、过快：在停炉或减负荷等变工况过程中，如一次风量或二次风量调整操作同样采用微机快速（几秒至十几秒）完成的方法，其幅度达到几万立方米时，将使炉内上下部物料颗粒浓度同样发生急剧变化。由于高倍率循环流化床锅炉炉内上下部物料颗粒浓度极高，二次风在锅炉运行过程中除加强对颗粒燃烧扰动、补氧提高燃烧效率外，还将炉膛划分为密相区和稀相区两个相对独立的燃烧区域，即起到进行炉内颗粒浓度分配的作用。在高倍率循环流化床锅炉运行中，炉膛内上部物料颗粒浓度极高，因而其重度（含内循环颗粒重度）也很大，往往是低倍率循环炉的2.53.0倍，故二次风还以其足够的刚度（其风速一般达60100m/s）一定程度上起到支撑炉上部颗粒重度的作用。在此情况下，如锅炉停炉或减负荷等变工况操作中，减（或停）二次风量（机）时，也采用微机设定目标值快速完成操作，造成二次风量减小幅度过大、过快，二次风支撑炉膛上部物料支撑力瞬间减小很多（或消失），这样，大量终端速度超过一次风速的炉膛上部物料（含内循环物料）就会瞬间向床层集中，而次时即使一次风尚未减小，也难以承受整个炉膛物料重力瞬间对其产生的压力，床层由流化床变为固定床，床层被压死。不仅如此，即便在正常运行二次风量调整也会对床层高低产生一定影响，这在锅炉运行过程已得到了证明。而一次风量如减小时幅度和速度过大、过快，也会造成同样的后果。24锅炉系统局部结构设计考虑不周造成的影响：241返料器的结构设计的影响：该锅炉虽设计采用高倍率循环，有着浓度极大的物料循环，但锅炉厂在返料器的设计中对此并未予以充分关注，仍然采用传统的设计方法，将返料风室设计成矩形，而非布风性能优越的等压风室。在返料风和松动风量分配的结构设计时，也只不过是在布风板开孔率加以考虑，而返料风帽与松动风帽结构型式和风帽孔径却完全一样，并未在两种风帽结构设计上多想些办法。这些结构设计很难保证两个风室的风压在锅炉变工况即返料量大幅度变化时保持一致。同时，也未在返料立管下端（返料器进口）设置温度和压力测点，返料立管看火孔处也未设计观察平台，使运行人员无法从仪表和就地观察返料器内返料整体的运行情况，即使感到返料器运行不正常，进行返料风调整时很盲目。高倍率循环流化床锅炉中如此重要的返料器运行情况因结构设计不周而成为运行监视的盲区，锅炉运行工况特别是返料情况一旦大幅变化，运行人员无法根据实际情况作出快速判断和果断处理。这也是锅炉异常情况频发的又一重要影响因素。242返料风系统设计的影响：设计院在进行返料风系统流量测量装置设计时，只是在返料风母管上设置了一个测量装置，正常运行时尚能保证监视需要。但因返料风量和松动风量无单独流量监视装置，当返料量发生大幅变化时，运行人员很难通过两个风室风量的调整保持左右两个返料器及同一返料器返料风室和松动风室的风量平衡。再加上返料器风室非等压设计，当返料大量增加时，松动风量急速下降风压急速上升。因返料器结构原因无法保持松动风室的压力恒定，大量风量向压力相对小些的返料风室流去，造成松动风量进一步减小，返料将返料器压死。反之，返料大量减少时，松动风因压头急速下降风量急速上升，将立管返料击穿，返料被吹散。这些因素加速了异常情况的发展。243给煤系统及给煤机结构设计影响：因煤仓设计原因给煤机进口常堵煤，造成煤流不稳。同时，两台“U”型绞笼给煤机因给煤机能力限制，单台给煤机出力达不到锅炉满负荷运行要求，一旦任一台给煤机断煤对锅炉运行工况特别是对炉膛燃烧工况影响很大，如处理给煤机断煤时间过长，床层的稳定性被破坏，炉膛上下物料浓度分配发生改变，司炉此时若处置不当，异常情况亦随时可能发生。3异常情况处理对策探讨：31运行操作原则性处理对策：针对高倍率循环锅炉的运行特点，在对锅炉异常情况进行深入分析研究后，必须对运行人员在运行工况调整特别是变工况调整操作作出一些原则性规定，以指导运行操作，防止异常情况发生。311一次风机风量调整：在一次风量调整时，禁止使用在DCS中设定目标值后由微机自动跟进快速完成操作的方法进行。而必须用点击鼠标的方法小幅慢速完成一次风量加减操作，将因一次