循环流化床若干技术问题的探讨与改进措施

循环流化床若干技术问题的探讨与循环流化床若干技术问题的探讨与 改进措施改进措施 1 我国循环流化床锅炉的发展概况 1 1 普及 cfbc 锅炉的原因 作为一个发展中国家 如何解决煤炭燃烧设备降低 nox so2 大气污染物排放 改善环保减轻温室效应 低成本的 设备投资 提高能源利用效率 便于劣质煤综合利用 尽量处 理固体垃圾燃料之间所存在的矛盾 成为煤炭燃烧和综合利用 设备发展和应用的关键所在 在这样的客观现实情况下 cfbc 锅炉的普遍运用就成为 多数用户的首选燃烧设备 较好地解决了上述矛盾 1 2 对我国 cfbc 锅炉的发展现状的看法 最近几年 国内 cfbc 锅炉的容量和普及程度呈阶梯状异 常快速发展 很多并不成熟甚至是试验性的技术 也被直接盲 目引进国内 带来了许多问题 尤其是大中型 cfbc 锅炉 需要 的技术改进太多 cfbc 有许多理论和实践问题需要进一步研究 和完善 我国 cfbc 研发水平与发达国家相比 差距不小 引进 技术的消化还不十分透彻 专业理论研究 技术应用领域 管 理机构 设备安装制造 成套设计和试验调试之间的协作也存 在不少弊病 我们认为 国内 cfbc 技术的发展过于急躁 容量直接由 十二年前的 75t h 迅速发展到现在的引进 1025t hcfbc 电站锅炉 生产研制周期太短 这其中的缺憾是在所难免的 2 cfbc 锅炉的优点 cfbc 锅炉的很多独特的优点 是传统锅炉技术所无法实现 的 正是由于这些技术优点 使流化床锅炉得以快速发展和广 泛应用 作者认为 流化床首先应当被肯定的优点有十项 今 后也应当在这些方面多挖掘潜力 进一步提高其应用实效 流化床低温燃烧技术实现了燃烧过程高效脱硫 脱硝 2 2 燃料的适应范围广泛 甚至可以燃烧一切具有发热量 的可破碎固体燃料 2 3 排出的灰渣活性较好 有利于灰渣的综合利用方便 与颗粒直接接触的受热面 具有很高的传热系数 受热面 布置灵活 流化床的负荷调节范围很大 非常适应于电网调峰 小型的 cfb 可以实现较长时间的压火热备用 整台锅炉机组的锅炉岛系统布局简单 不需要十分庞杂的 燃料制备系统 在充分注意环保指标的前提下 设备综合性一次投资较少 2 9 运行操作简便 辅助机械故障率较低 2 10 热效率和燃烧效率较高 3 我国 cfbc 锅炉在实际应用中所存在的缺点 由于 cfbc 锅炉的特殊发展背景 其技术方面必然存在较 多的困难和问题需要进一步克服和解决 根据我们的经验 目 前国产 cfbc 锅炉至少有以下十个方面的明显缺点 锅炉受热面磨损严重 由于受到固体颗粒强烈的摩擦 使受热面磨损严重 成为 发展流化床锅炉大型化的首要困难 由于严重的磨损 甚至使 一些流化床用户的连续运行时间很难突破一 两个月 比如西 山煤电集团 cfbc 改造以前就是如此 分离器料腿下方的返料器返料故障时有发生 影响返料系 统物料循环效果 点火过程的操作比较繁琐 考虑因素较多 冷渣器的排渣状态直接影响流化床的运行可靠性 风机厂用电率较高 容易发生堵煤和床温不均匀故障 cfbc 锅炉对燃料的水分 颗粒度以及燃料的流动性十分敏 感 普遍存在落煤管 煤仓给煤斗 碎煤设施 给煤机本身的 堵塞和泄漏 由于播煤风 二次风设计不尽合理 造成床温的偏差过大 甚至局部结焦 3 7 cfbc 料层及炉膛温度对燃料的颗粒尺寸及其宽筛分的 比例分布十分敏感 当运行料层颗粒偏细时 炉膛内的各部灰浓度显著增加 反映在炉膛压力上会非常高 观察和测量到的热态最大炉膛中 部压力高达 780 850pa 这样的情况下 给返料系统造成了很 高的负担 会出现 5 18 分钟为周期的炉膛悬空部分脉动式悬 浮燃烧 甚至使得空间温度高达 1050 1170 严重时掉焦块 压死床料造成紧急停炉 或者在返料系统内部构成结焦环境 产生疏松的焦快 根据我们多年来的观察 细料床一般温度偏低 点火困难 且容易灭火 低温结焦倾向明显 而粗大颗粒料层又容易温度 偏高 高温结焦倾向明显 3 8 烟气中携带的飞灰可燃物含量普遍较高 密封问题需要很好地解决 尤其是高风压和过渡烟道的对 接部分 3 10 流化床烟风道爆破的隐患明显存在 由于受低温燃烧的传统概念影响 绝大多数 cfbc 锅炉制 造厂 用户和设计单位没有充分意识到锅炉的瓦斯防爆问题 启动过程中控制不好时 容易出现爆燃 该现象引起炉膛温度急剧上升 汽温严重升高 双炉膛结 构的 cfb 在单侧发生爆燃时 还造成汽温严重偏差 最高时可 达 65 120 3 12 与常规锅炉运行相比较 cfb 锅炉运行周期相对较短 关于 cfbc 锅炉设备缺陷和运行故障的的解决方案 这些年来 我们对多台流化床锅炉实施了成功的技术改造 基本解决了这些锅炉的关键燃烧有关的技术问题 下面简要归 纳内容可供有关技术人员参考 4 1 给煤机落煤管增加输煤风 在每台给煤机下方落煤管上适当部位增加小角度倾斜的导 流式 输煤风 管 其管径和风源压力温度根据流化床给煤机台 数和计算风量要求确定 该风源与一般的播煤风和输送风有所 区别 增加这一风管有以下几个目的 4 1 1 用高压密封风密封微正压燃烧的炉内料层 减少环境 的烟气 粉尘污染 4 1 2 通过具有一定流速的输煤风来疏松和携带燃料 减少 发生堵煤的可能 4 1 3 落煤管尤其是其炉前部分容易受到高温辐射影响 需 要冷却风来冷却 解决落煤管烧红 烧损问题以及膨胀变形 开裂问题 4 1 4 输煤风进入料层以后 起到播洒燃料和搅拌料层的作 用 改善燃料扩散效果 促进床温稳定 均匀 4 1 5 由于输煤风事实上起到了二次风的作用 减少了启动 二次风机所产生的瞬间蒸汽 料层温度摆动的冲击 便于稳定 过渡 4 2 增设瓦斯排放管 在空气预热器出口风道的最高点甚至尾部烟道顶部 布风 室和旋风分离器处增设瓦斯排放管 其目的在于排放压火 启 动期间积存在空气预热器风室内部的瓦斯 降低瓦斯浓度 减 少产生爆破的可能 4 3 加设捅灰捅渣口 在分离器 冷渣器放灰管接近返料器风室下端处 放渣管 接近风室下方处加装桶灰嘴 并在桶灰嘴上加一个手拨密封挡 板 一旦发生堵灰堵渣时设法疏通 以免发生由于堵塞而被迫 停炉的事故 4 4 放渣管增设水冷套或耐火涂层 在锅炉底部放渣管风箱内部的管段增加水冷套或耐火涂层 防止放渣管在油枪点火过程中的烧损 起到一个启动保护作用 4 5 返料器返料风的改进问题 根据返料风 l 阀喉部的阻力情况 改进返料风管并增加 返料风压利用率 然后按返料装置的结构特点 肉眼观察返料 效果 调整好返料风分配量 个别返料器还需要增设导流风 一般使用冷风源作为返料风可以产生很好的效果 在管道布局上 充分考虑阻力平衡 形成对称的返料特性 2 6 加装合理的料层差压取样系统 调整适当的床层温度 计高度 从耐火浇注料表面向上算起 料层温度计的高度应为 400 550mm 480 500mm 最佳 而料层差压的零压点取样位 置高度则应当为 150 200mm 处 以便准确反映料层厚度 有 利于排渣量和排渣周期的精确掌握 而下风负压点的取样位置 应当为炉膛中部负压或者分离器入口负压 确保参数的稳定可 靠 计算单元根据冷态试验结果加上零位修正即可 对于各处设计的温度测量一次元件的安装取样位置 必须 考虑到以下几个方面的误差影响因素 取样一次元件是否足够 长 防止附近受热面的吸热或放热影响 取样难点能否反映真实的烟气流程基本平均状态 烟气温 度的测量需要与锅炉专家探讨其流体偏差 烟气分布的影响 尽量科学 真实 流化燃烧颗粒冲刷的影响 取样点是否考虑了前后受热段漏风的密封影响 标识位置和名称正确与否 所选择的取样点维护应当方便 对于烟气压力测量 炉内需要考虑防堵塞措施 炉外须加 装吹扫三通和吹扫用的可拆卸管口 其末端直径应当为 10 12mm 并有含胶垫的密封端盖 4 7 在风道适当位置加装大尺寸防爆门或专用泄压风道 有必要考虑一下空气预热器防爆泄压问题 我们建议 将 相当数量的检修孔改造为具有防爆能力的双功能设施 其表面 铁板可以由 0 4 0 5mm 铁箔或铝皮替换 并在其表面用剪刀划 出辐射状强度减弱线 在其内部用耐火隔热柔软材料铺设 在 各级空气预热器的过渡或出口风道上增设防爆风道和防爆门 这样做可以避免因严重尾部爆破无法泄压 造成烟风道的严重 变形和破损的问题 4 8 旋风分离器的膨胀问题的解决 为了防止旋风分离器的膨胀变形和脱落问题 在旋风筒耐 火浇注料层的适当部位多预留一些膨胀缝 对一些支吊结构不 够强化的分离器及其内筒体 设法加强支撑筋板或自调结构 个别可能出现膨胀偏斜的斜撑应设法予以平衡 对不能自由膨 胀的支撑加以柔化处理 消除应力 防止筒体变形脱落 为了解决返料器方箱开裂的问题 建议加装分离器外套筒 的金属膨胀密封套管 套管与主套筒之间用石棉绳或使用松软 材料密封 使得 l 阀可以自由适应膨胀过程的挤压和偏置集中 应力 减少发生开裂变形的可能 4 9 旋风分离器波纹管膨胀节烧红问题的解决 将该处冷却风源调整为较高风压的冷风源上 一般情况下 可以直接取自一次风机的出口风箱 加强密封 防止灼热的灰 流烧损 4 10 煤仓煤斗 给煤机和落煤管增加捅煤口 流化床在运行过程中 经常因原煤潮湿等原因棚煤 堵塞 须加装桶煤口便于处理堵煤问题 4 11 各个点火油枪前加装就地或远方油压指示表 这些油压表可以用来调整点火油枪的燃烧强度 确保点火 过程床下风室温度随时可以均匀分布防止风箱变形 此外 床 上油枪的温度平衡对炉本体的整体均衡膨胀和物料预热也很有 好处 另外 可以保证最低的油枪雾化压力 4 12 排渣排灰系统的运行控制与设备保证 对于采用连续排渣方式的流化床 必须保证各个床面排渣 点的均匀和正常 对溢流排渣方式 必须在一定的周期内 进 行炉底事故排渣的定期排放 对床下排渣方式 则必须对各个 排渣点定期轮换排渣 或者一部分连续排渣而另一些排渣点定 期放渣 这样做的好处是始终可以保持床内料层颗粒度和分布 的均匀性 确保床温稳定 我们对所做的流化床锅炉都作这样 的要求 带有冷渣器的流化床 必须增设事故旁路排渣通道和旁路 导流风防止堵渣停炉 返料器的放灰管应保证运行中放灰闸板 的密封 结构灵活和安全操作问题 4 13 沿着流化床耐火层上边沿附近的水冷壁下部裸露部分 的防磨问题 改进这一部分的措施有两项 一是在不影响传热的前提下 可以适当抬高燃烧室耐火浇注料层上边缘高度 减轻大颗粒对 水冷壁的冲刷 二是可以在易磨损区域的水冷壁密封鳍片上加 焊防磨片或异型钢筋 减轻水冷壁表面的高速涡流产生的 滑灰 磨损程度 4 14 料层温差与飞灰含碳量的减少措施 致力于给煤风和二次风的设计改进 减少直接由于 水平 流化湍动过程 的弱化所产生的床温分布不均 最好的情况下 可以将 170 230 的床温偏差明显减少为 35 以下的温度偏差 目前山西省境内多台 cfbc 锅炉中 已经有一些实现了最 优飞灰指标 比如山西孝义楼俊焦化集团 五四一电厂和介休 茂胜集团的 75t h 240t hcfbc 锅炉的飞灰含碳量都小于 10 12 甚至达到 6 8 这样的水平 其关键在于我们对我 们自己宏观认识到的 水平流化湍动过程理论 予以了足够的重 视 实施充分的风扰动方案 明显提高了燃烧稳定性 降低了 飞灰可燃物含量 改善了热负荷均匀性 4 15 完善碎煤与燃料供应系统 碎煤系统至少要保证二级振筛分选 一级破碎 初级振筛 分选后合格的燃料直接进入皮带上煤 而留下来的燃料经过经 过破碎以后 交给二次振筛破碎 二次振筛分选以后的合格燃 料送到皮带上煤 不合格部分返回破碎机中继续破碎 这样做 的好处是可以大大减轻破碎机的负载 减少异常情况的发生 如有二级破碎则更好 大型 cfbc 机组至少要有两套这样的并联 体系 每台套可以单独承担至少 125 的额定负荷下的燃料供 应需求 且每天可以至少停运 8 小时以上 4 16 关于循环流化床的点火温度问题 一般的经验或者厂家说明书都要求流化床点火温度为 500 650 而撤出油枪的温度不低于 800 900 但事实上 对于挥发份较高的煤种 可以采用低温 逗火 的方法来点燃流 化床 采用 420 460 的温度来试投煤点火 而完全撤出油枪 的温度可以选择 650 750 但对于挥发份很低 而热值和灰 分又高的男燃煤种 则可以考虑 550 650 脉动投煤 主要依 赖升温趋势和具体的升温速度来具体判断 切不可随意操作 其好处很多 不必赘述 其原理在于升火过程中的实际床温往往要比监视到的床温 高 120 170 而灭火过程则相反 实际温度比监视到的温度 低大约 50 90 4 17 cfbc 锅炉应当充分重视耐火浇注料的施工与烘炉工艺 几乎所有的 cfbc 锅炉在完成烘炉操作 进入整套调试以 后都会不同程度地出现耐火浇注料的脱落 炸开 龟裂等情况 通过相对完善的烘炉工艺优化方案 实现相对优良的耐火浇注 料表面珐琅质和基材的硬度 强度 施工中充分重视滑模的精确度 尽量减少滑模换位之间高 度 圆周和水平方向的错位重叠 消除易于产生脱落的 麸皮 现象 耐火浇注料的基材固定钯钉 从数量 分布和形状上要 充分保证 浇注过程中充分夯实湿料 在烘炉以前的自然干燥 与养护时间至少为 8 10 天 施工工艺和材质要有很好的质量 保证 在施工过程注意留够热工测点的预留点 位置要精确 防 止以后耐火浇注料完成固化后无法实现测点的优化 4 18 返料器 冷渣器 外置式换热器和流化床的冷态试验 优化 冷态试验是检验 cfbc 技术的一个非常重要的关键措施 必须保证试验数据的真实指导意义 目前我们已经可以通过冷 态试验对中小容量的 cfbc 热态最低稳燃负荷和最高负荷进行预 测 其误差仅为 5 8 主流化床 返料器一般采用表盘的常规运行测点就可以很 好地进行试验 而对于冷渣器和外置式换热器 则需要运用流 体力学和空气动力学原理合理选择额外的加装测点 对其进行 精确的多工况选择性调整测试 为以后的床温控制 燃烧优化 和循环返料过程控制提供基础的技术数据 4 19 省煤器 过热器的防磨处理 采用水冷式高温旋风分离器结构的 cfbc 由于灰浓度的 显著降低 确实可以减轻这部分位于烟道横截面受热面迎风侧 管束表面的磨损 而采用中温或者低温方式的旋风返料装置的 cfbc 位于分离器前面的受热面磨损则相对较严重 管组表面采用金属表面喷涂工艺确实可以适当减少磨损程 度 但效果有限 可以适当采用壁厚增加 螺旋管 防磨罩 金属成分优化和槽型护片的方式 将这部分易磨损部位受热面 的磨损降至最低 山西西山煤电集团 75t hcfbc 锅炉 就采用 了省煤器变为异性管材 很好地解决了问题 使得磨损泄漏周 期由原来的 15 20 天提高为一百天以上 不少运行电厂连一 两个月连续运行都很难突破 4 20 确保石灰石投料系统的长期正常投用 我国绝大多数 cfbc 锅炉的石灰石投料系统都没有很好利 用或者根本没有使用 测试表明 只要正常使用就能保证很好 的脱硫效果 需要加以完善和充分使用 保证环保指标满足要 求 4 21 对于风帽的选择 目前长期的观察和实践经验证明 定向风帽在一般情况下 都很不适应大型循环流化床的稳定运行 容易出现局部死料 波浪式涌动流化 布风板漏渣等问题 只有在考虑了底部放渣 以后 可以在放渣管口附近布置一些小孔径的定向风帽 因此 建议对大多数已经采取定向风帽的厂家 全部更换为钟罩式 改良型蘑菇头式 手榴弹式或者多向倒 7 型风帽 4 22 返料器存灰问题 运行技术改进有以下几条 a 对于双炉膛结构或者容易出现爆燃的锅炉 建议空返料 无灰启动 b 对于需要填充返料器存灰启动的 cfb 使用冷态试验的自 然灰料积存 c 运行中灰浓度过高时 可以使用返料器放灰来解决问题 d 对于返料不正常 返料温度无法上升情况 可以少量多 次放灰 疏通返料不畅的冷灰栓塞点 e 如果出现返料风室漏灰 造成