大型循环流化床锅炉节能技术的研究

大型循环流化床锅炉节能技术的研究

循环草场与一般露天开采锅炉的主要区别在于，它们处于循环状态，具有较强的适应性（低热值的低采矿）和较强的蓄热能力（变负荷和峰值调节能力强）。通过低温燃烧、燃料和脱硫剂反复循环，很容易实现低污染的绿色燃烧。近年来,大型循环流化床锅炉在内蒙古广泛应用,通过对内蒙古京泰发电有限公司2×300MW循环流化床机组(以下简称京泰电厂300MW机组)、内蒙古神华亿利能源有限公司4×200MW循环流化床机组(以下简称神华亿利电厂200MW机组)、内蒙古包头第一热电厂2×125MW循环流化床机组在调试期间的调整研究以及生产期间的运行研究,总结了大型循环流化床锅炉的节能技术经验,下面主要从点火燃烧、设备优化方面进行阐述。1点燃燃烧调整1.1启动设置1.1.1点火整理对床料颗粒的影响床料是进行点火的物质条件,点火时的预热时间设置、配风大小、投煤时机等都以此为依据。床料颗粒的大小及均匀性直接影响着火的难易、点火的成败及经济性:若床料颗粒太大,点火时需较大风量流化床料,部分点火能量被风带走,致使床料升温困难,加热时间过长;若床料颗粒太小,大量细小颗粒会被烟气带走,致使料层减薄甚至局部吹穿,点火过程不易控制,易结焦。实际应用中,床料颗粒一般要求在8mm以下,床料中大小颗粒的分布要适当,表1给出了点火筛分床料推荐值。经过对多次点火过程的研究,发现点火初期床料的静止高度不宜过高或过低:过高会延长加热时间,易造成加热不均;过低会吹穿料层,使布风不均而结焦,但低料位在点火初期可以有效减少燃油消耗量。推荐点火时静止料层高度为550~650mm。1.1.2煤系机组冷态通风试验选优(1)上水温度:在省煤器出口壁温、汽包上下壁温差允许的情况下尽量提高上水温度。上水过程宜缓慢,夏季不少于2h,冬季不少于4h,同时密切监视壁温的变化。(2)一次风量:锅炉冷态通风试验获得的临界流化风量值即床料流化保证值。在点火初期,控制一次风量略高于临界流化风量,保证流化即可。(3)二次风量:点火初期,二次风量主要以氧量、温升率为参考进行调整,二次风量不宜过大。1.1.3床下油点火的种类大型循环流化床锅炉的点火方式有床上油点火、床下油点火方式。(1)床上油点火。床上油点火是采用床上油枪燃烧产生的高温烟气和火焰对床料进行直接加热的点火方式。由于热的烟气和火焰不能完全穿透床料,部分热量被风量带走,故温升速率较慢,点火燃油消耗量较大,燃油的热利用率较低。同时,由于油枪加热的不均匀性,在点火期间的床料温度也不均匀,易出现局部超温现象。上海锅炉厂生产的循环流化床锅炉多采用床上油点火方式,一般135MW锅炉冷态点火启动用油为50~55t/h,200MW锅炉冷态点火启动用油为60~65t/h,燃油消耗量较大。(2)床下油点火。床下油点火是采用床下油枪先将冷风加热成为热烟气,然后利用热烟气间接加热床料的点火方式。可以通过调节床下油枪的油压和喷油量,改变风道燃烧器的燃烧风、混合风风量和风比等方式,达到控制热烟气温度和烟气量的目的。床下油点火方式加热迅速、均匀,可很快将床温提升到着火温度,缩短点火时间,减少燃油消耗量。点火期间宜尽量维持一次风量的稳定,同时调整床下油枪的点火风和混合风量,达到风道燃烧器烟温的平衡。京泰电厂300MW机组锅炉系东方锅炉厂生产,设计有床上与床下2种油点火方式。2号机组锅炉首次点火至168h满负荷试运结束,锅炉点火启动均采用床下油点火方式,共耗油550t,极大地节约了燃油,经济效益显著。1.1.4投煤前后床温升速率锅炉启动时严格控制床温升速率:点火初期不宜维持过快(建议1~3℃/min),中期可适当提高(建议投煤前3~4℃/min),投煤后床温升速率也不宜较快。有的电厂在点火启动阶段为减少启动时间、节约燃油用量,短时间床温升速率较快,不利于耐火材料的热膨胀和锅炉水循环的安全,建议床温升速率小于10℃/min。1.1.5煤调湿风压监测允许投煤的平均床温需根据煤质的挥发分和发热量来确定,一般为450~700℃(烟煤450~550℃;贫煤520~650℃;无烟煤及煤矸石600~650℃)。以京泰电厂2号机组为例(给煤系统:左右炉膛区域各4台共8台给煤机),平均床温上升至约500℃并维持稳定后,启动2台给煤机(左右炉膛区域各1台),维持给煤机最小出力6t/h进行点火初期脉动投煤,将破碎成0~9mm的煤粒从前墙送入炉膛下部的密相区内(严格控制输送符合设计颗粒度要求的煤粒),给煤机分别运行5min后停用,静待燃料燃尽(不得额外添加燃料),监视氧量和床温的变化趋势。开始时床温应总体降低,随后升高;而氧量开始时维持不变,180s后有减小趋势(炉型大小会影响投煤后氧量发生变化的时间),同时床温开始上升:说明煤进入炉膛后已经燃烧。通过几次点火试验,该机组可实现平均床温460℃时的脉动投煤,锅炉运行稳定。在脉动投煤过程中,氧量比床温更能及时准确地反映点火过程中的床内情况,所以炉膛出口氧量的监视极为重要。每次启动左右炉膛各1台给煤机进行炉膛区域内轮换给煤,可防止局部落煤较多而影响点火初期的燃烧。开始脉动投煤时要控制床压,正常大量投煤时应视床压变化情况及时放渣。当确定脉动投煤已经点燃,床温稳定上升后,可通过调节油枪油压减少燃油用量,但必须控制调节幅度,缓慢进行。1.2燃烧调整1.2.1撤油时床温控制点火成功后,逐渐增加燃煤量维持锅炉稳定运行,同时可逐渐减小床下油点火燃烧器出力,调整燃烧风量,直至平均床温高于750℃且氧量稳定。撤油操作需结合床温、床压、一次风量、炉内燃烧等综合情况,撤油时的床温与燃用煤种有关,允许撤油的平均床温一般为750~850℃。撤油操作时采取先调低油压(必须维持在油枪良好雾化的油压之上)维持燃烧,确认不影响燃烧时撤1支油枪;继续观察燃烧的效果,监视床温变化,视床温稳定情况决定是否继续。床温达到撤油要求不可迅速全部撤油,防止点火能量突然断失而造成床温迅速下降进而影响锅炉的稳定运行。1.2.2次风调节床温锅炉总风量直接影响锅炉效率,而且过量的空气量还会增加风机单耗,增加厂用电率,使得供电煤耗升高。对锅炉风量的调节原则是一次风调节床温、二次风调节过量空气系数。正常运行中,一次风维持炉膛流化状态及一定的床温,同时提供燃料燃烧必要的部分氧量,二次风补充炉膛上部燃烧所需要的空气量,使煤与空气充分混合,保证充分燃烧的情况下,减少过量空气系数。为维持良好的燃烧,应控制炉膛过量空气系数以保证风煤比。运行中,炉膛出口过量空气系数是用尾部烟道省煤器出口处氧量来控制,该氧量应控制在3%~4%。1.2.3锅炉稳定燃烧及脱硫效率正常运行时,平均床温控制在860~930℃,锅炉能够维持稳定燃烧且脱硫效率最高,NOx排放量最低。燃用不同煤种时,可根据煤种灰熔点的高低和着火的难易适当调整控制床温。1.2.4勤排少排控制料层厚度不宜过厚或过薄。建议维持床压在6~9kPa,尽量采取连续或半连续排渣的运行方式,即勤排少排原则,防止有效循环颗粒的流失,保证料层厚度稳定。1.3次风压及投入煤机停炉阶段,采取先降温后降压的方式降负荷,维持锅炉稳定燃烧,参考床温下降速率减煤。调整风量时应先减少二次风,保持一次风和播煤风不变。继续降负荷过程中,一次风量要适当减少(一次风量始终大于临界流化风量,保证流化),减一次风时要严格控制一次风压,必须考虑播煤风的压头,防止由于停炉阶段炉膛负压返正导致火苗上窜至给煤机烧毁皮带的情况发生。必要时启动播煤风机保持播煤风的压头。减二次风时要严格控制炉膛氧量。待平均床温下降至700℃时投入油枪,机组在最小稳定负荷下维持30min,使耐火材料温度逐渐降低;机组负荷低于10%时停机,停用全部给煤机后继续送风,直到床料中的燃料全部燃尽;待平均床温下降至520℃撤全部油枪,进行炉膛吹扫,吹扫完成后停用风机,锅炉停炉。视停炉目的决定是否打开落渣管排放床料。2设备优化2.1交流变频传动控制风机、泵类等设备采用变频调速技术控制可实现节能运行,对比京泰电厂300MW机组(一、二次风机和凝结水泵为变频传动控制)与神华亿利电厂200MW机组(一次、二次风机和凝结水泵为工频传动控制)的运行经验,采用变频调速技术控制的单机平均节电率为30%~60%。2.2播煤风机的设计神华亿利电厂200MW机组及200MW以下等级循环流化床锅炉多数未设计播煤风机,一般抽取热一次风作为播煤风使用;京泰电厂300MW机组及同等级循环流化床锅炉多数设计有播煤风机,锅炉满负荷运行中播煤风机不需启动,抽取热一次风供给播煤风压头即可,可以降低厂用电率。建议300MW等级循环流化床锅炉取消播煤风机,制定相关的风险预控措施,锅炉运行时必须严格控制炉膛负压,防止炉膛负压返正;如果保留播煤风机设计,可将热一次风通过播煤风旁路直接供给,播煤风机进、出口挡板全部打开,处于热备用状态(播煤风机存在带负荷启动的风险),炉膛负压返正时紧急启动播煤风机维持锅炉安全运行。2.3点火油枪助燃和停炉锅炉压火不停机操作设计考虑到大型循环流化床锅炉蓄热能力较强,发生异常情况后可以投用床下点火油枪助燃和停炉(锅炉压火)不停机操作,消除异常后在机组不解列的情况下可继续带负荷运行,设计时可以考虑取消床上点火油枪的设置,节约设备投资。3床下油枪的节能技术通过对大型循环流化床锅炉点火燃烧、设备优化方面节能技术的研究,总结出以下经验:(1)床下油点火方式热利用率高,节能效果好,建议循环流化床锅炉设置床下油枪;锅炉启动时尽