【案例分析】如何通過運行調(diào)整降低循環(huán)流化床鍋爐磨損

    摘要：根據(jù)山東兗礦南屯電力分公司4# 220t/h循環(huán)流化床鍋爐長周期運行的經(jīng)驗總結(jié),從鍋爐運行調(diào)整方面探討220t/h循環(huán)流化床鍋爐的運行調(diào)整方法,有效降低循環(huán)流化床鍋爐的受熱面磨損,實現(xiàn)鍋爐的長周期安全穩(wěn)定運行。

1 概況
    山東兗礦南屯電力分公司4#鍋爐為220t/h循環(huán)流化床鍋爐,型號為:HG260/9.8-L.MN17,由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計制造,系高壓參數(shù)、單鍋筒、自然循環(huán)蒸汽鍋爐,采用循環(huán)流化床燃燒方式,高溫分離,設(shè)計煤種為煤泥和混煤。鍋爐主要由5部分組成:燃燒室、高溫旋風(fēng)分離器、回料閥、尾部對流煙道及冷渣器。燃燒室位于鍋爐前部,四周和頂棚布置有膜式水冷壁,底部為水冷布風(fēng)板,前墻中上部垂直布置有三片水冷屏和三片II級過熱器。燃燒室后有一個旋風(fēng)分離器,回料閥位于旋風(fēng)分離器下,與燃燒室和分離器相連接。燃燒室、旋風(fēng)分離器和回料閥構(gòu)成了粒子外循環(huán)回路。尾部對流煙道在鍋爐后部,煙道上部的四周由包墻過熱器組成,其內(nèi)沿?zé)煔饬鞒桃来尾贾糜蠭II級過熱器和I級過熱器,下部煙道內(nèi),依次布置有省煤器和臥式空氣預(yù)熱器,一、二次風(fēng)分開布置。兩臺滾筒冷渣器位于零米爐膛前的東西位置,底渣由爐膛前墻底部的兩個出渣口經(jīng)過錐形閥排出,分別進入兩臺冷渣器,被冷卻的渣經(jīng)過排渣口排出。

2 循環(huán)流化床鍋爐磨損機理
    磨損的定義:在工程上,由于機械作用,間伴有化學(xué)或電作用,物體工作表面材料在相對運動中不斷發(fā)生損耗、轉(zhuǎn)移或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象稱為磨損。
    受熱面的磨損的評估可以用下列公式來評估:
    從上式可以看出,受熱面磨損的最大影響因素是粒子速度,其次就是粒子粒徑。從循環(huán)流化床鍋爐運行方式上降低磨損,就是通過合理的燃燒調(diào)整降低風(fēng)速和控制燃燒物料粒徑。

3 風(fēng)量調(diào)整
    3.1 停爐前調(diào)整試驗
    3.1.1 降低風(fēng)速試驗
   降低受熱面磨損的關(guān)鍵是降低風(fēng)速,而降低風(fēng)速只能降低風(fēng)量,特別是一次風(fēng)量。因此公司在4#爐上次運行周期停爐前做了一次降風(fēng)量實驗,目的是盡可能查找降低一次風(fēng)量對鍋爐穩(wěn)定燃燒的影響。
　　1)實驗方法:保持二次風(fēng)量不變,緩慢降低一次風(fēng)量。調(diào)整過程要保證煙氣含氧量不低于3%,并保持放渣量、給料量不變,1小時后記錄數(shù)據(jù)。
　　2)實驗數(shù)據(jù):
　　第一次數(shù)據(jù):
　　3)實驗結(jié)論:通過本次實驗,發(fā)現(xiàn)下部床壓隨著時間推移逐漸升高,這有可能是連續(xù)放渣量不夠造成的,也可能是一次風(fēng)量降低、一次風(fēng)壓降低,懸浮顆粒相應(yīng)減少所致。而且,通過本次實驗,還發(fā)現(xiàn)總風(fēng)量一定時,隨著一次風(fēng)率減少,二次風(fēng)率相對增加,爐膛下部錐段濃相區(qū)流化速度降低,向上部空間的傳質(zhì)和傳熱過程減弱,下部濃相區(qū)床溫上升,上部床溫降低,這對解決我公司4#鍋爐上床溫偏高有益。同時二次風(fēng)率的適當(dāng)提高可使飛灰可燃物降低。但二次風(fēng)不變而單獨降低一次風(fēng)的情況下,容易造成總風(fēng)量不夠,因而影響到鍋爐出力。
　　3.1.2 二次風(fēng)配比調(diào)整試驗
　　相關(guān)實驗研究表明,CFB鍋爐爐膛內(nèi)的氧量分布并不均勻,存在一個核心缺氧區(qū),這一區(qū)域的位置與爐膛內(nèi)可燃物的分布有關(guān)系,根據(jù)我公司鍋爐實際,燃煤與回料混合后,在回料風(fēng)及播煤風(fēng)的作用下,在爐膛中上部靠近前墻處及爐膛中心形成燃料密度高分布區(qū),相應(yīng)在二次風(fēng)配風(fēng)平衡的情況下,在這一區(qū)域形成缺氧區(qū)。根據(jù)這一理論公司在4#鍋爐上次運行周期的停爐之前對下環(huán)二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板進行實驗性調(diào)整,對照煙氣含氧量,分析調(diào)整效果。試驗數(shù)據(jù)如下:
　　通過以上實驗,將后墻下環(huán)二次風(fēng)門開度定為80%,其他二次風(fēng)門開度仍為100%。通過此項調(diào)整,不僅可調(diào)節(jié)床溫、改善燃燒,還能降低爐料對前墻水冷壁管的沖刷,降低磨損。
　　3.2 鍋爐啟動后燃燒調(diào)整
　　4#鍋爐啟動時,為了降低鍋爐啟動后再降一次風(fēng)量的危險,公司將一次風(fēng)量維持在10~10.5萬m3/h之間,下床壓控制在6.0~7.5kPa之間,通過其他調(diào)整盡量提高鍋爐負(fù)荷。再通過三周逐步降低一次風(fēng)量,的調(diào)整數(shù)據(jù)如下:
　　通過三周的調(diào)整,一次風(fēng)量降低至9.0至9.5萬之間,4#鍋爐在一次風(fēng)量降低的情況下出力不受影響,上床溫有所降低,鍋爐燃燒狀況較好。我們將4#鍋爐的運行數(shù)據(jù)最終調(diào)試為一次風(fēng)量9.0~9.5萬m3/h,二次風(fēng)量隨負(fù)荷調(diào)整。同時為防止降一次風(fēng)量后床料過多將鍋爐壓死,采取了合適的床壓,并且在調(diào)整時要先降床壓后降一次風(fēng)量。

4 燃燒控制
　　4.1 提高煤泥摻燒率,降低磨損
　　煤泥的摻燒對循環(huán)流化床鍋爐降低磨損有益,為保證煤泥的摻燒率,公司對煤泥的正常燃燒特別關(guān)注。煤泥(煤水混合物)以較大體積的聚集狀態(tài)送入高溫流化床時,它們并不是在干燥后還原成細(xì)顆粒,而是迅速形成具有一定強度和耐磨性的較大塊團,此外煤水混合物還會通過包復(fù)活粘連床內(nèi)的其他顆粒而形成較大塊團,這一現(xiàn)象被稱為凝聚結(jié)團現(xiàn)象,雖然這一現(xiàn)象對降低煤泥揚析損失有積極意義,但是大顆粒的增多會給流化床的穩(wěn)定運行造成很大威脅。在一次風(fēng)量降低后,塊團還原成細(xì)顆粒的過程相應(yīng)增長,因此并不是說煤泥摻燒越多對鍋爐延長運行周期越有利?；谶@一理論,4#鍋爐4臺煤泥泵做到至少二運一備一檢修,公司規(guī)定兩臺煤泥泵運行的情況下,各出料螺旋轉(zhuǎn)速控制在50%。
　　4.2 按章操作,緩慢增減負(fù)荷
　　急劇降溫、降壓及快速升溫、升壓都危及到鍋爐的安全運行。在正常運行時注意緩慢調(diào)整負(fù)荷,使風(fēng)量、煤量動態(tài)平衡,減少波動,可有效降低鍋爐磨損。由于風(fēng)量降低后床內(nèi)流化減弱,大顆粒矸石在爐內(nèi)存量增多時會造成積聚,而使床內(nèi)局部流化不良。床內(nèi)流化不均會嚴(yán)重破壞爐內(nèi)的環(huán)核流動模型,爐內(nèi)的磨損形式發(fā)生了很大的變化,大量的高速運動的粒子沖擊磨損會加重,部分邊角磨損加劇,也會導(dǎo)致密相區(qū)澆注料的局部沖擊磨損。因此規(guī)定:每周一早班在班長組織下將一次風(fēng)量緩慢增至10萬m3/h以上,加強床料流化維持1小時。同時相應(yīng)調(diào)整二次風(fēng)使總風(fēng)量不變,這時要適當(dāng)增加混煤、減少煤泥、加強放渣,置換底料。
　　4.3 監(jiān)視煤質(zhì)
　　公司要求每天了解上煤質(zhì)量情況,對水份、粒度、揮發(fā)份、灰分、發(fā)熱量、含矸量做到心中有數(shù),燃用到水份較大的煤時需要加強監(jiān)視煤倉及落煤管下煤順暢情況;燃用到粒度較大、發(fā)熱量較低、灰分較多、含矸量較大的煤時需適當(dāng)減少燃煤量、提高煤泥量,并加強放渣監(jiān)管;燃用到揮發(fā)份較大的煤時允許適當(dāng)降低一次風(fēng)量。通過對不同煤質(zhì)的精確調(diào)整,做到最優(yōu)調(diào)整。

5 結(jié)論
　　循環(huán)流化床鍋爐最大的特點就是受熱面磨損嚴(yán)重,這也是制約循環(huán)流化床鍋爐長周期運行的關(guān)鍵。公司把鍋爐風(fēng)量調(diào)整降低受熱面磨損作為突破口,采用實驗與理論相結(jié)合的原則最大限度地降低了風(fēng)量,找出了適合220t/h循環(huán)流化床鍋爐的運行參數(shù),再通過燃燒控制保證了爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒。在不影響鍋爐出力的情況下,經(jīng)過此次運行周期內(nèi)的運行調(diào)整,停爐后檢查發(fā)現(xiàn)4#鍋爐受熱面的磨損情況較以前大大降低,更是實現(xiàn)了4#鍋爐122天的安全穩(wěn)定運行。