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循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)和運(yùn)行論文
內(nèi)容摘要
本文從循環(huán)流化床鍋爐在啟動(dòng)運(yùn)行中所碰到點(diǎn)火難、易結(jié)焦、磨損嚴(yán)重的問題出發(fā)，闡述了產(chǎn)生這些問題的機(jī)理，詳細(xì)提出了解決這些問題的措施。
循環(huán)流化床鍋爐以其具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)外目前競相發(fā)展的燃煤技術(shù)。同時(shí)眾所周知，循環(huán)流化床鍋爐在啟動(dòng)運(yùn)行中，還普遍存在著點(diǎn)火難、易結(jié)焦和磨損嚴(yán)重的問題，即人們常說的“三關(guān)”。如何闖過這“三關(guān)”，已成為循環(huán)流化床鍋爐在推廣使用中的主要課題之一。
一、點(diǎn)火關(guān)
對(duì)于不同的煤種和爐型結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火啟動(dòng)方法各有差異，但其共性的東西還是主要的。國產(chǎn)35-75t/h循環(huán)流化床鍋爐一般都采用輕柴油點(diǎn)火，有床上點(diǎn)火和床下點(diǎn)火兩種方式。由于床下點(diǎn)火具有點(diǎn)火快、省力、省油等特點(diǎn)，所以使用較為廣泛。在實(shí)際操作運(yùn)行過程中，一些用戶由于開車準(zhǔn)備工作不充分或操作運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不夠，點(diǎn)火時(shí)總是容易發(fā)生爐膛滅火或結(jié)焦事故，從點(diǎn)火試運(yùn)行到并汽往往要經(jīng)歷十次、二十次甚至更多的時(shí)間，既影響了整個(gè)工程進(jìn)度，又浪費(fèi)了大量的人力物力。
怎樣才能順利闖過點(diǎn)火這一關(guān)呢？
1．鍋爐安裝完畢驗(yàn)收合格后，首先應(yīng)做冷態(tài)試驗(yàn)，其目的是檢驗(yàn)爐子流化狀況，了解布風(fēng)裝置阻力特性，發(fā)現(xiàn)鍋爐在設(shè)計(jì)安裝中存在的問題，提出解決辦法。冷態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：點(diǎn)火油槍霧化試驗(yàn)、布風(fēng)均勻性試驗(yàn)、布風(fēng)板阻力特性試驗(yàn)、料層阻力試驗(yàn)等。
2．烘、煮爐完成以后，根據(jù)冷態(tài)試驗(yàn)參數(shù)決定點(diǎn)火方案。點(diǎn)火前，在爐床上鋪設(shè)一層點(diǎn)火底料，其厚度一般為350—800mm左右，太厚，雖著火初期比較穩(wěn)定，但點(diǎn)火所需的流化風(fēng)量大，加熱升溫時(shí)間長，還易造成加熱不勻的現(xiàn)象；料層太薄，雖著火時(shí)間短、省油，但布風(fēng)不均勻，底料局部被吹穿可能造成結(jié)焦，且著火初期床溫不穩(wěn)定，易受斷煤或堵灰的影響，發(fā)生滅火或結(jié)焦事故。
底料粒度一般在0—13mm之間，如果太細(xì)，大量細(xì)顆粒易被流化風(fēng)帶走，使料層變�。活w粒太粗，啟動(dòng)時(shí)需較大風(fēng)量才能將底料流化起來，點(diǎn)火升溫困難。一般來說，底料中的細(xì)顆粒流化時(shí)處于底料的上層，作為著火期的引火源，大顆粒起著在爆燃中吸收燃料熱量、自身燃燒后又能儲(chǔ)熱維持床溫的作用。底料熱值一般應(yīng)控制在2093—4186KJ/Kg(500—1000Kcal/Kg)范圍內(nèi)。熱值太高，點(diǎn)火時(shí)溫升速度快，點(diǎn)火難以控制，易造成超溫結(jié)焦；若熱值太低，床溫升高困難，易發(fā)生揮發(fā)份析出并燃盡，但床溫仍達(dá)不到著火溫度的情況。
3．點(diǎn)火過程分底料預(yù)熱、著火和過渡三個(gè)階段。首先啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)，各風(fēng)門開到冷態(tài)試驗(yàn)確定的正常流化位置，保持一定的爐膛負(fù)壓，投油槍，注意觀察煙氣發(fā)生器出口煙溫（≤950--1000℃），否則開大冷風(fēng)門降溫。底料預(yù)熱過程應(yīng)緩慢升溫，采用油量和風(fēng)量控制床溫，待床溫升至400--450℃時(shí)，可少量間斷投煤，密切注視床溫變化。當(dāng)床溫升到700℃以上時(shí)，若給煤正常，燃燒穩(wěn)定時(shí)可解列油槍。一般來說床溫在300℃以下時(shí)，因物料吸熱量大，溫升較快，到300--450℃時(shí)溫升較慢，450℃以上時(shí)投煤一段時(shí)間后溫升又開始加快，說明投入的煤開始著火，床溫接近600℃時(shí)，加入爐內(nèi)的煤開始大量著火，此時(shí)應(yīng)加大流化風(fēng)量，控制溫升速度以防止結(jié)焦。當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到30%--40%以上時(shí)可投入二次風(fēng)助燃。值得注意的是，點(diǎn)火燃料宜采用發(fā)熱值較高的煙煤，特別是燃煤中不要摻入煤矸石、造氣爐渣、石灰石等其它不易燃燒的燃料或原料。
一次成功的點(diǎn)火過程，主要應(yīng)注意的是床料厚度、床料篩分特性以及床料性質(zhì)及配比，操作中嚴(yán)格控制點(diǎn)火風(fēng)量。實(shí)踐證明，每一種型式的循環(huán)流化床鍋爐其點(diǎn)火特性都有一定的差別，需要運(yùn)行管理人員在實(shí)際操作中不斷摸索和總結(jié)，找出最佳點(diǎn)火升溫方案，確保一次點(diǎn)火成功。
二、結(jié)焦關(guān)
循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行時(shí)爐膛溫度一般控制在850--950℃左右。實(shí)際操作運(yùn)行中，不論在點(diǎn)火升溫階段還是正常運(yùn)行階段，都有可能引起結(jié)焦事故。一旦發(fā)生結(jié)焦，將嚴(yán)重影響鍋爐設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且打焦時(shí)易損壞布風(fēng)板、風(fēng)帽、爐墻及水冷壁管等部件。
結(jié)焦主要分高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種型式。高溫結(jié)焦是點(diǎn)火升溫階段經(jīng)常發(fā)生的事故，升溫時(shí)燃煤發(fā)生爆燃，造成床溫迅速升高，當(dāng)溫度達(dá)到灰熔點(diǎn)以上時(shí)，使?fàn)t膛結(jié)成一個(gè)整體的焦塊表面。在正常運(yùn)行過程中，若料層厚度控制不當(dāng)或給煤機(jī)與風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)不好，或配風(fēng)閥開度過大、過猛，導(dǎo)致分離器分離下來的大量高溫灰進(jìn)入爐膛而引起超溫而結(jié)焦。低溫結(jié)焦一般發(fā)生在點(diǎn)火升溫階段，如果底料過薄且不均勻，煙煤撒播不當(dāng)，易在局部形成高溫，此時(shí)流化風(fēng)量少，熱量傳遞不及時(shí)，局部會(huì)形成焦塊。
實(shí)踐表明，影響循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的主要因素有以下幾點(diǎn)：
1.爐膛溫度過高，超過燃料煤灰熔點(diǎn)溫度；
2.料層太厚或不均勻，造成流化風(fēng)量過大或過��；
3.點(diǎn)火底料厚度及熱值、入爐煤粒度、灰熔點(diǎn)值等；
4.工人操作水平，工廠自動(dòng)化程度高低，儀表指示的正確性。
點(diǎn)火升溫階段，可燃物要在很短的時(shí)間內(nèi)著火燃燒，易造成床溫迅速上升而進(jìn)入爆燃階段，此階段底料本身的吸熱量遠(yuǎn)小于放熱量，多余的熱量如果不及時(shí)被風(fēng)帶走，勢(shì)必造成床內(nèi)結(jié)焦。因此，控制爆燃成為點(diǎn)火升溫中必不可少的一項(xiàng)重要手段。
如果點(diǎn)火底料熱值過高，爆燃期溫升加快，爆燃時(shí)間延長。因此一旦發(fā)現(xiàn)爆燃期溫升速度很快，應(yīng)及早停油槍。另外，根據(jù)爆燃初期溫升速度趨勢(shì)及早調(diào)整風(fēng)量對(duì)控制爆燃也很重要。點(diǎn)火成功后，分離裝置投入，帶負(fù)荷時(shí)隨時(shí)觀察回料管內(nèi)循環(huán)灰量的大小及床溫變化情況。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)嚴(yán)格控制料層厚度，掌握適當(dāng)?shù)姆呕視r(shí)間。放灰時(shí)可根據(jù)燃料性質(zhì)、負(fù)荷、床溫波動(dòng)來控制，防止返料灰進(jìn)入爐膛太多而引起床溫?zé)o法控制而結(jié)焦。在鍋爐正常爐內(nèi)壓火時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格避免爐內(nèi)進(jìn)入冷風(fēng)，冷風(fēng)的進(jìn)入可能造成未燃燒的可燃物燃燒而局部超溫結(jié)焦。
總之，控制穩(wěn)定的床層溫度，是防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦的關(guān)鍵，而影響爐溫的因素主要是燃料發(fā)熱量、風(fēng)量及返料量等。實(shí)際運(yùn)行中燃料的品質(zhì)會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，即使給煤量不變也會(huì)引起床溫的變化。另外，入爐煤粒度的變化會(huì)引起返料量的變化。在負(fù)荷不變時(shí)，風(fēng)量增大，床溫也將發(fā)生變化（在床壓一定的情況下床溫下降）。為了保證運(yùn)行中床溫穩(wěn)定在900℃±50℃之間，一般可不通過改變循環(huán)量來控制，而主要是通過風(fēng)量和煤量進(jìn)行控制。穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可在小范圍內(nèi)改變風(fēng)量和煤量或同時(shí)改變風(fēng)量和煤量來調(diào)節(jié)床溫，床溫高時(shí)，減煤或增風(fēng)，床溫低時(shí)，減風(fēng)或增煤。鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，風(fēng)量一般可保持不變，床溫波動(dòng)時(shí)，通�？梢酝ㄟ^改變給煤量來穩(wěn)定床溫。
三、磨損關(guān)
國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐通常都選用較低的循環(huán)倍率，爐膛內(nèi)煙氣流速約為4.5—5m/s,應(yīng)該說所產(chǎn)生的磨損是比較輕微的。但是在局部及截面縮小處，其磨損程度是正常的幾十倍甚至上百倍。常見磨損比較嚴(yán)重的地方有：埋管、爐墻、水冷壁管系統(tǒng)、分離器、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等。
�。ㄒ唬�、埋管磨損
埋管直接布置在爐膛布風(fēng)板上方的沸騰區(qū)，其磨損程度是可想而知的，從以下函數(shù)關(guān)系可知：
其中：E—磨損量 ωT—沸騰床中煙氣流速
DP—顆粒平均值 Vf—沸騰床中顆粒濃度
氣流速度、粒子直徑、灰粒子濃度越大，磨損量就越大，與磨損量影響最大的是煙氣流速、顆粒直徑次之，灰粒子濃度影響最小。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)有埋管的循環(huán)流化床鍋爐主要應(yīng)采取以下措施：
1．降低入爐煤粒度。盡管磨損量與顆粒直徑成平方關(guān)系，而與氣流速度成立方關(guān)系，但粒徑愈小所需要的氣流速度就越低，可見減少顆粒直徑不僅本身減少了對(duì)受熱面的磨損，而且還因?yàn)轭w粒直徑的減少降低了對(duì)埋管受熱面的磨損。
2．在埋管受熱面磨損嚴(yán)重部分加裝防磨鰭片，以保護(hù)管子表面不被磨損，并且在鰭片與鰭片之間還形成了由粒子組成的顆粒膜，對(duì)鰭片的磨損起緩沖作用。
3．埋管材質(zhì)可選用高溫高硬度和抗氧化性能好的合金材料。如果要降低成本，至少應(yīng)將鰭片材料采用合金鋼。同時(shí)還可以采用管壁加厚，在管壁表面涂刷高溫耐磨涂料等措施。
4．在實(shí)際操作運(yùn)行過程中盡量使風(fēng)室床壓不要超過規(guī)定值，一旦超過時(shí)就必須放渣保持料層厚度減少對(duì)埋管的磨損。
5.希望有關(guān)設(shè)備制造廠在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免設(shè)計(jì)埋管受熱面。
�。ǘt墻磨損
目前在爐墻設(shè)計(jì)和耐磨材料的選取上各家鍋爐廠都有不同的方法，但同時(shí)也多少存在著一些缺陷。耐火材料的選取范圍應(yīng)該是比較大的，而實(shí)際運(yùn)行中總是出現(xiàn)這樣或那樣的爐墻磨損現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)垮塌事故。有關(guān)資料表明：對(duì)爐膛高溫且易受沖刷的區(qū)域應(yīng)根據(jù)各自磨損特點(diǎn)采用不同耐火防磨材料，象目前使用較廣的碳化硅磚、剛玉磚、高鋁磚(Al2O3≥65%)等材料都可根據(jù)爐墻所處的位置局部采用。粘合劑材料選用HF-135高溫強(qiáng)度澆筑料和用磷酸溶液做合料的SiC澆筑料都比較理想，一般能比磷酸鹽質(zhì)砼壽命長2-3倍。同時(shí)，鍋爐設(shè)備在安裝時(shí)要特別強(qiáng)調(diào)其筑爐質(zhì)量。
�。ㄈ⑺浔诠芟到y(tǒng)的磨損
不論是膜式水冷壁還是光管水冷壁，在實(shí)際運(yùn)行中都不同程度地存在著磨損現(xiàn)象。由于爐膛四角形成渦流的機(jī)會(huì)最多，因此往往磨損最為嚴(yán)重的就產(chǎn)生在這些地方。有些運(yùn)行廠在主床四角被沖刷面在加裝磨條的基礎(chǔ)上采用高溫耐火防磨涂料噴涂在受熱面上，有些局部受煙氣沖刷的區(qū)域也可以采取該措施。另外建議鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)膜式水冷壁（包括尾部煙道等）的四個(gè)角最好做成具有一定半徑的圓弧形，以盡量減少煙氣擾動(dòng)。
�。ㄋ模⒎蛛x器磨損
不論是清華大學(xué)還是中科院或者是其它科研設(shè)計(jì)單位的技術(shù)，煙氣分離器從型式到布置都不盡相同，但其基本原理是一致的。要使達(dá)到煙氣和灰粒分離的目的，就必須使煙氣形成一定的渦流，這時(shí)煙氣流速增加，對(duì)分離器內(nèi)壁形成強(qiáng)烈沖刷。長此下去，必然導(dǎo)致分離器內(nèi)部磨損。為了減少分離器的高溫磨損，目前鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)盡量將主分離裝置如旋風(fēng)分離器、平面流分離器等布置在中溫或低溫區(qū)，但這樣布置以后大大增加了煙氣對(duì)一級(jí)過熱器的磨損，所以一般在爐膛出口一級(jí)過熱器進(jìn)口設(shè)置了相對(duì)阻力較小的百葉窗式、迷宮式等型式的一級(jí)分離裝置。不管什么樣的分離器，其內(nèi)壁都采用具有耐高溫、耐磨的材料做內(nèi)襯，據(jù)資料介紹象SiC瓦、高鋁質(zhì)瓦等應(yīng)用都比較廣泛。
隨著我國耐溫耐磨材料的不斷研制發(fā)展，相信循環(huán)流化床鍋爐分離器的磨損問題在不遠(yuǎn)的將來一定能得到徹底解決。
�。ㄎ澹�、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器的磨損
鍋爐尾部三大器（過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器）的磨損引起爆管在用戶中是相當(dāng)令人頭痛的事情。長期以來，一些鍋爐制造廠和用戶采取拉稀管束、在彎頭處加護(hù)板、迎風(fēng)處加白鋼防磨板等措施，且在局部加裝防磨板，并進(jìn)行磨噴涂處理，但還是沒有解決根本問題。特別是入爐煤摻有煤矸石或造氣爐渣時(shí)磨損更為嚴(yán)重。建議用戶在鍋爐產(chǎn)品定貨時(shí)就應(yīng)及早采取措施，針對(duì)燃料特性與鍋爐制造廠協(xié)商，采取有效的防磨措施，盡量延長鍋爐的使用壽命。
四、結(jié)束語
1.熟悉循環(huán)流化床鍋爐的基本原理和操作要點(diǎn)，是成功點(diǎn)火啟動(dòng) 的基礎(chǔ)；保證合格的燃煤入爐粒度，是正常流化燃燒的條件。
2.控制穩(wěn)定的床層溫度，是防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦的關(guān)鍵。
3.降低循環(huán)流化速度，是減少受熱面及爐墻磨損的主要因素，所以產(chǎn)品選型時(shí)一般應(yīng)選用低倍率的循環(huán)流化床鍋爐為宜。
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