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循环流化床若干技术问题的探讨与改进措施

  
评论: 更新日期:2014年02月14日

        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φ10 ~ 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。

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