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床料粒度對循環(huán)流化床鍋爐啟動的影響論文
1、概述
中國華電集團(tuán)公司石家莊熱電廠投產(chǎn)的4臺410t/h循環(huán)流化床鍋爐，是國內(nèi)目前最大的大型循環(huán)流化床鍋爐群。它采用床下風(fēng)道點火器點火方式，床上油槍起助燃的作用。鍋爐冷態(tài)啟動時，在流化床內(nèi)加裝啟動物料，首先啟動風(fēng)道點火器，在點火風(fēng)道中將燃燒空氣逐漸加熱，在通過水冷式布風(fēng)板送入流化床，啟動物料被加熱，床溫升至550℃之后投入床上油槍。在床溫升到580℃～600℃并維持穩(wěn)定后，將破碎成0～8mm的煤粒分別由6套給煤裝置從前墻水冷壁送入爐膛下部的密相區(qū)內(nèi)燃燒，逐漸提高床溫至正常運(yùn)行水平。
2、問題提出及分析
在運(yùn)行1年多的時間中，4臺410t/h循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)歷了多次啟動點火。絕大多數(shù)啟動中，沿用了停爐后滯留在爐內(nèi)的舊床料；也有的因停爐原因不同，被迫在停爐過程中排空床料，啟動前又加入了篩選后的新床料。由于這兩種啟動床料粒度不同，在啟動過程中鍋爐所表現(xiàn)出的現(xiàn)象也不盡相同：
2．1 當(dāng)采用停爐后滯留在爐內(nèi)的舊床料進(jìn)行點火時，在啟動初期，床內(nèi)采用微流化狀態(tài)時，床層壓力與床層差壓基本相同；隨著流化風(fēng)量的不斷增加，床內(nèi)達(dá)到充分流化狀態(tài)時，床層壓力基本保持并略有下降，而床層差壓會有很大的變化，下降十分明顯。當(dāng)向爐內(nèi)加入新床料進(jìn)行點火時，在啟動初期，床內(nèi)采用微流化狀態(tài)時，床層壓力與床層差壓基本相同，這一點與采用舊床料的現(xiàn)象相同；但隨著流化風(fēng)量的增加，床內(nèi)達(dá)到充分流化狀態(tài)時，床層壓力與床層差壓仍沒有太大變化，2個參數(shù)在數(shù)值上依然十分接近，如下表所示：
床內(nèi)工況床料流化風(fēng)量（Nm3/h）風(fēng)室風(fēng)壓（KPa）床層壓力（KPa）床層差壓（KPa）微流化舊1300008.07.06.4新1300008.06.96.4充分流化舊1700009.06.53.5新1700009.06.56.0
2．2 采用舊床料進(jìn)行點火的情況下，依靠床下風(fēng)道點火器床溫上升到550℃左右時，床溫上升速度就會變得很慢，為了達(dá)到580℃的最低投煤溫度有時需要1小時左右，但煙氣溫度相對水平比較高，這時為了提高床溫一般要加大床下風(fēng)道點火器出力并適當(dāng)減少流化風(fēng)量，不過點火風(fēng)道壁溫也會相應(yīng)上升，接近耐火材料承受溫度；采用新床料點火時，依靠床下風(fēng)道點火器床溫一般比較容易就提高到620℃左右，點火風(fēng)道壁溫在較大的流化風(fēng)量下也容易控制。但到并爐后升負(fù)荷階段時就會發(fā)現(xiàn)，采用舊床料容易迅速升負(fù)荷，而且床溫容易控制；而采用新床料時，鍋爐負(fù)荷上升較慢，床溫偏高，為了抑平床溫需要更大的流化風(fēng)量。
2．3 在投煤穩(wěn)燃后試運(yùn)冷渣器時會發(fā)現(xiàn)，采用舊床料點火的情況下投運(yùn)1臺冷渣器2小時左右，床層壓力下降約1 KPa；采用新床料點火的情況下投運(yùn)1臺冷渣器40分鐘左右，床層壓力就能下降約1 KPa。
2．4 采用舊床料點火的前期和中期，J閥回料裝置的壁溫和內(nèi)部灰溫會隨著爐膛床溫的上升而緩慢上升；在鍋爐并爐升負(fù)荷后J閥回料裝置經(jīng)過幾次吹掃，其壁溫和內(nèi)部灰溫會很快達(dá)到正常水平，料位也能逐步建立。采用新床料點火時，會發(fā)現(xiàn)在點火過程的前期和中期，J閥回料裝置的壁溫和內(nèi)部灰溫基本保持不變，即使多次吹掃也沒有效果，只有在鍋爐并爐升負(fù)荷后一段時間，仍經(jīng)過多次吹掃，其壁溫和內(nèi)部灰溫才會上升，但上升速度很快，能迅速達(dá)到正常水平，此時料位也迅速建立。
針對這些不同之處，我們進(jìn)行了分析討論。通過每次鍋爐啟動前對床料的檢查，我們發(fā)現(xiàn)停爐后滯留在爐內(nèi)的舊床料的粒度一般偏細(xì)，即細(xì)顆粒的比重較大，這主要是由于鍋爐的運(yùn)行原理造成的。在鍋爐長時間的運(yùn)行當(dāng)中，物料顆粒經(jīng)過爐內(nèi)的多次循環(huán)，不斷進(jìn)行摩擦碰撞，細(xì)顆粒的比重會逐漸增加。這些細(xì)顆粒是參與爐內(nèi)循環(huán)和熱量傳遞的主體，它們在正常情況下都懸浮于爐膛密相區(qū)的上部和稀相區(qū)，因此從冷渣器排出的細(xì)顆粒比重較小，當(dāng)鍋爐停運(yùn)后這些細(xì)顆粒才會全部沉積到流化床內(nèi)。而新床料一般采用冷渣器排出的灰渣，因此新床料的粒度一般偏粗，即粗顆粒的比重較大。
從采用粗、細(xì)兩種床料點火鍋爐所表現(xiàn)出的不同現(xiàn)象可以看出，當(dāng)床料粒度偏粗時，隨著流化風(fēng)量的增加，只有占床料比重較少的細(xì)顆粒離開床層，進(jìn)入爐膛上部稀相區(qū)，而大部分粗顆粒仍然在床層內(nèi)流化，從參數(shù)上表現(xiàn)就是床層壓力和床層差壓始終十分接近。因為密相區(qū)的物料比重增大，加之粗顆粒的蓄熱能力大于細(xì)顆粒的蓄熱能力，使得密相區(qū)所占的熱量份額偏大，參數(shù)上表現(xiàn)就是床溫容易提升，局部床溫偏高。由于冷渣器采用選擇式排灰冷渣器，細(xì)顆粒仍會部分返回爐膛，因此當(dāng)投運(yùn)冷渣器時，大量粗顆粒床料排出爐膛，顯示床壓下降速度較快。由于懸浮在稀相區(qū)參與爐內(nèi)循環(huán)的細(xì)顆粒比重偏小，從參數(shù)上就會顯示出J閥回料裝置中料位偏低，建立正常料位所需的時間比較長，J閥回料裝置的壁溫和內(nèi)部灰溫長期增長緩慢，但到了點火后期的某一時間隨著細(xì)顆粒床料的逐步增加達(dá)到一定程度，J閥回料裝置的壁溫和內(nèi)部灰溫會突然上升直至正常水平。另外，細(xì)顆粒比重偏小，從密相區(qū)帶走的熱量就少，稀相區(qū)顆粒對流換熱量下降，水冷壁換熱出現(xiàn)不足，就會導(dǎo)致鍋爐負(fù)荷上升緩慢，尾部煙道中過熱器壁溫偏高。而采用細(xì)顆粒偏多的舊床料進(jìn)行點火時，就會呈現(xiàn)出與粗顆粒偏多的新床料相反的現(xiàn)象。采用舊床料點火，在并爐帶負(fù)荷階段足夠的細(xì)顆粒參與到爐內(nèi)大循環(huán)中，稀相區(qū)的水冷壁得到充分換熱，鍋爐負(fù)荷可以正常上升；另外，J閥回料裝置內(nèi)的料位逐步積累，按時建立正常料位，使?fàn)t內(nèi)物料循環(huán)體系得以較快的進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，并促使燃燒系統(tǒng)也進(jìn)入穩(wěn)定工況。我們曾經(jīng)發(fā)生的一次異常也從側(cè)面反映出爐膛內(nèi)細(xì)顆粒物料的循環(huán)量對鍋爐負(fù)荷的重要性。事前鍋爐正常運(yùn)行負(fù)荷401t/h，在J閥回料裝置的流化風(fēng)壓力突然由50KPa降至5.2KPa后僅2分鐘，由于循環(huán)物料量急劇減少，在給煤量沒發(fā)生變化的情況下，鍋爐負(fù)荷就降到了320t/h，同時爐膛床壓由7KPa降至1.59KPa，這說明正常足夠的細(xì)顆粒物料循環(huán)量對鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要性。
3、改進(jìn)措施及建議
通過以上分析，我們認(rèn)為在循環(huán)流化床鍋爐啟動的初始階段，選用粒度偏粗的床料是有好處的。一方面，在保證爐膛床溫穩(wěn)定升高的條件下，可以減少啟動耗油量，降低鍋爐啟動成本；另一方面，可以保證充足的流化風(fēng)量，控制點火風(fēng)道壁溫，保護(hù)耐火材料溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，以延長使用壽命。當(dāng)鍋爐啟動進(jìn)入投煤階段后，在床溫比較穩(wěn)定的時候就可以向爐內(nèi)添加細(xì)顆粒床料，同時投運(yùn)冷渣器。這樣一方面，在床壓允許的范圍內(nèi)排出一部分粗顆粒床料，以利于后期控制爐膛床溫不致過高；另一方面，逐步增加爐內(nèi)細(xì)顆粒的比重，有利于鍋爐盡快帶負(fù)荷。但是，值得注意的一點是，啟動初期的床料不易過粗，就現(xiàn)在的情況來看冷渣器的排渣顆粒就過粗，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行篩選后再用于鍋爐的啟動當(dāng)中。這是因為，如果床料過粗，細(xì)顆粒的比重很少，那么爐內(nèi)的循環(huán)物料量就會很少，導(dǎo)致J閥回料裝置的溫度不能穩(wěn)步上升，在點火后期其內(nèi)部溫度的突然上升又非常迅速，無法得到有效的控制，使J閥回料裝置內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致耐火材料的開裂、脫落以及裝置外部鋼材焊縫的開裂，長期如此運(yùn)行，就會出現(xiàn)J閥回料裝置漏灰，局部燒紅等缺陷。
在2004年5月17日的一次點火過程中，我們就嘗試了以上這種鍋爐啟動思路，啟動過程中的參數(shù)變化基本驗證了我們的分析結(jié)果，在整個啟動過程中共耗油21噸，比規(guī)定燃油量28噸減少了7噸，節(jié)約人民幣約2.3萬元。在投煤穩(wěn)燃后，通過添加細(xì)床料和投運(yùn)冷渣器排出部分粗床料，優(yōu)化了爐內(nèi)床料粒度分布，順利的帶上了負(fù)荷。不過，對J閥回料裝置的溫升速度仍然沒有控制到比較理想的水平，這還有待于今后進(jìn)一步的摸索。
4、結(jié)束語
通過床料粒度對循環(huán)流化床鍋爐啟動的影響分析，使我們加深了對循環(huán)流化床鍋爐的特性理解，認(rèn)識到了不同粒度的床料對鍋爐的影響，意識到了優(yōu)化床料對于循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的重要性，這種思路為我們解決其他問題提供了有益的幫助。
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