100 MW循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期安全高效運(yùn)行研究

，，

(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，新疆 克拉瑪依市 833600)

0 引 言

循環(huán)流化床燃燒是近些年快速發(fā)展并在國(guó)內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用的一種潔凈煤利用技術(shù)，其具有燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好、燃燒效率高、污染物排放水平低等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。但是，受到設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的欠缺以及運(yùn)行水平的限制，國(guó)內(nèi)目前投運(yùn)的不少循環(huán)流化床鍋爐也暴露出一些問(wèn)題。其中爐內(nèi)磨損一直是影響CFB鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題[5-7]。

為此，這個(gè)國(guó)產(chǎn)410 t/h CFB鍋爐開(kāi)展了防磨綜合治理工作，分別完成了主動(dòng)多階防磨梁安裝、冷態(tài)試驗(yàn)、熱態(tài)試驗(yàn)、運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，最終獲得了良好的應(yīng)用效果。實(shí)踐證明防磨綜合治理技術(shù)可以有效保證鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

1 鍋爐設(shè)備規(guī)范

這個(gè)#4鍋爐為DG410/9.81-II1型CFB鍋爐，鍋爐總圖見(jiàn)圖1，采用單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式，緊身封閉布置，鍋爐由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，兩臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器和一個(gè)由汽冷包墻包覆的尾部豎井(HRA)三部分組成。

鍋爐主要技術(shù)規(guī)范見(jiàn)表1，鍋爐設(shè)計(jì)煤種及校核煤種參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 鍋爐總圖

表1 鍋爐主要技術(shù)規(guī)范

2 冷態(tài)試驗(yàn)研究

冷態(tài)試驗(yàn)包括：風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)(一次風(fēng)、二次風(fēng)及高壓流化風(fēng)風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn))、流化特性試驗(yàn)(布風(fēng)板阻力、料層阻力、臨界流化風(fēng)量和布風(fēng)均勻性試驗(yàn))。其主要目的是保證風(fēng)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，并為運(yùn)行人員提供鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)和正常運(yùn)行所必需的重要參數(shù)。

2.1 風(fēng)量標(biāo)定試驗(yàn)

風(fēng)量測(cè)量裝置的標(biāo)定，是使用皮托管和數(shù)字微壓計(jì)，按照網(wǎng)格法測(cè)量實(shí)際風(fēng)量，然后比較實(shí)際風(fēng)量與DCS顯示風(fēng)量的差別，通過(guò)熱工控制系統(tǒng)對(duì)DCS顯示風(fēng)量進(jìn)行修正。

表2 設(shè)計(jì)煤種參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)左、右側(cè)一次熱風(fēng)分支管上的風(fēng)量測(cè)量元件流量標(biāo)定系數(shù)K均基本穩(wěn)定，基本能滿足鍋爐運(yùn)行的要求，其中，左側(cè)熱一次風(fēng)支管的流量標(biāo)定系數(shù)K為1.065，右側(cè)為0.985。

(2)左右側(cè)二次風(fēng)主風(fēng)管上的風(fēng)量測(cè)量元件流量標(biāo)定系數(shù)K均基本穩(wěn)定，基本能滿足鍋爐運(yùn)行的要求，其中，左側(cè)熱二次風(fēng)主風(fēng)管的流量標(biāo)定系數(shù)A0為1.583，右側(cè)為1.629。

(3)左側(cè)、右側(cè)返料風(fēng)的流量標(biāo)定系數(shù)K分別為1.044、1.134；左側(cè)、右側(cè)松動(dòng)風(fēng)的流量標(biāo)定系數(shù)K依次為1.031、1.406。

2.2 布風(fēng)板阻力特性及料層阻力試驗(yàn)

測(cè)量不同風(fēng)量下布風(fēng)板的空床阻力可以了解布風(fēng)板阻力特性，借助冷態(tài)布風(fēng)板阻力試驗(yàn)可以推導(dǎo)出熱態(tài)時(shí)的布風(fēng)板阻力特性計(jì)算公式，為運(yùn)行人員根據(jù)風(fēng)室壓力判斷料層厚度提供參考。圖2給出了冷態(tài)和熱態(tài)下的布風(fēng)板阻力特性曲線。當(dāng)鍋爐運(yùn)行流化風(fēng)量為180 000 Nm3/h，冷態(tài)和熱風(fēng)溫度186 ℃時(shí)，布風(fēng)板阻力分別為2 304 Pa和3 871 Pa，而同類型機(jī)組運(yùn)行時(shí)的布風(fēng)板阻力一般為4～5 kPa，因此該鍋爐的布風(fēng)板阻力偏低，可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)室漏渣和流化不均等問(wèn)題，應(yīng)加以關(guān)注。

圖2 冷態(tài)和熱態(tài)時(shí)的布風(fēng)板阻力特性曲線

開(kāi)展料層阻力特性試驗(yàn)時(shí)，料層厚度為880 mm，通過(guò)調(diào)節(jié)一次風(fēng)量、記錄風(fēng)室壓力等參數(shù)做出了總阻力特性曲線和料層阻力特性曲線如圖3所示。

圖3 料層阻力特性曲線

2.3 臨界流化風(fēng)量及布風(fēng)均勻性試驗(yàn)

從圖3中可以確定臨界流化風(fēng)量為60 000 Nm3/h。建議將運(yùn)行中最小運(yùn)行控制風(fēng)量確定為80 000 Nm3/h，此風(fēng)量對(duì)鍋爐安全運(yùn)行有足夠的余度布風(fēng)均勻性試驗(yàn)是將流化風(fēng)量增大到一定程度后瞬間關(guān)閉流化風(fēng)，觀察爐膛內(nèi)床面的平整程度來(lái)確定鍋爐布風(fēng)均勻情況。在料層厚度為880 mm，流化風(fēng)量為75 000 Nm3/h的條件下，停風(fēng)機(jī)后進(jìn)入爐內(nèi)觀察，床面均勻性較好。

3 熱態(tài)試驗(yàn)研究

熱態(tài)試驗(yàn)的主要目的是檢測(cè)鍋爐的空預(yù)器漏風(fēng)情況及排煙溫度場(chǎng)，為運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整打好基礎(chǔ)。本次試驗(yàn)主要進(jìn)行了空預(yù)器入口氧量測(cè)定、空預(yù)器漏風(fēng)測(cè)定和排煙溫度測(cè)定。

鍋爐采用管式空氣預(yù)熱器，分三組布置在尾部煙道。對(duì)空預(yù)器前氧量場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示，氧氣濃度在空氣預(yù)熱器前的煙道中分布略有差異，左右兩側(cè)氧濃度均值相差0.14%；左右兩側(cè)表盤氧量指示值與真實(shí)值略有偏差，左側(cè)氧量顯示值偏小0.17%，右側(cè)氧量顯示值偏小0.16%。

通過(guò)測(cè)量空預(yù)器出口的氧量，并與空預(yù)器入口氧量進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算可得：左側(cè)煙道的漏風(fēng)系數(shù)為0.022、漏風(fēng)率為1.60%，右側(cè)煙道的漏風(fēng)系數(shù)為0.090、漏風(fēng)率為6.72%，整個(gè)空氣預(yù)熱器的平均漏風(fēng)系數(shù)為0.055、平均漏風(fēng)率為4.11%，右側(cè)漏風(fēng)較左側(cè)嚴(yán)重。

排煙溫度的測(cè)量結(jié)果顯示，出右側(cè)實(shí)測(cè)排煙溫度高出左側(cè)實(shí)測(cè)排煙溫度2.6 ℃，右側(cè)DCS顯示排煙溫度高出左側(cè)DCS顯示排煙溫度31.8 ℃，左側(cè)實(shí)測(cè)排煙溫度低于DCS顯示值24.0 ℃，右側(cè)測(cè)試排煙溫度高出DCS顯示值10.4 ℃，現(xiàn)有DCS溫度測(cè)點(diǎn)取樣代表性不佳，需要更換。

4 燃燒優(yōu)化調(diào)整研究

在冷態(tài)試驗(yàn)和熱態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整鍋爐主要運(yùn)行操作參數(shù)(如總風(fēng)量、一二次風(fēng)比例、床溫、床壓)，研究運(yùn)行參數(shù)對(duì)鍋爐性能的影響，找到鍋爐高效、安全、環(huán)保運(yùn)行的合理方式，為運(yùn)行人員提供運(yùn)行指導(dǎo)。

研究表明，隨著總風(fēng)量的減少，氧量明顯降低，固體未完全燃燒熱損失的變化不明顯，而排煙熱損失明顯降低，鍋爐效率提升，并且有助于降低NOx排放濃度。隨著一次風(fēng)比率的增加，固體未完全燃燒熱損失略有上升，鍋爐效率略有下降。隨著床壓的增加，固體未完全燃燒熱損失有所降低，會(huì)引起一次風(fēng)機(jī)電流的增長(zhǎng)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整后，該鍋爐的鍋爐效率可以達(dá)到92.97%，較運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整之前提高了0.75%。

5 主動(dòng)多階防磨梁的設(shè)計(jì)與安裝

5.1 爐內(nèi)防磨裝置技術(shù)原理

CFB鍋爐水冷壁磨損機(jī)理示意圖如圖4(a)所示。從圖中可以看出：CFB鍋爐爐膛內(nèi)物料基本呈兩種運(yùn)動(dòng)方式：在爐膛中心物料自下往上運(yùn)動(dòng)，在爐膛四周物料以近似自由落體的方式自上往下貼壁運(yùn)動(dòng)。正是因?yàn)闋t膛四周貼壁向下運(yùn)動(dòng)(貼壁流)的物料不斷沖刷水冷壁，從而形成磨損。而且，隨下降高度的不斷增加，貼壁流物料的速度與濃度不斷增加，磨損也越來(lái)越嚴(yán)重。因此，密相區(qū)上部澆筑料分界線處水冷壁的磨損最為嚴(yán)重，爆管概率最大。

為了有效降低貼壁流物料的速度與濃度，可以在爐膛四周安裝爐內(nèi)防磨裝置。從圖4(b)可以看出，安裝該防磨裝置后，物料沿四周自由落體的高度被防磨裝置分隔成幾段。物料貼壁運(yùn)動(dòng)的速度不再是一直增大的過(guò)程，由于受到一定的阻礙，自由落體的高度被大大縮減，這樣貼壁流的速度將明顯降低。沿爐膛四周落到上一層防磨裝置的物料受到其阻礙，改變了四周物料的運(yùn)動(dòng)方向，不再是垂直向下流動(dòng)，而是按一定角度向爐膛中心流動(dòng)。

圖4 CFB鍋爐水冷壁防磨機(jī)理

5 結(jié) 論

為實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)某廠國(guó)產(chǎn)410 t/h CFB鍋爐進(jìn)行了防磨綜合治理改造。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了冷態(tài)試驗(yàn)、熱態(tài)試驗(yàn)和運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整。通過(guò)此次試驗(yàn)和運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整，修正了鍋爐設(shè)備的風(fēng)量、氧量、溫度測(cè)量元件，為運(yùn)行人員提供了可靠翔實(shí)的數(shù)據(jù)，減少了運(yùn)行的盲目性。通過(guò)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了鍋爐效率的提升，相比調(diào)整前提高了0.75%。

通過(guò)分析比較了加裝爐內(nèi)防磨裝置前后鍋爐的運(yùn)行狀況，結(jié)果顯示爐內(nèi)防磨裝置可顯著降低磨損，同時(shí)未對(duì)鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，為鍋爐的長(zhǎng)周期安全高效運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件。

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