生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐低過壓差變化的分析與技術(shù)改進(jìn)建議

黃偉杰

廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司 廣東 湛江 524300

引言

某生物質(zhì)電廠的鍋爐型號是 HX220—9.8-IV1，是高溫高壓、單汽包、汽水自然循環(huán)、平衡通風(fēng)鍋爐，露天布置；鍋爐采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)；循環(huán)物料分離采用絕熱式旋風(fēng)分離器。從2018年起兩臺鍋爐的運(yùn)行周期都受到尾部煙道過熱器壓差的制約，因此找出低過壓差變化規(guī)律，對運(yùn)行技術(shù)加以改進(jìn)，是延長鍋爐運(yùn)行周期的必要手段。

1 運(yùn)行數(shù)據(jù)跟蹤及統(tǒng)計(jì)

表1 #2鍋爐停爐前各差壓及機(jī)組負(fù)荷變化

續(xù)表

續(xù)表

表2 #2鍋爐重新啟動后各差壓及機(jī)組負(fù)荷變化

從運(yùn)行數(shù)據(jù)的跟蹤可以統(tǒng)計(jì)出如下內(nèi)容。

1.1 低過區(qū)域

①低過壓差從最初的0.6KPa上升至1.0KPa,用時(shí)28天，增長速率為0.014KPa/天；②低過壓差從1.0KPa上升至2.0KPa， 用時(shí)21天， 增長速率為0.048KPa/天；③低過壓差從2KPa上升到3KPa，用時(shí)12天，增長速率為0.083KPa/天；④從中可以看出，開始階段，積灰是較慢的，但隨著時(shí)間的增長，積灰速度越來越快。

1.2 空預(yù)器區(qū)域

①空預(yù)器壓差從最初的1.7KPa上升至2.0KPa，用時(shí)30天，增長速率為0.01KPa/天；②空預(yù)器壓差從2.0KPa上升至2.5KPa，用時(shí)22天，增長速率為0.022KPa/天；③空預(yù)器壓差從2.5KPa上升到3KPa， 用時(shí)15天， 增長速率為0.033KPa/天；④從中可以看出，空預(yù)器壓差的增長是比較均勻，平均每天0.01～0.02KPa之間。

1.3 負(fù)荷變化

從負(fù)荷曲線看，第50天后機(jī)組負(fù)荷明顯下降，平均負(fù)荷低于50MW，當(dāng)時(shí)對應(yīng)的空預(yù)器壓差為2.48KPa,低過壓差為2.11KPa。

2 壓差增大的原因分析

根據(jù)對鍋爐低過區(qū)域壓差的跟蹤調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)低過區(qū)域壓差的增長速度與原始的壓差有關(guān)。通過近幾次開機(jī)后的參數(shù)對比，我們發(fā)現(xiàn)有時(shí)開機(jī)后第二天，機(jī)組帶50MW以上負(fù)荷，有時(shí)低過區(qū)域的初始壓差為0.3～0.4KPa之間，有時(shí)低過區(qū)域的初始壓差卻為0.6～0.7KPa。從初始壓差的不同可以看出檢修過程中對低過區(qū)域沖洗的清潔度有所不同[1]。我們跟蹤了近兩次#2爐開爐后的低過壓差變化過程，發(fā)現(xiàn)兩次從初始的0.58KPa起增長到1KPa所用時(shí)間大致都為27-30天。說明初始階段積灰速度是一致的。

由于我們廠低過為臥式布置，管與管之間的間隙較小。這種設(shè)備布置結(jié)構(gòu)本身就存在有容易積灰的缺點(diǎn)[2]。在鍋爐正常運(yùn)行中，煙氣中不可避免地?cái)y帶有灰塵，這些灰塵流過低過受熱面時(shí)受管子的阻力就會有部分灰塵黏結(jié)在管子表面，久而久之，灰塵越結(jié)越厚，舊的灰塵被新的灰塵包裹，逐漸就形成了包裹在管子外層的灰層。這些灰層由于是有時(shí)間段積聚的，每層灰層中所含飛灰可燃量不同，有些含可燃物較多的灰層被包裹在管子表面，時(shí)間長后，可燃物慢慢暗燃，可燃物含量較多，可能發(fā)生低過區(qū)域的二次燃燒（這種情況在幾年前曾經(jīng)發(fā)生過多次，2018年后，低過區(qū)域強(qiáng)烈的二次燃燒現(xiàn)象就沒有再發(fā)生。）雖然沒有發(fā)生強(qiáng)烈的二次燃燒，但可燃物的慢慢暗燃還是不停地發(fā)生的。這些可燃物的暗燃就形成結(jié)焦。而這種結(jié)焦并不是燃燒理論中的高溫結(jié)焦，而是低溫結(jié)焦，這種低溫結(jié)焦主要是由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的。這是我廠目前的設(shè)備結(jié)構(gòu)和燃料結(jié)構(gòu)情況下無法避免的。

隨著低過管子外層包裹的積灰越來越厚，管子間的間隙進(jìn)一步減小，煙氣阻力加大，更進(jìn)一步增加了低過受熱面表面積灰的可能性，這是一個(gè)惡性循環(huán)，是所有鍋爐都面臨的難題——特別是我們生物質(zhì)鍋爐：本身爐子小，尾部受熱面布置密，受熱面管子與管子之間的間隙本來就小，積灰是無法避免的；再加上生物質(zhì)灰中高含堿金屬成分，堿金屬元素有加快積灰的特性[3]。在生物質(zhì)鍋爐中，積灰也叫沾灰或玷灰，是指溫度低于灰熔點(diǎn)的灰粒在受熱面上沉積，玷污可分為高溫灰沉積和低溫灰沉積兩種類型。高溫灰沉積的形成溫度處于灰粒變形溫度t1下的某一范圍內(nèi)，這類沉積多發(fā)生在屏式過熱器、對流過熱器等對流受熱面上。低溫灰沉積則主要出現(xiàn)在溫度低于配露點(diǎn)的管壁表面上，如省煤器、空預(yù)器等，它是由酸液與飛灰凝聚而成。

3 積灰的變化規(guī)律

我廠對鍋爐尾部入口煙溫的變化進(jìn)行了較長時(shí)間的跟蹤與分析，總結(jié)了積灰的變化規(guī)律如下：啟動初期，如果尾部低過區(qū)域用水沖洗，因?yàn)樗疀_洗后尾煙受熱面表面比較干凈，低過吸熱量增多，在該期間，就會出現(xiàn)低過金屬壁溫偏高，低過出口蒸汽溫度偏高（達(dá)488～500℃），而由于低過吸熱量較大，低過區(qū)域的煙溫并沒有多高，一般為640～670℃之間。

隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增長，一般第7-10天就會出現(xiàn)低過出口蒸汽溫度下降，入口煙溫上升的趨勢，這說明低過受熱面表面上已經(jīng)開始聚積了沉積灰，由于灰的傳熱系統(tǒng)低，低過受熱面吸熱量減少，入口煙溫相對升高，但這期間入口煙溫仍是可控制的。一般低于680℃以下。這個(gè)時(shí)期，低過區(qū)域差壓增長速度較慢，一般為0.01～0.02KPa/天。

隨著鍋爐運(yùn)行進(jìn)一步增長，一般運(yùn)行第30天左右時(shí)，低過區(qū)域差壓逐漸增長至1.0KPa，這時(shí)期低過入口煙溫保持較穩(wěn)定，平均值有緩慢上升，一般維持在680℃以下。

低過差壓上升至1.0KPa后，低過差壓上升速率明顯增加，從原來的0.01～0.02KPa/天上升至0.02～0.04kpa/天，繼續(xù)運(yùn)行至第43天左右時(shí)，低過差壓已上升至1.5KPa以上。這時(shí)期低過入口煙溫平均值雖有上升，但仍保持在680℃以下。

低過差壓上升至1.5KPa后，低過差壓增長速率從0.02～0.04KPa/天上升至0.06～0.08KPa/天。隨著差壓的增長，這時(shí)期，低過入口煙溫平均值繼續(xù)增長，隨著灰中沉積的可燃物越來越多，還會出現(xiàn)可燃物暗燃或強(qiáng)烈二次燃燒的現(xiàn)象，表現(xiàn)為低過入口煙溫有時(shí)會短時(shí)間上升到690～700℃，二次燃燒時(shí)入口煙溫更高。

低過差壓上升至2.0KPa之后，低過差壓增長速度更加迅速。這時(shí)低過入口煙溫超過690℃的情況更多。

根據(jù)生物質(zhì)灰的特性，隨著入口煙溫的上升，該區(qū)域沉積的生物質(zhì)灰速度越來越快，所以低過差壓從2.0上升到2.5KPa只需要10天左右。

4 技術(shù)改進(jìn)建議

4.1 控制適當(dāng)氧量燃燒

保證鍋爐燃燒時(shí)有氧，使燃料在爐膛內(nèi)充分燃燒；同時(shí)又要控制好氧量，使?fàn)t內(nèi)的氧量不過多，提高燃燒效率，減少風(fēng)機(jī)電流，達(dá)到最佳功耗比。

4.2 加強(qiáng)吹灰

為了更好的吹灰效果，采用乙炔弱爆吹灰。每班全面吹灰一次，當(dāng)?shù)瓦^區(qū)域壓差達(dá)-1KPa時(shí)，每班除了全面吹灰一次外，還要單獨(dú)對低過區(qū)域再吹灰一次[4]。

4.3 改善鍋爐循環(huán)流化

當(dāng)鍋爐運(yùn)行周期較長后，爐膛內(nèi)有床溫分布不均，爐膛內(nèi)結(jié)焦導(dǎo)致流化不好的現(xiàn)象出現(xiàn)。這時(shí)鍋爐的循環(huán)不好，有未完全燃燒的灰分積聚在尾部區(qū)域暗燃，使尾部煙道壓差增大。為了解決這些現(xiàn)象，每隔一段時(shí)間更換床沙，改善鍋爐流化和循環(huán)。

4.4 控制入爐燃料品種和水分

對入爐的燃料按一定的配比混料，保證入爐燃料的品種和水分穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)的跟蹤和統(tǒng)計(jì)，分析出生物質(zhì)循環(huán)流化床低過壓差變化的原因及規(guī)律，并通過研究這些規(guī)律，找出了改進(jìn)辦法，延長了鍋爐運(yùn)行周期。提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。