徐　源，高　超，王路偉，李英勤，李　雷

(中電投山西鋁業(yè)有限公司，山西 忻州 034100)

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循環(huán)流化床鍋爐無(wú)煙節(jié)油啟動(dòng)技術(shù)研究

徐源，高超，王路偉，李英勤，李雷

(中電投山西鋁業(yè)有限公司，山西 忻州 034100)

摘要：受啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作方式影響，大量循環(huán)流化床鍋爐存在啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、油耗高和煙囪黑煙嚴(yán)重等問(wèn)題。文中比較了常見(jiàn)的點(diǎn)火啟動(dòng)方式，分析了點(diǎn)火過(guò)程的主要影響參數(shù)。通過(guò)無(wú)煙節(jié)油啟動(dòng)改造，鍋爐啟動(dòng)油耗由7~8t/次降低至4~5t/次，啟動(dòng)過(guò)程煙囪無(wú)黑煙冒出且床溫更易于控制。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；啟動(dòng)；無(wú)煙；研究

0引言

循環(huán)流化床(Circulating Fluidized Bed，CFB)鍋爐啟動(dòng)時(shí)需要將爐膛內(nèi)的床料加熱到投煤溫度，根據(jù)鍋爐參數(shù)的不同需要加熱的床料量在幾噸到幾十噸之間。循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)屬于非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程，該過(guò)程涉及鍋爐本體點(diǎn)火、升溫升壓及帶負(fù)荷運(yùn)行，還涉及到一系列輔機(jī)及輔助系統(tǒng)的投用，如何實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、快速的啟動(dòng)是循環(huán)流化床鍋爐的一項(xiàng)重要技術(shù)。

受啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作方式影響，大量循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)期間存在時(shí)間長(zhǎng)、油耗高和黑煙嚴(yán)重等問(wèn)題，采用無(wú)煙節(jié)油啟動(dòng)技術(shù)對(duì)于提高循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性具有重要意義。

1常見(jiàn)點(diǎn)火啟動(dòng)方式比較

常見(jiàn)點(diǎn)火啟動(dòng)方式包括床上點(diǎn)火、床下點(diǎn)火和聯(lián)合點(diǎn)火。床上點(diǎn)火采用床上啟動(dòng)燃燒器加熱床料，床上啟動(dòng)燃燒器由床上油槍、伸縮機(jī)構(gòu)、火焰監(jiān)測(cè)器、燃燒配風(fēng)裝置組成。床上啟動(dòng)燃燒器一般布置于爐膛水冷壁上距布風(fēng)板2~3 m處、向下傾斜。床上點(diǎn)火方式的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)備少、初投資少。但其熱煙氣的利用率不高，加熱不均，特別是油槍霧化不好時(shí)易造成床料結(jié)焦。

圖1　床上啟動(dòng)燃燒器結(jié)構(gòu)圖

床下點(diǎn)火采用風(fēng)道燃燒器生成的熱煙氣加熱床料，風(fēng)道燃燒器位于冷一次風(fēng)道至床下水冷風(fēng)室之間，主要由油槍、高能點(diǎn)火器、火焰監(jiān)測(cè)器、燃燒配風(fēng)裝置、燃燒室和溫控室等組成。床下點(diǎn)火方式熱煙氣利用率高，加熱啟動(dòng)床料的效果更好，加熱速率也更快，鍋爐點(diǎn)火油耗低，加熱均勻，升溫穩(wěn)定。與床上點(diǎn)火相比，床下點(diǎn)火的熱利用率大幅提高，但設(shè)備龐大，初投資高。

圖2　床下啟動(dòng)燃燒器結(jié)構(gòu)圖

1-床上啟動(dòng)燃燒器；2-床槍?zhuān)?-布風(fēng)板；4-水冷一次風(fēng)箱；5-風(fēng)道燃燒器圖3　啟動(dòng)燃燒器布置示意圖

聯(lián)合點(diǎn)火是將床上點(diǎn)火和床下點(diǎn)火聯(lián)合使用，發(fā)揮它們各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)對(duì)方的不足。啟動(dòng)過(guò)程中先投入風(fēng)道燃燒器使床溫可升至400~500 ℃，再使用床上啟動(dòng)燃燒器將床溫均勻升至投煤溫度。聯(lián)合點(diǎn)火方式與單獨(dú)使用前兩種方式相比，既降低了風(fēng)道燃燒器熱功率以減少燒壞預(yù)燃室耐火層和非金屬膨脹節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，又減少了床上啟動(dòng)燃燒器的數(shù)量，避免了加熱不均或油霧化質(zhì)量不好引起的床料結(jié)焦。

2點(diǎn)火過(guò)程的主要影響參數(shù)

2.1臨界流化風(fēng)量

循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中應(yīng)在保證物料流化狀態(tài)的基礎(chǔ)上減少進(jìn)入風(fēng)室的風(fēng)量，因?yàn)檫^(guò)多的風(fēng)會(huì)將熱煙氣的熱量帶走。保證物料處于臨界流化狀態(tài)下點(diǎn)火對(duì)節(jié)約燃油十分必要。流化良好的循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)期間的控制流化風(fēng)量宜等于或略小于臨界流化風(fēng)量，臨界流化風(fēng)量可通過(guò)啟動(dòng)前的冷態(tài)試驗(yàn)測(cè)得。

2.2床料特性

床料是循環(huán)流化床鍋爐主要的蓄熱體和載熱體，床料粒徑對(duì)啟動(dòng)過(guò)程有影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)床料床料粒度宜在8 mm以下，且比重不宜過(guò)大，床料中顆粒過(guò)細(xì)或過(guò)粗均不利于啟動(dòng)。大顆粒過(guò)多，所需的流化風(fēng)量大；小顆粒過(guò)多啟動(dòng)過(guò)程中，床料可能會(huì)被大量帶走，床層減薄后會(huì)影響煤的正常燃燒。料層厚度不影響臨界流化風(fēng)量但會(huì)影響啟動(dòng)時(shí)間，習(xí)慣上啟動(dòng)前的床料厚度高于實(shí)際運(yùn)行值，以期同啟動(dòng)中消耗的床料相抵。但是床料過(guò)多后吸熱量大，油槍加熱床料時(shí)床溫上升緩慢，投煤時(shí)煤量也相應(yīng)增大，這會(huì)浪費(fèi)部分燃料并延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間。

2.3投煤溫度

煤粒的著火溫度主要與干燥無(wú)灰基揮發(fā)分的大小有關(guān)，當(dāng)然也會(huì)受煤的灰分、粒度、爐膛結(jié)構(gòu)等其他因素的影響。投煤過(guò)早，加入的煤不但不能燃燒，還要冷卻爐膛溫度，爐膛內(nèi)燃料積累過(guò)多，一旦達(dá)到著火溫度將引起燃料爆燃，溫度難以控制致使?fàn)t膛底部結(jié)焦；而投煤過(guò)晚，將增加點(diǎn)火時(shí)間和點(diǎn)火燃料的消耗量。應(yīng)根據(jù)實(shí)際燃煤情況確定允許投煤床溫，當(dāng)燃煤揮發(fā)份偏高時(shí)，可適當(dāng)降低允許投煤溫度；燃煤揮發(fā)份偏低時(shí)，可適當(dāng)提高允許投煤溫度。床溫低于允許投煤床溫不應(yīng)向爐內(nèi)投煤。根據(jù)熱功率1MW循環(huán)流化床燃燒試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果，圖4給出了確定的點(diǎn)火投煤床溫與燃料的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分的關(guān)系曲線，由于該數(shù)據(jù)是基于國(guó)內(nèi)20多個(gè)煤種的試燒測(cè)試值，能夠較為準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際情況。

圖4　點(diǎn)火投煤床溫與干燥無(wú)灰基揮發(fā)分的關(guān)系曲線

2.4返料器使用

返料器投入運(yùn)行的時(shí)間和方式對(duì)啟動(dòng)過(guò)程有直接影響。推薦采用間接啟動(dòng)，即鍋爐啟動(dòng)時(shí)，返料器不投入運(yùn)行；當(dāng)主燃料投入后，床溫升到運(yùn)行溫度時(shí)，間斷投入返料器，直到其連續(xù)投入。這樣在主燃料投入時(shí)，爐膛內(nèi)既保持了合適床料高度，避免因床料不足引起的點(diǎn)火困難；避免了因補(bǔ)充床料需要中斷點(diǎn)火過(guò)程和加床料的漫長(zhǎng)過(guò)程，也可以避免因返料系統(tǒng)啟動(dòng)晚，冷料返回引起的對(duì)床溫的沖擊，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組的平穩(wěn)啟動(dòng)。

2.5油槍特性

油槍燃燒特性，特別是燃燒效率對(duì)啟動(dòng)油耗也有影響。采用蒸汽霧化油槍或內(nèi)回油機(jī)械霧化油槍通常燃燒效率較低，啟動(dòng)過(guò)程中無(wú)法投用除塵器，煙囪會(huì)有可見(jiàn)的黑煙。此外傳統(tǒng)油槍為了提高風(fēng)道燃燒器的安全運(yùn)行特性，對(duì)風(fēng)道燃燒器出力、最低霧化壓力和燃油配風(fēng)有嚴(yán)格要求，運(yùn)行期間必須遵守。此外燃油壓力應(yīng)嚴(yán)格控制在油槍最低霧化壓力之上，防止積碳燃損燃燒器。

2.6耐火耐磨材料特性

循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)物料濃度高，因此在爐膛、分離器、返料系統(tǒng)等多個(gè)部位使用耐火耐磨材料作為防磨保護(hù)層。耐火耐磨材料導(dǎo)熱性能差，膨脹系數(shù)與金屬受熱面存在較大差異，升溫速度過(guò)快產(chǎn)生爐襯內(nèi)部熱應(yīng)力，更易使?fàn)t襯開(kāi)裂、脫落最后整體損壞，必須對(duì)升溫速度進(jìn)行控制。

3無(wú)煙節(jié)油啟動(dòng)技術(shù)實(shí)踐效果

某電廠采用濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)的240 t/h CFB鍋爐，采用床下點(diǎn)火方式，床下風(fēng)道燃燒器所用油槍為老式機(jī)械霧化式油槍?zhuān)捎谌紵实?，油槍額定出力為1.5 t/h，床溫升溫速度極慢，每次鍋爐啟動(dòng)時(shí)間約8 h，啟動(dòng)油耗約為7~8 t。此外燃油燃燒不完全，啟動(dòng)過(guò)程中全程煙囪排黑煙、不環(huán)保。針對(duì)該廠無(wú)煙節(jié)油啟動(dòng)技術(shù)的核心包括兩方面：一是微流化啟動(dòng)控制技術(shù)；二是節(jié)油油槍技術(shù)。

3.1微流化啟動(dòng)控制技術(shù)

微流化點(diǎn)火的前提條件之一就是要維持點(diǎn)火過(guò)程中床料處于全流化狀態(tài)，以保證整個(gè)料層的快速均勻加熱，根據(jù)試驗(yàn)本項(xiàng)目將鍋爐點(diǎn)火風(fēng)速為臨界流化風(fēng)速1.2倍。床料量的多少在一定程度上決定了循環(huán)流化床鍋爐的熱慣性，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)決定將電廠每次啟動(dòng)前的靜止料層厚度控制在800 mm，該厚度即能夠防止床料因可能出現(xiàn)的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)而被吹空，又可保證機(jī)組運(yùn)行正常后鍋爐能通過(guò)床料的置換和蓄養(yǎng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)帶滿負(fù)荷。

由于燃煤的著火溫度與干燥無(wú)灰基揮發(fā)分大小有關(guān)，啟動(dòng)前在煤場(chǎng)適當(dāng)添加一些揮發(fā)分高的引燃煤以降低入爐煤的著火溫度。粒度方面確保滿足設(shè)計(jì)要求，杜絕大塊混入。為了使燃料在床面播散均勻，啟動(dòng)期間優(yōu)先投用中間部分的給煤機(jī)。

投煤時(shí)采用“脈動(dòng)”給煤，初期投煤后密切注意觀察床溫、氧量變化情況，緩慢增加給煤量，及時(shí)調(diào)整一、二次風(fēng)量及二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度，防止燃燒不穩(wěn)引起床溫、煙溫、汽溫急劇變化，同時(shí)監(jiān)視返料器壓力、溫度，及時(shí)調(diào)整，防止各受熱面超溫、床面結(jié)焦、回料不暢、材料脫落等異常情況。

3.2節(jié)油油槍技術(shù)

電廠現(xiàn)有床下燃燒器使用的油槍出力偏大，實(shí)際點(diǎn)火過(guò)程中，出于對(duì)點(diǎn)火風(fēng)道耐火材料和布風(fēng)板及風(fēng)帽安全的考慮，要求水冷風(fēng)室內(nèi)溫度小于900 ℃，點(diǎn)火風(fēng)道煙溫小于950 ℃，但如果采用原設(shè)計(jì)出力的油槍?zhuān)嬖邳c(diǎn)火風(fēng)道冷卻風(fēng)量不足、增加一次風(fēng)壓后非金屬膨脹節(jié)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)啟動(dòng)需要對(duì)床下油槍出力和霧化方式進(jìn)行調(diào)整。

改造將舊油槍更換為壓縮空氣霧化油槍?zhuān)掠蜆屧O(shè)計(jì)出力600 kg/h，壓縮空氣壓力0.6 MPa、耗量3 m3/min。新油槍設(shè)有進(jìn)油、回油功能，為滿足自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)要求，配置專(zhuān)用壓縮空氣電動(dòng)控制管路，同時(shí)，配有氣路旁路手動(dòng)閥和空氣壓力指示表。改造后的真實(shí)火焰特征如圖5所示，可以看出火焰非常明亮，啟動(dòng)時(shí)煙囪無(wú)黑煙冒出，每次啟動(dòng)油耗降低至4~5 t。

圖5　改造后油槍出口火焰色溫

4結(jié)束語(yǔ)

(1)啟動(dòng)燃燒器設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作方式對(duì)循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)過(guò)程有較大影響。

(2)臨界流化風(fēng)量、床料特性、投煤溫度、返料器使用、油槍特性和耐火耐磨材料特性是點(diǎn)火過(guò)程的主要影響參數(shù)。

(3)采用微流化啟動(dòng)控制技術(shù)和節(jié)油油槍技術(shù)能夠有效降低油耗，實(shí)現(xiàn)無(wú)煙啟動(dòng)。

(4)相關(guān)研究成果對(duì)于改善循環(huán)流化床鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性具有重要意義。

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Research on Circulating Fluidized Bed Boiler Antiwear Board and Antiwear Beam

XU Yuan, GAO Chao, WANG Lu-wei, LI Ying-qin, LI Lei

(China Power Investment CorporationShanxi Aluminum Industry Co.,Ltd.,Xinzhou 034100,Shanxi Province, China)

Abstract:Wear is a major problem circulating fluidized bed boiler cannot run long period.In this paper, eight 240t/h circulating fluidized bed boilers have applied antiwear board and antiwear beam technology.The results show excellent running wear protective effect antiwear beam technology, should be the technology of choice for circulating fluidized bed boiler wear governance.

Key words:Circulating fluidized bed boiler;Antiwear board;Antiwear beam;Compare, research

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1009-3230(2016)03-0026-04

作者簡(jiǎn)介：徐源，男，主要從事耗能設(shè)備改造與管理。

收稿日期：2016-02-27

修訂日期：2016-03-06

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.007