CFB锅炉运行调整常识与问题的处理.docx
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1、CFB锅炉正常运行调整的目标a 在特定燃料供应方式下,对CFB锅炉主设备及其辅助系统进行运行调整,实现机组的基本设计性能和运行指标。b 维持良好的燃烧调整工况,保证理想的床温、床压和正常稳定的物料循环返料过程。c 生产出满足汽轮发电机组所需的适量主蒸汽与再热蒸汽流量,确保过热蒸汽和再热蒸汽出口温度、压力符合技术规范设计参数要求。d 通过炉内过程和炉外除尘器、脱硫设备运行方式的优化,实现粉尘和烟气污染物排放达标,确保排烟检测数据满足环保法规的限制指标要求。e正确处置各种运行突发事件,防止故障和事故的扩大化,确保锅炉主设备和辅助系统运转的安全可靠性和理想的运行经济性,力求长周期的连续运行时间。CF
2、B机组锅炉燃烧调整的一般原则在CFB机组的调整过程中,始终牢记“一次风调床温、二次风调氧量”这样的配风基本原则,了解CFB锅炉的基本燃烧调整方法和特定炉型的基本特点。为了提高炉效、降低磨损、增强燃尽能力,可以在保持物料充分实现循环流化过程并保持良好物料温度的前提下,应尽量降低一次风率,增加二次风率。认真考虑和分析炉膛内部不同高度密相区和稀相区的烟气压力差异,熟悉各个二次风支管风压与炉内对应点背压之间的压差分配的关系,运用“上小、下大、左右调平”的二次风基本风量平衡原理,实现二次风整体配风的一致性,以此来解决二次风穿透问题,尽量消除中心区贫氧现象。一次风用量至少要大于最低临界流化风量,炉两侧各个
3、一次风进风通道尽量保持一致的阻力和进风量,避免严重布风不均和左右床温的不一致性,强调料层流态化平衡。以排渣和进料过程的实际物料平衡调节来确保料层厚度的始终稳定,实现理想的床压恒定。确保物料循环返料体系返料的连贯性,维持顺畅的返料进程和高效的循环物料分离效率。对于回料腿给煤方式,要在不同负荷下对落煤插板和密封风的差异进行初期微调,找出最终稳定工况的平衡落煤制约方式,使其适合于所有负荷下的给煤均匀性条件。对于前墙单独给煤方式,要设法保持落煤口下煤量的均匀和播洒效果。蒸汽温度的调节要针对实际燃烧过程的具体情况,尤其是转向室烟温、烟气负压和炉膛温度等对应参数,进行有效的预见性实时操作,防止汽温汽压异常
4、。3、料层厚度的掌握与料层的流态化过程控制从目前掌握的各种数据汇总和经验总结来看,要实现CFB锅炉的正常流态化过程,维持基本燃烧稳定工况,首先要确保料层厚度的适当。为了确定最佳的料层厚度,需要掌握布风板面积、物料颗粒度和堆积比重、风帽型式、布风板开孔率和布风板空床阻力等有关重要数据。一般来说,在同等条件下,每增加一平方米的布风板面积,需要对应地增加611mm的料层厚度;对于堆积比重相对较轻或较重的物料,所需的料层厚度需要在布风板面积变化的基础之上,按照比重的不同适当做出比例缩放。颗粒尺寸的大小也决定着料层厚度的选择。多数情况下,粗大的颗粒相对多的物料其料层厚度可以薄一些;平均粒径2.02.8m
5、m中间颗粒尺寸份额居多且相对均匀物料的料层厚度掌握上要灵活一些;细颗粒成分份额较高的物料要求料层厚度相对厚一些。但对于最粗和最细份额都很高的、中间切割平均粒径颗粒份额又相对较少的两极化不均匀物料来说,其料层厚度的确定是比较困难的一件事情,难以驾驭,此时也容易在流态化过程中出现沟流、分层、涌动、穿孔等颗粒异常运动情况,对燃烧稳定不利。按照常识概念,一般对于35t/h(6MW,610m2)级别的循环流化床机组来说,其可运行的料层厚度为380mm450mm;而对于450t/h(135MW,4752m2)级别的循环流化床机组来说为800mm1150mm;1050t/h(300MW,5460m2/951
6、25m2)级别的循环流化床机组则为850mm1200mm /950mm1350mm。依此类推,可根据各个CFB锅炉的实际布风板床面积、物料颗粒筛分、布风均匀性、比重等因素,结合精确的冷态试验分析来确定用户自己允许的最低可连续运行料层厚度。正常情况下,每增加1m3布风板面积,需要相应增加711mm的料层厚度。当物料颗粒度条件很好、煤质稳定可靠、燃烧系统完善时,如果用户采用节能降耗的“薄床料、低床压”技术运行的话,则可以根据自己的布风板面积,按照每增加1m3布风板面积相应增加69mm的料层厚度的原则来掌握料层厚度。确定料层厚度时,要先计算出其与35t/h流化床布风板面积的差值,即与8m3布风板面积
7、对应380mm料层厚度的基准值之间的面积增加值,最终可确定合理的运行料层厚度范围,但采用薄床料运行时要十分精细地调整,防止床温不均匀性和流态化的异常情况出现。如果煤质多变,且设备缺陷较多时,在运行中会出现薄床料下的种种问题,容易发生意外灭火和床温脉动情况,要求十分关注返料器回料和料层床温床压的稳定性。4、床温的调节与保持CFB锅炉床料温度是决定燃烧状况好坏的关键数据,它是燃料供应量、一次风量、二次风量、燃料特性与物料循环在整体流化过程中的放热与散热的平衡结果,也与炉内整个CFB燃烧过程燃料份额的分布情况有关,反映出所进行的燃烧调整工况的优劣程度。床温均匀性和局部绝对床温的变化率也可以对着火与燃
8、尽参数进行评价。当流化床运行过程中出现床温不均匀现象时,就意味着在整个床面上存在着入炉燃料量、流化程度、返料系统、料层厚度、物料颗粒度、二次风给量或者一次风布风系统等方面的某一个主要方面或者几个因素出现了偏差,引起了这种床温的不均匀性。在运行调节的增减煤量操作过程中,CFB锅炉不能像煤粉炉那样简单地依照“增加负荷时先加煤后加风”或者“减少负荷时先减风再减煤”的习惯性做法来维持床温,尽管在多数情况下CFB也是如此来照办的。事实上,循环流化床锅炉与煤粉炉最大的区别在于极少燃料比例的床料流态化燃烧与纯燃料的悬浮燃烧方式之间的差异。煤粉炉是高温的低热惰性单一进程煤粉着火与燃尽;而CFB为低温的高热惰性
9、多次流化循环过程颗粒燃烧,没有显著的着火与燃尽段分界线。比如在增加负荷时,如果初始床温比较高,就先加风后加煤;而床温比较低时,就先加煤后加风。反之,减负荷时,如果床温高就先减煤后减风;床温低则先减风后减煤。掌握好这个要领,可以减少结焦和意外灭火的可能性,容易保持床温稳定均匀。决定CFB锅炉燃烧温度的关键当然主要是一、二次风与燃料之间的平衡,但这中间床料情况、风温、流火程度、燃料特性和物料循环返料过程也都起到了不可忽视的作用,需要整体设计合理、运行调整得当才可以维持正常的床温。对大多数煤种来说,可以接受的稳定运行床温为7801000,最佳运行床温为870920。对于大型化循环流化床锅炉来说,带有
10、换热器外置床的CFB机组的床温随着负荷的变化其温度值相对平稳,有时甚至可以做到床温基本稳定在一个很狭窄的合理范围内,上下漂移不超过25。而对于多数没有外置床的CFB炉型,床温的变化趋势与负荷变化相对应地增减,床温变化可高达50100。等同条件下相比,细料居多的床料运行温度偏低,料层厚度不宜保持,低温结焦倾向明显;而粗大颗粒料层又容易温度偏高,底部排渣相对困难,高温结焦倾向明显。相对于早期的鼓泡床来说,物料在炉内有着相对明显的床层与上部悬浮空间分界线,可以清晰地分出料层与稀相区的分界线,因而比较容易做出各种热态的和冷态的试验研究数据,得到的物料参数和关联过程量相对精确。而目前的大中型CFB锅炉流
11、化速度高且循环过程强烈,使得物料更多地体现在连续的密相区与稀相区的模糊过渡状态,因此我们一般对循环流化床的床温理解可以限定为布风板以上的89米以下平均密相区温度为“床温”概念.对于测点来说,取用布风板上方0.5米附近以及1.01.6米的多个温度平均为好,这是因为前者代表了点温度转化位置。后者代表了面温度转化概念。5、变负荷过程的燃烧适应性事实上,当机组增加负荷时,习惯上按照加负荷先加煤后加风的一般概念调整在多数情况下是可以的,但千万不能忽视运行中间出现的一些特殊现象的影响,调整煤量或风量时要注意观察当时床温的绝对值和变化趋势。在此,我们建议在床温较高时,加负荷时可以先加风后加煤;床温较低时则可
12、以先加煤后加风。这样调整的好处是,可以因地制宜地随时控制相对平稳而连续的床温,也同时用一种简单的办法就可以解决中国电厂多变煤种带来的床温不稳定性,如果热控专业把这一逻辑做到DCS自动控制系统中去的话,将会有更好的床温稳定效果。在负荷变化时,由于CFB机组热惰性相对较大,燃烧与负荷之间的适应性没有煤粉锅炉来的那么快,因此在调整负荷时应当对电力调度中心有关监控部门专门说明一下,考虑到足够的负荷调整迟缓情况,负荷变化率要明显低于同容量煤粉锅炉,否则会带来煤水比变化过快时的气温气压不适应。运行中应及时做到机、炉、电三个专业的整体协调,尽量以“机跟炉” 的负荷增减方式来协调整体运行,对机组的长周期经济安
13、全运行会带来明显的好处。流化床锅炉的优势在于宽范围的燃料适应性,发热量可以是3MJ/kg以下的煤矸石、油页岩、煤泥、泥煤、洗中煤、城市垃圾、污泥等等低热值劣质固体或气体燃料,也可以是20MJ/kg以上的各种高热值液体、气体和固体燃料或者这些燃料的混合体,只要这些固体燃料可以被破碎到一定尺寸、液体燃料可以得到良好雾化且并不破坏流态化过程即可。6、主蒸汽温度与再热汽温的调节对于煤粉锅炉来说,过热器和再热器温度的调整应以锅炉尾部竖井烟道前的所谓转向室烟温来作为具有预测性的汽温调节基准点。而循环流化床锅炉则更应以床温和循环物料分离器后的烟温为关键控制基准点,床温比物料分离器后烟温对汽温的影响要稍微慢一
14、下,物料分离器后烟温变化1520秒钟后汽温开始变化;而床温变化3040秒钟后汽温开始变化。CFB设备中,除了带有外置床的大型流化床机组需要根据分流到外置床灰量的多少来控制再热汽和过热汽汽温以外,多数的CFB锅炉都需要采用高中压减温水、尾部烟道烟气调整挡板、旁路受热面和燃料量调节来进行汽温调节,其中一、二次风量的配风调节、定周期尾部烟道吹灰、给水温度变化、总风量及氧量调节等操作也都会改变受热面的吸热状况,对汽温产生影响。但无论如何都不能回避尾部烟道前分离器后烟气温度对主蒸汽温度、再热蒸汽温度的响应十分敏感这一事实,需强调这一汽温调节要素。对于具有换热器的外置床CFB锅炉来说,很难做到使得每一个外
15、置床在一定的外部物料循环条件下完全对称,多少总有一些区别和差异,即使是同一台外置床也或多或少由于长期运行带来某些灰量调节偏差。分享锅炉知识,关注微信公众号锅炉圈。为此,要注意观察各自的温度与循环分支物料量调节上的异同,最好在启动之初就考虑到这一点,尽量在点火初期就事先微量开启外置床回料阀,这样的投入方式可以较好地解决一些电厂在中低负荷下再热汽温的偏差问题,以不一致的投入量换取一致的汽温均匀性。物料中间粗大颗粒占主要成分、二次风相对较少或者燃用易燃尽煤质时,一般汽温会显得相对较低;而细料床、多二次风比例或者难易燃煤情况下,则汽温会显得相对较高。反映在运行中,则是同等出口汽温下的减温水用量的多寡和
16、排烟温度的高低之分,往往是减温水用量大时排烟温度也相对较高,此时处于汽温相对较高的过程。其症结在于炉膛内部燃烧份额分配的不同,扬析过程燃烧份额较大时汽温偏高,而密相区燃烧份额较大时汽温偏低一些,这种规律很重要,可以帮助我们明确控制汽温的基础成因。7、最低稳燃状态的保持流化床低温燃烧过程起码要做到炉内物料的沸腾状态流化,并且保持住对应煤种的最低着火温度以上。实际的额定燃烧工况下要求床温保持在900左右,而一般情况下我们已知的煤种中无烟煤、矸石等劣质煤最低着火所要求的燃烧温度至少为750,那么考虑到给煤量的不稳定性和个别给煤机瞬间断煤的可能性,要求在此基础上适当增加一些温度为最低允许的运行床温。根
17、据我们的实践经验、冷态试验分析和计算结果,燃用劣质煤的CFB锅炉的最低稳燃床温一般可控制在780790;而燃用褐煤的最低稳燃床温则可以保持在740750。为了保证尽可能小且安全可靠的的最低不投油稳燃负荷,我们要求务必要使料层在该时段内始终处于略高于沸腾态下的最低临界流化,此时的风量不宜太大,否则很难使床温保持在一个能够可靠着火的范围内,并难以持续燃尽的过程。这个热态下最低临界流化风量一般为冷态试验所得出的最小一次风流化风量的70%85%左右,具体数值依赖于煤种和物料的堆积比重、料层厚度的掌握、风帽型式、布风板面积和风温风压。如果按照单位燃料或者单位布风板面积来计算的话,多数情况下小型流化床炉子
18、所能实现的最低流化风量要比大型CFB锅炉所用的风量明显小一些,这里面主要是因为大型锅炉布风板面积增加时,受到流化不均匀性影响,促使其料层厚度有所增加所致。8、变煤种调整对策与CFB煤质适应性由于煤源供应和价格的制约,使得发电成本居高不下,煤种变化大无法保证稳定,远离设计煤种和校核煤种,且主要趋向于燃用劣质煤的现实情况,成为目前困扰各种燃煤锅炉的一大问题。当一台CFB锅炉改用劣质煤燃烧时最容易产生以下几方面问题:灰渣处理设施在不堪重负的情况下常常罢工不干,磨损问题、汽温问题、蒸发量不足等问题也接踵而来,迫使燃用劣质煤后的CFB机组经常处于不能带满负荷的状况。a显著的颗粒冲刷磨损问题其中包括水冷壁
19、、省煤器、再热器、过热器、耐火浇注料、风帽、循环返料系统的受热面及炉内其他通流部分,其磨损状态经常是惨不忍睹,各个电厂都曾或正在遭遇这种情况。作为用户不可能不计成本地选用昂贵的防磨措施,也不能因为过分追求防磨而频繁人为停机检查和补救,企业效益也不允许我们更多地处于防磨被动状态,切实可行的合理防磨措施是需要多加思考的,不能治了磨损而带来其他问题,只要可以完成一个合理的百天以上连续运行周期看来也是很好的目标了,实在不行合理地降低一些指标也无妨。磨损问题的解决,除了采取防磨梁、护瓦、防磨鳍片、防磨喷涂、炉内测点凸起点光滑过渡、消除炉内水冷壁异常凹凸点、分离器入口烟窗导流处理、覆盖耐火浇注料和防磨隔离
20、片等有效的机械防磨措施以外,还必须注意到这些机械防磨措施中有不少方法会显著破坏贴壁流对炉内的传热过程,降低水冷壁蒸发能力,最终形成火焰燃烧份额上移,使得锅炉排烟温度升高、减温水量增加甚至限负荷运行,尽量采取哪些不明显影响传热的防磨措施和导热性能好的防磨材料,结构措施上也尽量做到符合物料“有原则导向疏导”的流动原则,从流动模型上多做一些考量。除此以外,运行操作上也可以对减轻磨损有所帮助。一般来说,诸如尽量降低一次风量、上下二次风尽量均等分布、颗粒细度控制得相对小一些、少一些局部烟风道漏风和均匀而相对小的床压控制等运行处理方法,也能有效地抑制CFB的炉内磨损程度,减轻防磨压力。设计上,以4.75.
21、1m/s的流化速度选择最为合理,既可以满足大多数煤种的流化床燃烧稳定性,又可以适度控制磨损程度。实践证明,十多年前从国外引进的大型CFB技术选用5.56.4m/s的流化速度,所产生的劣质煤严重磨损已被国内广大用户充分认识,仅适合于硬度较低、易破碎的褐煤、高热值优质烟煤等松软煤质,会引起国内煤种多变情况的CFB消化不良问题。而对于那些燃用生物质的CFB炉型,只能选择鼓泡床炉型,其流化速度可选择的低一些,一般以2.33.4m/s为好。b 辅机运行负载加重很多电厂都因为燃料灰量的急剧上升使得运行连续性不能保证,堵灰漏渣等一般故障更是层出不穷,不得不进行相应的辅助系统改造。由于灰量大增,直接导致排渣除
22、灰系统的机械设备卡涩跑偏、排量受限、堵灰堵渣和跑冒滴漏等故障频发,给煤机、除尘器、冷渣器、除灰除渣系统等与燃料、灰渣有关的辅助机械的承载负担也相应加大,极大地制约了设备性能,限制了机组带负荷能力。在灰渣量增加的情况下,除灰除渣系统的运行非常困难,个别电厂的灰量甚至成倍增加,使冷渣器无法正常工作,限制了料层厚度控制的灵活性,无法获得一个理想的床温床压稳定性。紧急排渣除灰方式在这些电厂中变成了一种常态,锅炉零米和除尘器下部变成了灰渣堆放场地,粉尘飞扬、污水横流,对环境产生极大的污染。本来燃用高热值煤种的给煤机和落煤系统,其原始极限出力不能保证劣质煤状态下的长期连续大出力运行,不断发生运行中断煤和堵
23、煤故障,紧急减负荷和应急处理成为困扰CFB运行操作的难题,尤其是燃用水分含量较高的洗中煤、煤泥时更容易出现这样的情况,除非在设计之初已经充分考虑高水分劣质煤的给煤影响因素。除尘器在灰量很大的情况下,排灰很不顺畅且容易产生灰斗和分级除尘之间的粘堵,尤其是北方电厂冬季运行过程中最容易出现麻烦,布袋除尘器经常会出现压差无法平衡,布袋之间的阻力急剧增加限制了机组带负荷能力,甚至造成停机。因此,解决大灰量冷渣器、除尘器等设计、制造和设备选型问题已刻不容缓。c炉内物料浓度升高带来的汽温问题由于受到磨损的制约,很多厂采取了相应的水冷壁加耐火涂层或其他的弱化传热的防磨措施,结果导致减温水大幅增加甚至满表勉强运
24、行的情况,一些机组不得不限负荷运行。即使是不采取防磨改造,这种大浓度循环灰过程,使得悬浮段炉膛温度上升,也能够产生汽温偏高的趋势,往往需要对减温水系统进行减温器扩孔、给水回路提压和减温水支管加粗等相关的减温水加量技术改造,否则很难保持汽温合格。而在额定蒸汽温度下,一旦减温水已用到极致时,实现“压红线运行”的特殊调温方式是一件非常困难的事情。此时,需要锅炉与汽轮大电机组之间的进汽量、电负荷和汽压参数的协调非常精准,并随着负荷的变动而频繁调节燃烧过程使烟温与汽温相适应,使得操作员的运行调整难度加大,蒸汽超温现象时有发生。在一些情况下,为了保证蒸发段获得足够吸热量,就需要增加一些省煤器或者翼型水冷壁
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