440t/h CFB锅炉掺烧煤泥对各系统的影响及应对措施
发布时间：2014-09-27 09:59
摘要：440t/h循环流化床锅炉在实际掺烧煤泥生产活动中，由于煤泥粘度大、粒度细、热值低等特性，对锅炉给煤系统、排渣系统、燃烧系统的稳定运行产生了较大影响，通过对煤仓积煤、床温降低、床压波动、排渣冒灰等问题进行分析，提出相应解决措施。
关键词：循环流化床；煤泥；积煤；措施
The influence of each system and improvement measures for blending coal slime in a 440t/h CFB boiler
LI Mingming
Abstract:440t/t CFB boiler in actual mud mixed with coal production activities,as the slime viscosity、fine granularity、low calorific value characteristics,had a greater impact to the stable operation of the coal boiler system, slag systems, combustion systems,through the coal bunker plot, bed temperature decreases, the bed pressure fluctuations, ash slagging issues such as risk analysis,puts forward the measures to solve these problems.
Keywords:circulating fluidized bed;coal slime;integrated coal;measure
1 前言
河南蓝光环保发电叶县分公司#1、2锅炉分别为哈尔滨锅炉厂与杭州锅炉厂制造的单炉膛一次再热、平衡通风、固态排渣，超高压参数循环流化床，自然循环汽包炉。自2010年起为降低发电及供热成本，改善附近洗煤厂的煤泥造成环境污染现状，开始在两台440t/h循环流化床锅炉中开始掺烧煤泥，掺烧比例由最初的8%逐渐增加到60%。随着掺烧比例的增加，煤泥自身的特性对相关系统的影响也日渐突出，以#2炉为研究对象，通过对影响因素的逐一分析，制定切实可行的改善措施，保证锅炉在大比例煤泥掺烧工况下安全运行。
2 锅炉主要参数与煤种特性对比
锅炉主要设计参数（B—MCR工况)见表1。
表1 锅炉容量与设计参数
锅炉设计与校核煤质特性见表2
表2 锅炉设计与校核煤种特性
入炉煤泥特性见表3
表3 煤泥特性
3 掺烧煤泥对给煤系统的影响与改善
锅炉原煤仓实际结构如图1所示，两个容积为550m3的煤斗供给给6台出力为40t/h的称重皮带式给煤机通过锅炉前墙给煤。为防止煤仓积煤，在仓壁上安装有振打电机及液压疏松机。
在掺烧比例在10%以下时，采用原煤与煤泥同煤仓混掺的方式，但是随着掺烧比例的加大，同仓混掺出现了棚煤、贴壁、堵煤等现象，机组负荷因断煤从105MW降至60MW～40MW的现象时有发生，严重影响锅炉的稳定经济运行。
根据以上情况，在#3给煤机入口上部加装旋转清堵机进行试验性运行，经过3个月的连续运行，试验效果良好，#3给煤机断煤频率大幅下降，试验期间其余给煤机断煤现象仍然严重，于是掺烧方式改变为煤泥与原煤分仓供料，这样以来即使单侧煤泥仓3台给煤机全部断煤，那么另外的一侧仍能保持80MW负荷。
鉴于试验结果，旋转清堵机在解决煤仓贴壁和棚煤、积煤问题上，的确起到了良好的效果，于是制定以下措施：对剩余5台给煤机在小修期间同样加装旋转清堵机，断煤情况下，只要有四台给煤机的连续稳定出力就可以保证锅炉正常经济运行；同时上煤方式仍然是煤泥与原煤分仓供料；每天进行两次降低煤位作业，避免煤仓上部贴壁现象；一周进行一次煤泥与原煤互换煤仓，在倒仓前对将要上煤泥的煤仓先上100t原煤进行砸仓，清除煤仓壁上的原始积煤，避免大面积棚煤现象。
通过以上措施，煤泥对给煤系统的影响降到了最低，使锅炉在大比例掺烧煤泥时，给煤系统仍能连续稳定出力，保证机组负荷处于正常范围。
4 对排渣系统的影响与改善
锅炉除渣系统如图2所示，由4台出力16~20t/h的水冷滚筒冷渣机和4条出力38t/h的链斗输送机组成，锅炉排渣孔位于炉膛左右两侧紧贴布风板处，事故放渣管接于#4冷渣机下渣管气动阀后。
掺烧煤泥后，由于煤泥颗粒较细燃烧后产物大部分被烟气携带至电除尘装置除去，而煤泥的掺入减少了原煤的入炉量，于是冷渣机排渣量降低，未被烟气携带走的灰颗粒则进入冷渣机，导致冷渣机出口冒灰现象随煤泥掺烧比例的增加日益严重，造成了范围较大的粉尘污染。
为了防止由锅炉掺烧煤泥产生大面积扬尘现象，制定以下措施：在冷渣机出口（位置处）加装一根负压管，并且对原来存在的一根负压管进行补漏作业，两个负压管全部由除尘器前烟道引来，确保在冷渣机出口在微负压状态，这样通过冷渣机排出的粉尘就能被吸进除尘器前的烟道；同时，在发现单台冷渣机冒灰严重时，及时调整燃烧，减少距冒灰冷渣机最近给煤机的煤泥送入量。由此，冷渣机出口冒灰造成的环境污染现象得到了有效的遏制。
图2 锅炉除渣系统图
5 对燃烧系统的影响与运行调整
煤泥与原煤同时进入锅炉后，煤泥先由团状吸收炉内高温物料的热量分裂成颗粒状，然后挥发分析出，进而进行燃烧，燃烧后的高温灰颗粒在炉内空气动力场作用下向上运动，与纯原煤相比，掺烧煤泥将会对床温、床压、分离器效率、尾部受热面产生一定影响，为了分析研究锅炉在大比例掺烧煤泥时对燃烧系统的影响，我们在机组负荷105MW和95MW时进行大比例掺烧煤泥与纯原煤燃烧工况对比，各工况参数如表4所示。
表 4 机组负荷105MW与95MW时掺烧煤泥前后锅炉主要参数
5.1对床温的影响
煤泥由于粘度大在进入炉膛时，以团状形态吸收炉内热量，该过程集中在炉膛下部密相区进行，随着煤泥团的吸热破裂煤泥较小粒径的特性被体现出来，在锅炉流化风的作用下煤泥颗粒开始向炉膛上部运动，煤泥挥发分的析出与燃烧过程集中在炉膛中部运行，当煤泥燃烧后成为高温灰颗粒时已达到炉膛顶部稀相区，而原煤由于粒径较大，燃烧过程集中在炉膛下部密相区，但在相同机组负荷下，大比例掺烧煤泥后原煤入炉量将明显降低，所以锅炉床温将相应发生变化，在相同机组负荷下大比例掺烧煤泥后床温变化如图3所示。从图中可以
图3 相同负荷下掺烧煤泥后床温变化趋势
看出无论是高负荷还是低负荷，随着煤泥的掺入床温将下降，下降幅度为40~50℃，在高负荷情况下床温过高会增加锅炉结焦的机率，所以煤泥的掺入对于防止流化床锅炉高温结焦也起到一定的作用。
5.2对床压的影响
煤泥燃烧后形成的灰颗粒，由于粒径较细在通过高温绝热旋风分离器的时候，只有很少一部分被分离下来返回炉膛，大部分被负压作用，吸进对流尾部烟道，造成分离器效率下降，所以经分离器分离进入自平衡“U”型回料阀内的物料量将随煤泥掺烧量的增加而减少，同时返料风室的风压将有所降低，在锅炉一次风量和二次风量不变的情况下，锅炉的床压将下降，如图4所示，在煤泥掺烧比例达到50%及以上时，相同负荷下床压将下降0.5KPa~1.0KPa，正常的锅炉床压在6~8KPa之间，当床压过低时一次风能够吹穿床料较薄的地方，形成“沟流”使流化工况恶化，造成床压波动，影响锅炉稳定运行。当床压过高时，局部流化不良造成锅炉结焦，严重时被迫停炉，大比例掺烧煤泥时，锅炉上部稀相区物料浓度大，一旦DCS
图4 相同负荷下掺烧煤泥后床压变化趋势
故障或一次风机跳闸，锅炉将发生“塌床”事故，延长机组事故恢复时间，加大公司经济损失。
5.3 对尾部受热面的影响
在锅炉尾部对流烟道内由上到下依次布置着高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器，大比例掺烧煤泥时，通过尾部烟道的高温烟气将比纯原煤燃烧时所携带的固体颗粒量高30%左右，提高了对尾部受热面的冲刷力度，使尾部受热面的爆管机率增加，同时卧式布置的空气预热器在长时间掺烧煤泥的工况下，漏风现象严重，在机组负荷上升到110MW以上时，烟气含氧量下降到2%~3%之间，低渣含碳量升高至8%左右，锅炉效率由88%下降到83%，严重影响了机组的经济性。
烟气颗粒浓度的增加导致受热面积灰严重，降低了传热效果，连续3个班不进行吹灰的情况下，主蒸汽温度在减温水全关时仍然低于530℃，此时，燃烧剧烈波动将会因主汽温度低于480℃，造成汽机打闸，酿成重大事故。
5.4运行调整措施
在机组负荷高于100MW时，应将掺烧比例维持在50%以上，床压维持在7.5KPa左右，以降低床温避免结焦现象发生；在机组负荷低于100MW时，掺烧比例不高于50%，床压控制在6.5KPa左右，防止床温过低脱硫效率下降；任何情况下不应使床温高于1000℃，床温低于650℃及时投油助燃。
每班进行一次吹灰作业，蒸汽吹灰压力不低于1.0MPa，吹灰时控制过热蒸汽温度不高于540℃，否则应停止吹灰作业。
维持炉膛出口负压在0Pa左右，除紧急情况需要拉大负压外，不应高于100Pa，防止尾部烟道再燃烧发生。
合理配置一、二次风量，维持氧量在5%～6%之间，降低不完全燃烧热损失，提高锅炉燃烧效率。
6 结语
循环流化床锅炉掺烧煤泥不仅可以提高脱硫效率和机组经济效率，而且由于煤泥着火速度快，在机组调整负荷时能够快速响应。对于掺烧煤泥所产生的不利影响，经过对相应问题的详细分析后制定以上措施并认真落实，使锅炉在大比例掺烧煤泥的情况下取得了连续稳定运行131天的佳绩。
参考文献：
[1]孙立新，国平，许金德.220t/h循环流化床锅炉煤泥掺烧技术探讨[J].锅炉
制造，2010(4):5-7
[2]邵伟，袁隆基，郭晓勇，等.440t/h循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研
究[J].热力发电，2010,42（4）：89-92
[3]刘金山，张勇，曹智，等.440t/h循环流化床锅炉运行问题分析及处理[J]
中国电力，2004,37（5）：71-73
本文编号：9258
关键词：循环流化床；煤泥；积煤；措施
The influence of each system and improvement measures for blending coal slime in a 440t/h CFB boiler
LI Mingming
Abstract:440t/t CFB boiler in actual mud mixed with coal production activities,as the slime viscosity、fine granularity、low calorific value characteristics,had a greater impact to the stable operation of the coal boiler system, slag systems, combustion systems,through the coal bunker plot, bed temperature decreases, the bed pressure fluctuations, ash slagging issues such as risk analysis,puts forward the measures to solve these problems.
Keywords:circulating fluidized bed;coal slime;integrated coal;measure
1 前言
河南蓝光环保发电叶县分公司#1、2锅炉分别为哈尔滨锅炉厂与杭州锅炉厂制造的单炉膛一次再热、平衡通风、固态排渣，超高压参数循环流化床，自然循环汽包炉。自2010年起为降低发电及供热成本，改善附近洗煤厂的煤泥造成环境污染现状，开始在两台440t/h循环流化床锅炉中开始掺烧煤泥，掺烧比例由最初的8%逐渐增加到60%。随着掺烧比例的增加，煤泥自身的特性对相关系统的影响也日渐突出，以#2炉为研究对象，通过对影响因素的逐一分析，制定切实可行的改善措施，保证锅炉在大比例煤泥掺烧工况下安全运行。
2 锅炉主要参数与煤种特性对比
锅炉主要设计参数（B—MCR工况)见表1。
表1 锅炉容量与设计参数
| 过热蒸汽最大连续蒸发量/（t·h-1） | 440 |
| 过热器出口汽压/MPa | 13.7 |
| 过热器出口汽温/℃ | 540 |
| 再热器进口汽压/MPa | 4.45 |
| 再热器出口汽压/MPa | 4.27 |
| 再热器进口温度/℃ | 383.1 |
| 再热器出口温度/℃ | 540 |
| 给水温度/℃ | 256.1 |
| 排烟温度/℃ | 138 |
锅炉设计与校核煤质特性见表2
表2 锅炉设计与校核煤种特性
| 煤 种 | 设计煤种 | 校核煤种 |
| 收到基碳分Car(%) | 32.76 | 26.98 |
| 收到基氢分Har(%) | 2.27 | 1.91 |
| 收到基氧分Oar(%) | 3.72 | 3.93 |
| 收到基氮分Nar(%) | 0.53 | 0.55 |
| 收到基硫分St.ar(%) | 1.00 | 1.20 |
| 收到基灰分Aar(%) | 48.74 | 54.43 |
| 收到基全水分Mt(%) | 10.98 | 11.00 |
| 干燥无灰基挥发分Vdaf(%) | 36.03 | 37.23 |
| 收到基低位发热量Qnet.v.ar(kJ/kg) | 12401 | 10023 |
入炉煤泥特性见表3
表3 煤泥特性
| 煤 种 | 煤泥 |
| 收到基碳分Car(%) | 24.32 |
| 收到基氢分Har(%) | 1.35 |
| 收到基氧分Oar(%) | 4.20 |
| 收到基氮分Nar(%) | 0.56 |
| 收到基硫分St.ar(%) | 0.87 |
| 收到基灰分Aar(%) | 41.12 |
| 收到基全水分Mt(%) | 28.78 |
| 干燥无灰基挥发分Vdaf(%) | 32.14 |
| 收到基低位发热量Qnet.v.ar(kJ/kg) | 8.9 |
3 掺烧煤泥对给煤系统的影响与改善
锅炉原煤仓实际结构如图1所示，两个容积为550m3的煤斗供给给6台出力为40t/h的称重皮带式给煤机通过锅炉前墙给煤。为防止煤仓积煤，在仓壁上安装有振打电机及液压疏松机。
在掺烧比例在10%以下时，采用原煤与煤泥同煤仓混掺的方式，但是随着掺烧比例的加大，同仓混掺出现了棚煤、贴壁、堵煤等现象，机组负荷因断煤从105MW降至60MW～40MW的现象时有发生，严重影响锅炉的稳定经济运行。
根据以上情况，在#3给煤机入口上部加装旋转清堵机进行试验性运行，经过3个月的连续运行，试验效果良好，#3给煤机断煤频率大幅下降，试验期间其余给煤机断煤现象仍然严重，于是掺烧方式改变为煤泥与原煤分仓供料，这样以来即使单侧煤泥仓3台给煤机全部断煤，那么另外的一侧仍能保持80MW负荷。
鉴于试验结果，旋转清堵机在解决煤仓贴壁和棚煤、积煤问题上，的确起到了良好的效果，于是制定以下措施：对剩余5台给煤机在小修期间同样加装旋转清堵机，断煤情况下，只要有四台给煤机的连续稳定出力就可以保证锅炉正常经济运行；同时上煤方式仍然是煤泥与原煤分仓供料；每天进行两次降低煤位作业，避免煤仓上部贴壁现象；一周进行一次煤泥与原煤互换煤仓，在倒仓前对将要上煤泥的煤仓先上100t原煤进行砸仓，清除煤仓壁上的原始积煤，避免大面积棚煤现象。
通过以上措施，煤泥对给煤系统的影响降到了最低，使锅炉在大比例掺烧煤泥时，给煤系统仍能连续稳定出力，保证机组负荷处于正常范围。
4 对排渣系统的影响与改善
锅炉除渣系统如图2所示，由4台出力16~20t/h的水冷滚筒冷渣机和4条出力38t/h的链斗输送机组成，锅炉排渣孔位于炉膛左右两侧紧贴布风板处，事故放渣管接于#4冷渣机下渣管气动阀后。
掺烧煤泥后，由于煤泥颗粒较细燃烧后产物大部分被烟气携带至电除尘装置除去，而煤泥的掺入减少了原煤的入炉量，于是冷渣机排渣量降低，未被烟气携带走的灰颗粒则进入冷渣机，导致冷渣机出口冒灰现象随煤泥掺烧比例的增加日益严重，造成了范围较大的粉尘污染。
为了防止由锅炉掺烧煤泥产生大面积扬尘现象，制定以下措施：在冷渣机出口（位置处）加装一根负压管，并且对原来存在的一根负压管进行补漏作业，两个负压管全部由除尘器前烟道引来，确保在冷渣机出口在微负压状态，这样通过冷渣机排出的粉尘就能被吸进除尘器前的烟道；同时，在发现单台冷渣机冒灰严重时，及时调整燃烧，减少距冒灰冷渣机最近给煤机的煤泥送入量。由此，冷渣机出口冒灰造成的环境污染现象得到了有效的遏制。
图2 锅炉除渣系统图
5 对燃烧系统的影响与运行调整
煤泥与原煤同时进入锅炉后，煤泥先由团状吸收炉内高温物料的热量分裂成颗粒状，然后挥发分析出，进而进行燃烧，燃烧后的高温灰颗粒在炉内空气动力场作用下向上运动，与纯原煤相比，掺烧煤泥将会对床温、床压、分离器效率、尾部受热面产生一定影响，为了分析研究锅炉在大比例掺烧煤泥时对燃烧系统的影响，我们在机组负荷105MW和95MW时进行大比例掺烧煤泥与纯原煤燃烧工况对比，各工况参数如表4所示。
表 4 机组负荷105MW与95MW时掺烧煤泥前后锅炉主要参数
| 负荷/MW | 105 | 105 | 95 | 95 |
| 总煤量/(t·h-1) | 133 | 104 | 112 | 96 |
| 煤泥量/(t·h-1) | 77 | 0 | 57 | 0 |
| 掺烧比例/% | 58% | 51% | ||
| 主汽压力/MPa | 11.4 | 11.3 | 10.3 | 10.9 |
| 一次风总量/(万m³·h-1） | 252 | 251 | 246 | 245 |
| 二次风总量/(万m³·h-1） | 80 | 78 | 63 | 59 |
| 床压/KPa | 7.4 | 7.9 | 6.5 | 6.9 |
| 返料室风压/KPa | 28 | 30 | 28 | 30 |
| 平均床温/℃ | 893 | 938 | 863 | 908 |
| 主汽温度/℃ | 536 | 537 | 536 | 534 |
| 平均氧量/% | 5.3 | 5 | 5.4 | 4.9 |
煤泥由于粘度大在进入炉膛时，以团状形态吸收炉内热量，该过程集中在炉膛下部密相区进行，随着煤泥团的吸热破裂煤泥较小粒径的特性被体现出来，在锅炉流化风的作用下煤泥颗粒开始向炉膛上部运动，煤泥挥发分的析出与燃烧过程集中在炉膛中部运行，当煤泥燃烧后成为高温灰颗粒时已达到炉膛顶部稀相区，而原煤由于粒径较大，燃烧过程集中在炉膛下部密相区，但在相同机组负荷下，大比例掺烧煤泥后原煤入炉量将明显降低，所以锅炉床温将相应发生变化，在相同机组负荷下大比例掺烧煤泥后床温变化如图3所示。从图中可以
图3 相同负荷下掺烧煤泥后床温变化趋势
看出无论是高负荷还是低负荷，随着煤泥的掺入床温将下降，下降幅度为40~50℃，在高负荷情况下床温过高会增加锅炉结焦的机率，所以煤泥的掺入对于防止流化床锅炉高温结焦也起到一定的作用。
5.2对床压的影响
煤泥燃烧后形成的灰颗粒，由于粒径较细在通过高温绝热旋风分离器的时候，只有很少一部分被分离下来返回炉膛，大部分被负压作用，吸进对流尾部烟道，造成分离器效率下降，所以经分离器分离进入自平衡“U”型回料阀内的物料量将随煤泥掺烧量的增加而减少，同时返料风室的风压将有所降低，在锅炉一次风量和二次风量不变的情况下，锅炉的床压将下降，如图4所示，在煤泥掺烧比例达到50%及以上时，相同负荷下床压将下降0.5KPa~1.0KPa，正常的锅炉床压在6~8KPa之间，当床压过低时一次风能够吹穿床料较薄的地方，形成“沟流”使流化工况恶化，造成床压波动，影响锅炉稳定运行。当床压过高时，局部流化不良造成锅炉结焦，严重时被迫停炉，大比例掺烧煤泥时，锅炉上部稀相区物料浓度大，一旦DCS
图4 相同负荷下掺烧煤泥后床压变化趋势
故障或一次风机跳闸，锅炉将发生“塌床”事故，延长机组事故恢复时间，加大公司经济损失。
5.3 对尾部受热面的影响
在锅炉尾部对流烟道内由上到下依次布置着高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器、空气预热器，大比例掺烧煤泥时，通过尾部烟道的高温烟气将比纯原煤燃烧时所携带的固体颗粒量高30%左右，提高了对尾部受热面的冲刷力度，使尾部受热面的爆管机率增加，同时卧式布置的空气预热器在长时间掺烧煤泥的工况下，漏风现象严重，在机组负荷上升到110MW以上时，烟气含氧量下降到2%~3%之间，低渣含碳量升高至8%左右，锅炉效率由88%下降到83%，严重影响了机组的经济性。
烟气颗粒浓度的增加导致受热面积灰严重，降低了传热效果，连续3个班不进行吹灰的情况下，主蒸汽温度在减温水全关时仍然低于530℃，此时，燃烧剧烈波动将会因主汽温度低于480℃，造成汽机打闸，酿成重大事故。
5.4运行调整措施
在机组负荷高于100MW时，应将掺烧比例维持在50%以上，床压维持在7.5KPa左右，以降低床温避免结焦现象发生；在机组负荷低于100MW时，掺烧比例不高于50%，床压控制在6.5KPa左右，防止床温过低脱硫效率下降；任何情况下不应使床温高于1000℃，床温低于650℃及时投油助燃。
每班进行一次吹灰作业，蒸汽吹灰压力不低于1.0MPa，吹灰时控制过热蒸汽温度不高于540℃，否则应停止吹灰作业。
维持炉膛出口负压在0Pa左右，除紧急情况需要拉大负压外，不应高于100Pa，防止尾部烟道再燃烧发生。
合理配置一、二次风量，维持氧量在5%～6%之间，降低不完全燃烧热损失，提高锅炉燃烧效率。
6 结语
循环流化床锅炉掺烧煤泥不仅可以提高脱硫效率和机组经济效率，而且由于煤泥着火速度快，在机组调整负荷时能够快速响应。对于掺烧煤泥所产生的不利影响，经过对相应问题的详细分析后制定以上措施并认真落实，使锅炉在大比例掺烧煤泥的情况下取得了连续稳定运行131天的佳绩。
参考文献：
[1]孙立新，国平，许金德.220t/h循环流化床锅炉煤泥掺烧技术探讨[J].锅炉
制造，2010(4):5-7
[2]邵伟，袁隆基，郭晓勇，等.440t/h循环流化床锅炉大比例掺烧煤泥试验研
究[J].热力发电，2010,42（4）：89-92
[3]刘金山，张勇，曹智，等.440t/h循环流化床锅炉运行问题分析及处理[J]
中国电力，2004,37（5）：71-73
本文编号：9258
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