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基于结构的600MW CFB锅炉运行分析

来源:用户上传      作者: 张宗珩 王引成

  摘要:从目前国内在建的600MW CFB锅炉的结构上看,形似300MW裤衩腿型CFB锅炉,因此在运行工况和操作调整上二者必然有相通之处。总结了300MW裤衩腿型CFB锅炉在燃用风氧化煤、煤矸石和煤泥等恶质煤时存在的一些现象,以此来分析600MW CFB锅炉在运行调整中可能会遇到的问题,并对其结构设计提出了几点建议。
  关键词:600MW CFB锅炉;300MW CFB锅炉;床温;偏床
  作者简介:张宗珩(1966-),男,山西右玉人,中煤平朔第一煤矸石发电有限责任公司总经理,高级工程师;王引成(1971-),男,山西大同人,中煤平朔第一煤矸石发电有限责任公司,工程师。(山西?朔州?036800)
  中图分类号:TK229.6?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)27-0147-02
  就目前CFB锅炉的发展规模看,不论是单机容量,还是现役机组台数,我国无疑已经走在了国际前列,这主要得益于两点:一是我国丰富的煤炭资源,二是CFB锅炉的燃烧原理可以有效地控制二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放,满足环保的需要。因此,单机容量更大的CFB锅炉的设计研发成了必然。如何避免设计上存在的先天缺陷,使之完美地投入商业运行,是本文首要的立足点。
  一、600MW与300MW CFB锅炉的设备配置对比
  1.相似之处
  300MW与600MW 裤衩型CFB锅炉从结构上看主要有以下几点相似之处:裤衩腿型双床运行;分离器两侧墙布置;外置床两侧墙布置;排渣口两侧墙布置等。
  2.不同之处
  从结构上看300MW与600MW CFB锅炉的不同之处主要是由于容量扩大、参数的提高而增加的一些设备,比如:
  (1)单侧墙布置的分离器数量由2台增加至3台,分离器的外形尺寸及工作量也大幅提升。
  (2)单侧墙布置的外置床数量由2台增加至3台,外置床尺寸及其内布置的受热面面积为了满足蒸汽参数同比增加。
  (3)为了保证外循环物料的回料畅通,在侧墙增加了一个回料器返料口,对床温的均匀性控制非常有效。
  (4)在炉内裤衩腿的上方增加了水冷受热面,由裤衩腿中间上方中空改为水冷受热面隔断,为了满足调整偏床的需求,在水冷受热面上让管开孔。
  (5)运行参数由亚临界提升至超临界,炉水循环也由自然循环变为强制循环直流炉。
  (6)炉内增加了屏式过热器,满足蒸汽参数的需要。
  (7)四分仓回转式空气预热器由1台增至2台,保证排烟温度在设计值。
  (8)给煤方式多样化,由单一的前后返料腿给煤增加至侧墙返料腿和外置床回料腿,以及专门为煤泥设计的高压柱塞泵给煤。
  (9)由于机组容量增加一倍,炉内正常运行工况下加入的燃料量和产生的烟气量成倍增加,NOx的排放单纯依靠分段配风、分段燃烧不能满足排放量的需要,特设置炉内SNCR烟气脱硝装置。
  二、300MW裤衩腿型CFB锅炉运行中的一些现象
  1.同层床温存在明显偏差
  该炉型原设计每条给煤线沿炉侧墙由前向后有三个给煤点,前后两个给煤点分别布置在前后墙回料器返料腿上,入炉煤随返回的外循环物料送入炉膛,而中间给煤点依靠一次热风作为拨煤风将入炉煤播撒至炉膛。密相区床温测点沿炉高度分上中下三层,每层沿炉侧墙由前向后取三点床温作为运行监视。在实际商业运行过程中发现:当中间给煤点按正常比例给煤时,密相区上中下三层床温的中间床温测点都明显较同层前后两点高出约80~100℃,高出的温度差随煤质的变化不等,入炉煤热值越高偏差越大。另外,入炉煤粒度越大,机组接带负荷越高,中间点温度与前后两点的温度偏差也会明显增大。当燃用热值超过3000kcal/kg的煤时,该偏差更加明显,下部中间床温测点甚至超过1000℃,局部结焦现象频繁发生,导致排渣不畅。采用增加一次风量来降温时,炉膛上部温度普遍升高,分离器出口温度升高,排烟温度升高,回转式空预器电流控制难度增大,锅炉的安全运行受到较大影响。后来放弃中间给煤点,情况有所好转,但中间床温测点与前后之间的偏差仍有30~80℃,见表1。
  由上表不难看出:密相区上中下三层床温测点均存在中间点高于其他两点的现象,尤其是当两侧床压发生偏床时,下部床温中间点更是高于其他两点150~250℃,特别容易引起中间部位床面结焦,为正常运行留下隐患。为什么会存在这种现象?大致原因如下:
  炉膛侧墙两个外置床返料口之间距离大约6米,分别靠近炉膛前后墙返料口,也就是说,单侧四个返料口聚集在前后墙与侧墙夹角附近。在返料口密集的地方物料浓度相对较大,而在中间区域物料浓度相对较小。这是因为:返回的物料进入炉膛后随即流化,由于高温物料的表观粘度较小、流动性好,在快速流化的过程只有较少部分物料移动至中间区域,所以炉内密相区下部实际的物料浓度是不均匀的,前后大于中间。而随前后返料口送入炉内的原煤由于存在粒比度的问题,部分颗粒较循环物料粒度大得多,且质量较大,尤其是原煤中煤矸石比例较大时,在密相区下部的流化过程中终端沉降速度变大,率先完成了内循环,也就是移动至了中间区域。这样一来,前后返料中携带的较大粒度的物料和原煤集中在了床面的中间区域,物料浓度相对稀薄且含碳量相对较多的中间区域由于富氧燃烧而较前后区域温度高也就不难理解了。
  在煤质一定的情况下,机组接带负荷越高,入炉煤量也就越多,中间区域的燃烧份额也会同比增加,另外,入炉煤热值越高相对越容易着火、入炉煤粒度大使中间区域燃烧份额增加,都会导致中间区域床温明显增加。
  2.偏床现象
  当入炉煤质较差、颗粒大或者排渣系统部分设备故障不能正常运行导致炉内床压较高时,若未及时降低机组出力,排渣量与入炉煤量之间存在不平衡,炉内床压会持续升高。当两侧平均床压达到10kPa左右时,极易发生左右两侧炉室偏床。偏床发生时,床压低侧的粒度较小的循环物料和入炉煤最先被吹到床压高侧,粒度较大的床料和入炉煤此刻留了下来,此时前后两点温度不存在超温现象,充分说明了床压快速降低的一侧依然存在前后区域物料浓度大于中间区域且中间区域燃烧份额相对较多这一现象。此时若一次风量增加的速度和床压低侧入炉煤量减少的速度跟不上偏床的速度,密相区下部彻底进入富氧燃烧状态,导致中间点温度异常升高。
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