【案例分析】如何通過運行調整降低循環流化床鍋爐磨損

    摘要：根據山東兗礦南屯電力分公司4# 220t/h循環流化床鍋爐長周期運行的經驗總結,從鍋爐運行調整方面探討220t/h循環流化床鍋爐的運行調整方法,有效降低循環流化床鍋爐的受熱面磨損,實現鍋爐的長周期安全穩定運行。

1 概況
    山東兗礦南屯電力分公司4#鍋爐為220t/h循環流化床鍋爐,型號為:HG260/9.8-L.MN17,由哈爾濱鍋爐廠設計制造,系高壓參數、單鍋筒、自然循環蒸汽鍋爐,采用循環流化床燃燒方式,高溫分離,設計煤種為煤泥和混煤。鍋爐主要由5部分組成:燃燒室、高溫旋風分離器、回料閥、尾部對流煙道及冷渣器。燃燒室位于鍋爐前部,四周和頂棚布置有膜式水冷壁,底部為水冷布風板,前墻中上部垂直布置有三片水冷屏和三片II級過熱器。燃燒室后有一個旋風分離器,回料閥位于旋風分離器下,與燃燒室和分離器相連接。燃燒室、旋風分離器和回料閥構成了粒子外循環回路。尾部對流煙道在鍋爐后部,煙道上部的四周由包墻過熱器組成,其內沿煙氣流程依次布置有III級過熱器和I級過熱器,下部煙道內,依次布置有省煤器和臥式空氣預熱器,一、二次風分開布置。兩臺滾筒冷渣器位于零米爐膛前的東西位置,底渣由爐膛前墻底部的兩個出渣口經過錐形閥排出,分別進入兩臺冷渣器,被冷卻的渣經過排渣口排出。

2 循環流化床鍋爐磨損機理
    磨損的定義:在工程上,由于機械作用,間伴有化學或電作用,物體工作表面材料在相對運動中不斷發生損耗、轉移或產生殘余變形的現象稱為磨損。
    受熱面的磨損的評估可以用下列公式來評估:
    從上式可以看出,受熱面磨損的最大影響因素是粒子速度,其次就是粒子粒徑。從循環流化床鍋爐運行方式上降低磨損,就是通過合理的燃燒調整降低風速和控制燃燒物料粒徑。

3 風量調整
    3.1 停爐前調整試驗
    3.1.1 降低風速試驗
   降低受熱面磨損的關鍵是降低風速,而降低風速只能降低風量,特別是一次風量。因此公司在4#爐上次運行周期停爐前做了一次降風量實驗,目的是盡可能查找降低一次風量對鍋爐穩定燃燒的影響。
　　1)實驗方法:保持二次風量不變,緩慢降低一次風量。調整過程要保證煙氣含氧量不低于3%,并保持放渣量、給料量不變,1小時后記錄數據。
　　2)實驗數據:
　　第一次數據:
　　3)實驗結論:通過本次實驗,發現下部床壓隨著時間推移逐漸升高,這有可能是連續放渣量不夠造成的,也可能是一次風量降低、一次風壓降低,懸浮顆粒相應減少所致。而且,通過本次實驗,還發現總風量一定時,隨著一次風率減少,二次風率相對增加,爐膛下部錐段濃相區流化速度降低,向上部空間的傳質和傳熱過程減弱,下部濃相區床溫上升,上部床溫降低,這對解決我公司4#鍋爐上床溫偏高有益。同時二次風率的適當提高可使飛灰可燃物降低。但二次風不變而單獨降低一次風的情況下,容易造成總風量不夠,因而影響到鍋爐出力。
　　3.1.2 二次風配比調整試驗
　　相關實驗研究表明,CFB鍋爐爐膛內的氧量分布并不均勻,存在一個核心缺氧區,這一區域的位置與爐膛內可燃物的分布有關系,根據我公司鍋爐實際,燃煤與回料混合后,在回料風及播煤風的作用下,在爐膛中上部靠近前墻處及爐膛中心形成燃料密度高分布區,相應在二次風配風平衡的情況下,在這一區域形成缺氧區。根據這一理論公司在4#鍋爐上次運行周期的停爐之前對下環二次風調節擋板進行實驗性調整,對照煙氣含氧量,分析調整效果。試驗數據如下:
　　通過以上實驗,將后墻下環二次風門開度定為80%,其他二次風門開度仍為100%。通過此項調整,不僅可調節床溫、改善燃燒,還能降低爐料對前墻水冷壁管的沖刷,降低磨損。
　　3.2 鍋爐啟動后燃燒調整
　　4#鍋爐啟動時,為了降低鍋爐啟動后再降一次風量的危險,公司將一次風量維持在10~10.5萬m3/h之間,下床壓控制在6.0~7.5kPa之間,通過其他調整盡量提高鍋爐負荷。再通過三周逐步降低一次風量,的調整數據如下:
　　通過三周的調整,一次風量降低至9.0至9.5萬之間,4#鍋爐在一次風量降低的情況下出力不受影響,上床溫有所降低,鍋爐燃燒狀況較好。我們將4#鍋爐的運行數據最終調試為一次風量9.0~9.5萬m3/h,二次風量隨負荷調整。同時為防止降一次風量后床料過多將鍋爐壓死,采取了合適的床壓,并且在調整時要先降床壓后降一次風量。

4 燃燒控制
　　4.1 提高煤泥摻燒率,降低磨損
　　煤泥的摻燒對循環流化床鍋爐降低磨損有益,為保證煤泥的摻燒率,公司對煤泥的正常燃燒特別關注。煤泥(煤水混合物)以較大體積的聚集狀態送入高溫流化床時,它們并不是在干燥后還原成細顆粒,而是迅速形成具有一定強度和耐磨性的較大塊團,此外煤水混合物還會通過包復活粘連床內的其他顆粒而形成較大塊團,這一現象被稱為凝聚結團現象,雖然這一現象對降低煤泥揚析損失有積極意義,但是大顆粒的增多會給流化床的穩定運行造成很大威脅。在一次風量降低后,塊團還原成細顆粒的過程相應增長,因此并不是說煤泥摻燒越多對鍋爐延長運行周期越有利。基于這一理論,4#鍋爐4臺煤泥泵做到至少二運一備一檢修,公司規定兩臺煤泥泵運行的情況下,各出料螺旋轉速控制在50%。
　　4.2 按章操作,緩慢增減負荷
　　急劇降溫、降壓及快速升溫、升壓都危及到鍋爐的安全運行。在正常運行時注意緩慢調整負荷,使風量、煤量動態平衡,減少波動,可有效降低鍋爐磨損。由于風量降低后床內流化減弱,大顆粒矸石在爐內存量增多時會造成積聚,而使床內局部流化不良。床內流化不均會嚴重破壞爐內的環核流動模型,爐內的磨損形式發生了很大的變化,大量的高速運動的粒子沖擊磨損會加重,部分邊角磨損加劇,也會導致密相區澆注料的局部沖擊磨損。因此規定:每周一早班在班長組織下將一次風量緩慢增至10萬m3/h以上,加強床料流化維持1小時。同時相應調整二次風使總風量不變,這時要適當增加混煤、減少煤泥、加強放渣,置換底料。
　　4.3 監視煤質
　　公司要求每天了解上煤質量情況,對水份、粒度、揮發份、灰分、發熱量、含矸量做到心中有數,燃用到水份較大的煤時需要加強監視煤倉及落煤管下煤順暢情況;燃用到粒度較大、發熱量較低、灰分較多、含矸量較大的煤時需適當減少燃煤量、提高煤泥量,并加強放渣監管;燃用到揮發份較大的煤時允許適當降低一次風量。通過對不同煤質的精確調整,做到最優調整。

5 結論
　　循環流化床鍋爐最大的特點就是受熱面磨損嚴重,這也是制約循環流化床鍋爐長周期運行的關鍵。公司把鍋爐風量調整降低受熱面磨損作為突破口,采用實驗與理論相結合的原則最大限度地降低了風量,找出了適合220t/h循環流化床鍋爐的運行參數,再通過燃燒控制保證了爐內的穩定燃燒。在不影響鍋爐出力的情況下,經過此次運行周期內的運行調整,停爐后檢查發現4#鍋爐受熱面的磨損情況較以前大大降低,更是實現了4#鍋爐122天的安全穩定運行。