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          再探提高我省CFB鍋爐熱效率

          欄目:綜合論述 發布時間:2018-08-22

          前言 

           福建省循環流化床鍋爐(簡稱CFB鍋爐)自上世紀九十年代初期起步,經歷了十五、六年艱難、曲折地探索、打拼、改進和創新過程,如今已經有了可喜的發展。我們不僅基本摸清了CFB鍋爐燃用福建無煙煤的規律,而且有了多種性能良好的CFB鍋爐,有效地解決了早期困擾著我們的鍋爐出力不足,安全穩定運行時間短和熱效率低下的問題;同時也為我省CFB鍋爐的大型化積累了寶貴的經驗。 20059月龍巖坑口發電廠第一臺440 t/h超高壓CFB鍋爐通過了72+24小時運行考核,標志著我省CFB鍋爐燃燒技術又上了一個新臺階。至今,我省僅25440 t/h 在役、在建的中、高參數CFB鍋爐已超過50臺,蒸發量達6300 t/h。福建CFB燃燒技術的發展為我省的經濟發展、資源合理利用以及環境保護做出了重大貢獻。

          但我們也清醒地看到,當前仍有不少問題有待解決。而鍋爐熱效率始終是人們關注的焦點之一。(表1)是我省部分鍋爐的熱效率情況。顯然,面對當前嚴峻的能源形勢和國家對節能要求,以及當前不斷發展的CFB燃燒技術,需要人們認真對待、逐步解決。

          1                    我省部分CFB鍋爐熱效率情況   

          影響鍋爐熱效率的主要原因

          造成鍋爐熱效率不高或不夠高的原因是多方面的。我們暫且撇開某些鍋爐早期設計技術不夠成熟,或某些企業管理不善,設備維護和運行不到位等原因。僅從鍋爐燃燒技術層面來探討。鍋爐的機械未完全燃燒損失(q4)太大仍然是鍋爐熱效率不高的主要原因。此外,排煙損失也是一項不可忽視的問題。有些鍋爐排煙溫度高達170190℃。有的鍋爐排煙溫度雖沒超過設計值,但其過量空氣系數遠遠超標,仍然造成很大的熱損失。本文主要從我省近幾年CFB鍋爐發展的體會來討論降低q4損失問題。

          降低q4損失的對策。

          降低q4損失就是要提高燃料的燃燒效率。對于燃用福建二類無煙煤的CFB鍋爐,在全面加強燃燒措施的同時尤其要降低那些一次通過爐膛而不能被分離器分離下來的飛灰的數量和含碳量。以及提高灰渣占總灰量的份額。

          3.1  選擇高效而又安全可靠的氣固分離裝置器,最大限度把燃料中的細煤粒分離下來。

          3.1.1  選擇結構性能優良的旋風分離器。旋風分離器的分離效率與其結構有密切關系。對于新建鍋爐首選立式上排氣旋風分離器已成共識。實踐表明20 t/h  以上的鍋爐除了舊爐改造受條件限制外,一般不  宜單獨選用慣性分離器和效率較差的下排氣旋風分離器。對于大容量的CFB鍋爐,還應進一步優化其性能,以滿足獲得更高循環倍率,提高爐內換熱和燃燒效率的要求。

          3.1.2  采用高溫或次高溫分離,提高回料灰溫。

          通過分離器的煙氣溫度有高、低之別,其所分離下的飛灰溫度也不同。通稱高、中、低溫分離。對于燃用高含碳量,高灰份的福建無煙煤,不僅要多分離下飛灰,同時還要求它有較高的溫度。

          高溫分離其煙氣溫度在900℃左右,回料灰溫度可達800900℃,不僅有利于爐床溫度穩定,同時增大了回料量,有利于回料自平衡。多回料不僅提高循環倍率,同時也使飛灰在爐內多次循環中得到較充分的燃燒。

          我省有些配備高溫絕熱式旋風分離器的鍋爐,由于福建無煙煤難燃燼和灰熔點低的特性,有一定含碳量的飛灰,隨900℃左右高溫煙氣在分離器中繼續燃燒,煙溫可上升約50℃。以致分離下的高溫灰在分離器錐部、立管或回料器內再燃燒,甚至結焦。成為影響鍋爐穩定運行的棘手難題。

          為保證鍋爐安全穩定運行,在相當一段時間我省的CFB鍋爐都采用中溫,甚至更低的煙溫分離。實踐表明,中、低溫分離其煙溫較低,回料溫度都在450 ℃以下,以致回料過多將使床溫連800℃都難以保持,不得不把一些灰放掉,或在分離器中隨煙氣帶出,根本談不上回料自平衡。

          近年來我省在新建的高參數鍋爐中采用了汽冷或水冷旋風分離器,并初見成效。900℃以上的煙氣在通過分離器時溫度有所下降。龍巖坑口電廠440 t/h的一號鍋爐汽冷式高溫旋風分離器的投運,讓我們看到分離下的800℃以上的高溫灰送回爐床,系統運行正常,回料基本達到自平衡。爐床溫度穩定在850920℃。這啟示著我們,對于中參數鍋爐即便不采用造價較高的汽(水)冷分離器,如對爐內受熱面加以調整,使進入分離器的溫度提高到次高溫800℃左右。我們就可以獲得更多、溫度較高的灰返回爐床。

          3.2  選擇性能好的回料裝置,并提高操作水平

          回料裝置是鍋爐物料循環系統的咽喉。良好的回料器能保證物料正常通過,并可隨運行的變化進行必要的調整。目前回料器種類很多,一般多使用非機械回料器。如L閥、U閥、J閥等。如今J閥被廣泛采用。

          需要引起重視的是目前不少CFB鍋爐的回料系統運行不正常,回料不暢通,甚至堵塞。有的鍋爐兩臺分離器回灰溫差很大,甚至達數百度。不少司爐人員對這種現象或是聽其自然,或是無可奈何?;叶嗔瞬环?,堵了也不會處理。部分循環灰隨煙氣從分離器排氣管排出。他們認為這只不過是少回料而已。因為循環灰的含碳量已不太高,對鍋爐運行和熱效率影響不大。這樣認識是不妥的。

          一則,返料器工作不正常,不能建立正常的物料循環,降低了循環倍率,將直接影響爐內燃燒和換熱。

          二則,現有的中、低溫分離不可能讓全部分離下的灰都回到爐內,多余的灰只能排放。如從分離器中心筒排出,不僅破壞了分離器正常工作,大大降低了分離效率,把大批原來可以分離下的粗飛灰粒子也排到尾部,放棄再循環燃燒,降低了燃燒效率。同時,增大到尾部的飛灰量,必然加大對中心筒和尾部受熱面的的磨損。也加大了電除塵器入口的初始濃度,影響除塵器的效率。

          出現上述情況,除了認識上和設備上的原因,可能某些操作人員確實不知該怎么辦。這些都是需要重視和解決的問題。

          3.3  燃料在爐內應有充分的燃燒時間。

          為提高燃料在爐中的燃燼率,除了保證爐內高溫,給燃料必要的空氣和充分攪動外,還必須讓它們在爐內有較充分的停留(燃燒)時間。即通常說的“三T”條件。

          對于循環灰粒子它在爐內停留的時間是在排出前經過n次循環時間的總和。這里所說的充分時間是針對那一次性通過爐內而不為分離器分離下來的<0.1mm的燃料粒子而言。是為提高燃燼度相對充分的時間。它隨燃料的種類、粒徑,爐膛溫度、鍋爐容量和結構不同而異。

          據資料介紹:直徑為0.1mm的無煙煤粒子,在1000℃高溫下燃燼需7秒。加上著火時間那就在10秒以上。福建無煙煤就要更長一些。對于目前CFB鍋爐的條件,要停留這么長的時間是做不到的,所以,也只能根據不同鍋爐條件給予相對充分的時間以提高其燃燼度。

          燃料在爐內停留的時間與煙速和爐膛高度有關。我省七十年代一臺10t/h的鼓泡床鍋爐曾以爐膛煙速1/秒的大爐膛來延長燃燒時間,取得一定的效果。對于容量大得多,循環倍率較高的CFB鍋爐這是不現實的。

          近幾年來隨著鍋爐容量的增大,循環倍率提高的需要,不同容量的鍋爐其爐膛煙速也都分別達35/秒。由于爐膛高度的增加,燃料粒子停留時間也分別達到45秒或5秒以上。龍巖440t/h鍋爐已接近7秒。顯然,該鍋爐熱效率較高(約85%)也得益于燃燒時間的增加。

          3.4  提高排渣量在總灰量中的份額

          3.4.1  燃料在鍋爐中燃燒后其灰份分別以爐渣、飛灰以及部份不能返回爐床的循環灰從排渣口、尾部和回料器排灰口排出。從收集到的部分資料看,燃用福建無煙煤,爐渣的含碳量Clz≤2 %,循環灰含碳量Cxh10% (循環倍率高的含碳量較低)

          飛灰含碳量:  ≥220t/h  Cfh≥14%,    

                   ≥75t/h中壓鍋爐   Cfh≥18 %,

          3540t/h中壓鍋爐  Cfh≥30 %

          從上述數字可以看到爐渣的含碳量很低而在飛灰則很高。如果我們提高爐渣占總灰量中的份額,也就降低了總的灰渣含碳量,降低了q4損失。根據反平衡測試資料,燃用本省無煙煤的CFB鍋爐其爐渣與飛灰重量比一般在4637之間。我們可以從實際運行中測得入爐燃料的含碳量Car、灰份Aar和低位發熱量Qnet.ar以及灰Cfh、渣Clz的含碳量(注意:此時回料器應工作正常,少量回料排出暫不計。但不宜從分離器中心筒排出)。則可用q4與上述數據的數學關系式(略)計算得其值。

          2是以Aar=30 % Car=53.59 %  Qnet.ar=20020kJ/kg的福建無煙煤。設定Clz=1.8 %。渣灰重量比為4637 時,不同飛灰含碳量計算出的q4數值。

          從表中可以看到,當飛灰含碳量Cfh都是20%時,前者比后者q4損失要少1個百分點。對于一臺75 t/h中溫中壓鍋爐意味著節煤效果達100kg/h標煤,年節約標煤約500t(按年設備利用5000h計)。顯然,排渣份額越大效果越好。

          2                   不同飛灰含碳量在不同渣灰比時的q4                單位%

           3.4.2  提高排渣的份額的措施

          1)首先在燃料制備過程盡量降低碎煤率。中、小型CFB鍋爐設計要求入爐煤的粒徑為010013mm。在燃料制備過程主要控制≤1mm粒子約占30 %,不大于40 %。為此,除了盡量采購碎煤較少的原煤外,在碎煤過程應降低碎煤率。先篩去≤13mm(或≤10mm) 的粒子后入碎煤機的作法已為人們熟知。但我們現在還看到不少不經篩分就破碎,甚至連續兩級破碎的系統。福建原煤中,有的≤1mm 的細煤已達30 %,甚至更多。如不經篩分把113mm(或110mm)的碎煤進行破碎,勢必大大增加<1mm的粉煤量。我們不能因為篩分設備難選而放棄可貴的那怕是并不多的熱效率。

          2) 提高物料循環倍率。循環倍率高,爐內物料濃度大,粒子團爐內循環強烈。必然讓一些細粒子隨粗渣一起排出。

          3) 控制爐內煙速。目前鍋爐爐內設計煙速一般為35.0/秒。35 t/h或更小的帶埋管受熱面的鍋爐其循序倍率,爐膛高度較低取較低速度為宜。

          建議 

          提高CFB鍋爐熱效率是一項復雜而又細致的工作,牽涉的面很廣。降低鍋爐q4熱損失只是技術工作中的一部分。為進一步提高我省CFB鍋爐熱效率和整體水平,建議:

          4.1  開展對CFB鍋爐調研,進一步摸清情況

          請政府有關部門牽頭,協作網配合,部分鍋爐制造廠和運行單位支持.對我省CFB鍋爐進行一次典型調查。摸清各類型鍋爐的基本情 況和存在問題,供政府決策和相關單位改進工作提供依據。對那些熱效率過低需要改造的鍋爐,希望有關部門給以必要的扶持和幫助。

          4.2  改進鍋爐設計

          請鍋爐制造廠對那些較受用戶歡迎的鍋爐總結提高,改進設計,積極創新,創品牌鍋爐。改變那種“九年一貫制”,不改老面孔的作法。

          4.3  加強管理,細心操作,檢測真實、適時維修

          鍋爐是一個大、笨、粗的設備。但要讓它正常、高效、文明運行,卻粗心馬虎不得。鍋爐運行的各個環節都應嚴格按規程管理和操作。根椐過去的經驗,為掌握CFB鍋爐的情況加強管理并做好節能工作,企業定期進行鍋爐熱平衡測試是有益的。

          4.4  組織專題交流

          協作網是一個很好的學術交流和技術協作的平臺??梢栽谶m當時間分別組織諸如:⑴.CFB鍋爐大型化設計、運行經驗交流. .汽(水)冷與絕熱式旋風分離器實用比較、改進提高. .回料系統設計與操作. .冷渣器及系統選擇. .燃用煤矸石CFB鍋爐的設計與運行. . CFB鍋爐爐爐內耐火澆注料和保溫材料選用和施工以及烘、煮爐中的熱煙氣和爐溫控制探討..爐內設備、材料的磨損和防磨措施。.鍋爐輔機配套節能措施。.CFB鍋爐運行自動控制及DCS系統事故應急措施。……等大家感興趣的問題專題討論,提高認識和操作水平。

          2007年,我省CFB鍋爐技術協作網將成立十周年。我們期待著我省的CFB鍋爐技術水平有更大的進展和提高。

           

          參考文獻

          循環流化床鍋爐理論設計與運行     岑可法等                   中國電力出片社

          小型鍋爐設計與改裝               哈爾濱工業大學鍋爐教研室     科學出版社

          提高我省CFB鍋爐熱效率探討      熊正德   《福建能源開發與節約》  1999年增刊

          福建省部分CFB鍋爐運行情況調查     福建省循環流化床鍋爐技術協作網

           

          文章作者:福建省東南電化集團 福州 350011 熊正德

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