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循环硫化床锅炉燃烧控制研究与探讨

行业聚焦点中国仪表网2013年07月11日 10:35人气:14023

  引言
  
  CFB锅炉燃烧技术具有氮氧化物排放低,可实现在燃烧过程中直接脱硫、燃料适应性广、燃烧效率高和负荷调节范围大等优势,已成为当前煤炭洁净燃烧节能环保的首选炉型。
  
  CFB锅炉在运行过程中也有缺点,尤其是投运初期,例如受热面磨损严重,排渣问题突出,风室漏灰严重,启动锅炉时间长等。但只要了解循环流化床技术的特点规律,在保证锅炉设计比较合理的情况下,加强设备管理,针对锅炉的薄弱环节加强检査和处理,锅炉的运行就会逐渐达到较好水平。我们根据最近几年关于CFB锅炉的调研,对锅炉燃烧控制需注意的几个问题作以下简述。
  
  1.温度控制
  
  温度测量是循环流化床锅炉安全稳定运行的关键参数之一,主要包括料层温度和返料温度的测量。
  
  料层温度是指燃烧密相区内流化物料的温度,主要决定了石灰石的反应速度、固体产物分布及孔隙堵塞特性,从而影响脱硫效率和石灰石的利用率。当燃烧温度小于800°C时,石灰石煅烧生成CaO的速度减慢,减少了可供反应的表面积,从而导致脱硫反应速率降低、床料中石灰石捕获S02的效果变差,难以达到有效脱硫;燃烧低于750T时,脱硫反应几乎不再进行,造成低温结焦及灭火。相反,当燃烧温度过高(>920°C)时,虽然反应速率很高,但脱硫效率反而下降。原因是温度过高,会引起石灰石颗粒的表面孔隙过早堵塞,而内孔物质未得到充分利用;同时温度过高时,颗粒表面会产生局部低氧和还原性气氛,使已经生成的CaS03重新分解为CaO并释放出S02,从而降低石灰石的利用率,造成流化床体结焦停炉事故。因此存在一个最隹脱硫温度范围,此温度范围受石灰石品种、粒径、煅烧条件等诸多因素限制,目前比较公认的最佳脱硫反应温度在850°C-900°C之间。
  
  因此,必须加强对锅炉运行中料层温度的监控,并将料层温度调整在最佳脱硫反应温度范围内。如料层温度超过970T,应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量,使料层温度降低;如料层温度低于970°C,应首先检查是否出现断煤,并适当增加给煤量,减少一次风量,加大返料量,使料层温度升髙。一旦料层温度低于700°C,应做压火处理,需待査明温度降低原因,并排除后再启动。
  
  返料温度是指被返料器送回燃烧室中循环灰的温度。采用高温分离器的CFB床锅炉的返料温度较高,一般需要高出料层温度20~30°C可以保证锅炉的稳定燃烧,同时起到调整燃烧的作用。在锅炉运行中必须密切监视返料温度,温度过高可能造成返料器内结焦。特别是在燃用较难燃的无烟煤时,因为存在燃料后燃的情况,温度控制不好极易发生结焦,运行时应控制返料温度最高不能超过1000°C。返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节,如温度过高,可以适当减少给煤量并加大反料风量,同时査返料器有无堵塞,以保证返料器的通畅.
  
  CFB锅炉的工艺流程和被测介质的要求决定了其一次检测元件及仪表的选型必须考虑防堵和耐磨。CFB锅炉料层温度测量信号要求在炉膛燃烧室内密相区分层布置多支热电偶,温度的测定一般采用不锈钢套管热电偶作为一次元件,布置在距布风板200-500mm左右燃烧室密相层中,垂直插入炉墙深度15~25mm。料层温度热电偶应选用稳定性好、反应灵敏、耐磨、维护量小的检测元件。
  
  2.风量控制系统
  
  CFB锅炉床温影响着锅炉的安全连续运行、锅炉脱硫效果和NOx的排放。合适的床温可以有效避免炉床结焦,提高燃烧率和脱硫率。从CFB锅炉控制参数耦合特性看,影响床温的因素较多,主要有风量、燃料量和石灰石量等因素。如采用改变燃料量调节床温,在床温调节的同时必然引起锅炉主蒸汽压力波动;而改变石灰石量则会引起床压波动及污染物的排放效果。因此,风量控制系统调节成为控制床温的主要手段。
  
  风量控制系统主要包括一次风量调节、二次风量调节,一次风的主要作用是流化炉内床料,给下部密相区送人一定氧量供给燃料燃烧,二次风主要采用上、下分段式送风,下二次风一般在密相区上部喷人炉膛,上二次风一般在稀相区下部喷人炉膛,补充燃烧所需要的氧量,降低NOx排放的质量浓度,同时还起到扰动作用,加强气、固两相混合,改变炉内温度场及物料的质量浓度分布。
  
  CFB锅炉要求对风量的控制比较准确。调整风量的原则是在一次风量满足流化的前提下,相应地调整二次风量。因为一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏,CFB锅炉在运行前都要进行冷态试验,并做出在不同料层厚度(料层差压)下的临界流化风量曲线,在运行时以此作为风量调整的下限,如果风量低于此值,料层就可能流化不好,时间稍长就会发生结焦。二次风量主要根据烟气中含氧量多少来调整,通常以过热器后的氧量为准,控制在3~5%左右。如含氧量过高,说明风量过大,会增加锅炉的排烟热损失及发电厂用电;含氧量过小又会引起燃烧不完全,增加化学不完全燃烧损失和机械不完全燃烧损失。如果在运行中总风量不够,应逐渐加大鼓引风量,满足燃烧要求,并不断调节一、二次风量,使一二次风量的比例达到5:5或6:4,最好不要使二次风量高于一次风量,以保证炉膛内的正常流化态,并使锅炉达到最佳经济运行指标。风量控制框图如下:


  
  总风量指令经过一、二次风量配比后由锅炉床温进行修正。氧量指令是锅炉蒸汽流量的函数,氧量调节器的输出分两路分别修正上、下二次风指令。风量控制系统在远方控制方式下实现锅炉风量、煤量的协调控制,确保在各负荷工况下实现压力、氧量和锅炉床温的稳定。
  
  3.煤粒粒径大小的控制
  
  在实践运行生产中,煤粒粒径的大小在CFB锅炉的燃烧中起着举足轻重的作用。
  
  1、对锅炉热效率的影响
  
  煤粒粒径过大将影响煤与空气的充分混合,导致燃烧效率降低;更严重的是随着进煤量的增加,大粒径煤粒也会逐渐增加,并在床体重沉积形成死滞区,破坏正常的流化状态,造成炉内温度场不均匀,从而造成床温过低或床温过髙结焦而被迫停炉;如果煤颗粒细粉过多,则小煤粒飞逸又会增多,加大锅炉损失,严重时细颗粒被带到分离器和返料器中,发生二次燃烧,造成返料器结焦,影响锅炉的正常运行;所以颗粒度过大、过小甚至超大,都会给运行操作带来困难,同时造成锅炉灰渣热损失增大,锅炉热效率降低。
  
  2、对锅炉受热面的影响
  
  当床温恒定时,床料平均直径增加,床料流化所需最小流化风量亦增大,在一定风压下,床料阻力相比较而言也同样增大,导致流化状态向不良方向移动,从而加速了布风板上风帽的磨损,同时飞灰损失随着最小流化风量的增大而增加,水冷壁受热面的磨损随着风速的增加而成倍增加,从而导致锅炉运行周期大大缩短。
  
  因此,一定要保证人炉煤粒的粒径在1~10mm之间,并且1〜10mm粒径的煤粒要占到总煤粒的65%以上。
  
  4.返料量控制
  
  CFB锅炉的物料循环系统对锅炉的安全稳定和经济运行起着决定性的作用。因为在炉膛里,返料灰实质上是一种热载体,它将燃烧室里的热量带到炉膛上部,使炉膛内的温度场分布均匀,并通过多种传热方式与水冷壁进行换热,因此有较高的传热系数(其传热效率约为煤粉炉的4~6倍),通过调整返料量可以控制料层温度和炉膛差压并进一步调节锅炉负荷。另一方面,返料量的多少与锅炉分离装置的分离效率有着直接的关系,分离器的分离效率越高,分离出的烟气中的灰量就越大,从而锅炉对负荷的调节富裕量就越大,操作运行相对就容易一些。
  
  结论
  
  上述几个方面,需要在运行中结合所用煤质及负荷的情况,严格监控料层差压、温度,炉膛差压和返料温度,通过不断调整给煤量、风量、返料量以及及时控制煤粉粒度,使锅炉达到最佳的运行效果,最大限度的减少CFB锅炉的磨损,最大限度的发挥CFB锅炉高效节能的优势.
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