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        煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

        2016-08-01 07:36:10郭發(fā)強(qiáng)朱勇新方子明
        氮肥與合成氣 2016年6期
        關(guān)鍵詞:燃用排渣爐膛

        楊 杰 郭發(fā)強(qiáng) 朱勇新 方子明

        (河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng)453700)

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        煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

        楊杰郭發(fā)強(qiáng)朱勇新方子明

        (河南心連心化肥有限公司河南新鄉(xiāng)453700)

        0前言

        循環(huán)流化床鍋爐以其燃料適應(yīng)性好、高效脫硫及低NOx排放等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,其規(guī)模和容量都在不斷擴(kuò)大,然而在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于控制其循環(huán)灰量及建立物料平衡仍存在較多問(wèn)題。若爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)少,將導(dǎo)致爐膛稀相區(qū)的物料濃度降低,進(jìn)而使?fàn)t內(nèi)的傳質(zhì)、傳熱減弱,爐膛底部與爐膛出口的溫差增大,鍋爐達(dá)不到額定出力。為了降低床溫、加強(qiáng)爐內(nèi)傳熱,必須加大風(fēng)量以提高鍋爐負(fù)荷。若爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多,則大量的循環(huán)灰將爐膛底部的熱量帶至爐膛出口及尾部煙道,使?fàn)t溫降低、飛灰中含碳量升高,且鍋爐不易穩(wěn)定運(yùn)行,甚至需要排灰來(lái)維持爐況。因此,在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制顯得尤為重要。本文結(jié)合1臺(tái)180 t/h 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)化改造過(guò)程,研究了煤種及排渣位置對(duì)循環(huán)灰量和鍋爐運(yùn)行的影響,認(rèn)識(shí)到煤種及排渣位置的選取對(duì)鍋爐出力及性能直接影響,并給出了調(diào)節(jié)爐內(nèi)循環(huán)灰量及鍋爐運(yùn)行參數(shù)的一些措施。

        1鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

        180 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù): 額定蒸發(fā)量180 t/h,蒸汽壓力9.8 MPa,蒸汽溫度540 ℃,給水溫度195 ℃,排煙溫度140 ℃。設(shè)計(jì)煤種為無(wú)煙煤,其收到基的分析數(shù)據(jù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):碳62.48%,氫2.25%,氧1.36%,氮0.72%,硫1.28%,全水7.40%,灰分23.48%,揮發(fā)分6.07%;熱值22 480 kJ/kg。

        2煤種對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行的影響

        研究了3種燃煤對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛壓差、爐膛出口溫度及鍋爐出力的影響,并分別將灰分平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.22%、30.45%和26.60%的燃煤命名為高灰煤、中灰煤和低灰煤。試驗(yàn)煤樣工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1。

        表1 試驗(yàn)煤樣工業(yè)分析數(shù)據(jù)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))  %

        2.1煤種對(duì)爐膛壓差的影響

        爐膛壓差Δp隨鍋爐負(fù)荷D變化趨勢(shì)見圖1。

        由圖1可見,隨著鍋爐負(fù)荷的增加,爐膛壓差也隨之增大,但燃用不同煤種時(shí)爐膛壓差的增幅相應(yīng)不同。最初在燃用低灰煤時(shí),由于進(jìn)入爐內(nèi)的煤中灰量較少,導(dǎo)致爐內(nèi)循環(huán)灰量少,爐膛壓差低,鍋爐的熱量主要集中于爐膛底部,為了使熱量隨高溫?zé)煔庀蚝髷U(kuò)散,必須加大風(fēng)量;但在燃用低灰煤時(shí)鍋爐負(fù)荷最高只能達(dá)到105 t/h,遠(yuǎn)低于鍋爐設(shè)計(jì)出力。

        為了提高鍋爐出力,鍋爐開始燃用中灰煤,爐膛壓差有了較大的提升,使?fàn)t內(nèi)物料濃度增大,煙氣攜帶熱量向后傳遞,鍋爐的最大負(fù)荷提升至130 t/h,鍋爐出力有了較大提高,但仍達(dá)不到設(shè)計(jì)出力。最后,鍋爐燃用高灰煤以增加進(jìn)入爐內(nèi)的灰量,爐膛壓差與前2種煤相比增幅最大,鍋爐出力得到較大改善,提升至145 t/h,但與設(shè)計(jì)值仍有一定差距。

        圖1 爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

        2.2煤種對(duì)爐膛出口溫度T的影響

        爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)見圖2。

        圖2 爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

        由圖2可見,隨著鍋爐負(fù)荷的升高,爐膛出口溫度均有不同程度升高,其中在同一負(fù)荷時(shí),爐膛出口溫度為高灰煤>中灰煤>低灰煤。這是因?yàn)殡S著入爐煤中灰分的增加,導(dǎo)致進(jìn)入爐內(nèi)的灰量增加,循環(huán)灰量增加,爐膛壓差增大,大量的循環(huán)灰將爐膛底部的熱量帶至爐膛上部及尾部煙道,從而改善了爐膛上部及尾部煙道的換熱效果,使?fàn)t內(nèi)的熱負(fù)荷分布接近設(shè)計(jì)值,從而提高了鍋爐的帶負(fù)荷能力。圖2的結(jié)論與圖1相似,即在燃用高灰煤時(shí)鍋爐出力得到很大提高,但該臺(tái)鍋爐仍達(dá)不到180 t/h的設(shè)計(jì)負(fù)荷。

        2.3煤種對(duì)鍋爐負(fù)荷的影響

        鍋爐負(fù)荷隨總風(fēng)量變化趨勢(shì)見圖3。

        圖3 鍋爐負(fù)荷隨總風(fēng)量變化趨勢(shì)

        由圖3可見,鍋爐負(fù)荷隨著總風(fēng)量的增大而增大,但在同一風(fēng)量下,燃用高灰煤時(shí)的負(fù)荷高于燃用中灰煤時(shí)的負(fù)荷。這是因?yàn)樵谕瑯拥娘L(fēng)量下,由于高灰煤中灰分含量高,使?fàn)t內(nèi)的循環(huán)灰量增加,致使?fàn)t內(nèi)的傳熱得到強(qiáng)化,鍋爐的負(fù)荷較高;而中灰煤中灰分含量低,致使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量低于高灰煤,因此,爐內(nèi)傳熱效果低于高灰煤,使鍋爐出力較低。此外,在鍋爐出力相同時(shí),燃用高灰煤所需風(fēng)量小于燃用中灰煤,故在一定程度上可以降低鍋爐風(fēng)機(jī)電耗。

        3排渣位置對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的影響

        該臺(tái)鍋爐有4個(gè)排渣口,原設(shè)計(jì)每側(cè)各配置1臺(tái)冷渣機(jī),中間2個(gè)排渣口作為事故排渣口;但由于兩側(cè)的2個(gè)排渣口正對(duì)返料口,導(dǎo)致較多循環(huán)灰排出,因此,雖然更換了煤種鍋爐,仍達(dá)不到設(shè)計(jì)出力。改造后,將其中1臺(tái)冷渣機(jī)移至中間下渣口,利用中間的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣,但運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多,爐膛壓差持續(xù)升高,需從返料器定期排灰以維持爐況;最后,同時(shí)利用中間及一側(cè)的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的控制,鍋爐達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷?,F(xiàn)將運(yùn)行一側(cè)冷渣機(jī)時(shí)作為工況1,運(yùn)行中間冷渣機(jī)作為工況2,中間及一側(cè)同時(shí)運(yùn)行作為工況3,研究從不同位置排渣對(duì)爐膛壓差、爐膛出口溫度及鍋爐性能的影響。

        3.1排渣位置對(duì)爐膛壓差的影響

        不同工況下,爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷的變化趨勢(shì)見圖4。

        圖4 不同工況下,爐膛壓差隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

        由圖4可見,不同工況下,爐膛壓差均隨著鍋爐負(fù)荷的增加而增大,這與圖1所得結(jié)論一致,但不同工況下爐膛壓差的變化差別較大。工況1為燃用高灰煤、且利用一側(cè)的冷渣機(jī)排渣的工況,雖然高灰煤灰分較高,有較多灰分進(jìn)入爐膛,但因下渣口離返料口較近,導(dǎo)致循環(huán)灰短路直接隨冷渣機(jī)排出,使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量減少,工況1爐膛壓差較??;工況2為燃用低灰煤、且利用中間冷渣機(jī)排渣的狀況,工況3為燃用低灰煤、且同時(shí)利用中間及一側(cè)冷渣機(jī)進(jìn)行排渣的狀況,工況2爐膛壓差大于工況1及工況3,而且需要從返料器排灰管定期排灰,以穩(wěn)定爐況,可見工況2只用中間下渣管排渣且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰的優(yōu)化控制;工況3爐膛壓差得到有效控制,它處于工況1與工況2之間,且鍋爐可以達(dá)到設(shè)計(jì)出力,鍋爐循環(huán)灰量控制問(wèn)題得到解決。

        3.2排渣位置對(duì)爐膛出口溫度的影響

        不同工況下,爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)見圖5。

        圖5 不同工況下,爐膛出口溫度隨鍋爐負(fù)荷變化趨勢(shì)

        由圖5可見,工況1時(shí)爐膛出口溫度較低,這是因?yàn)闋t內(nèi)循環(huán)灰量較少,爐膛底部熱量不易被循環(huán)灰?guī)е翣t膛上部,因而影響鍋爐出力;工況2時(shí)爐膛出口溫度最高,這是因?yàn)樵诶弥虚g冷渣機(jī)排渣時(shí),隨冷渣機(jī)排出的灰量較少,爐內(nèi)循環(huán)灰量最高,使大量熱量帶至爐膛出口及尾部煙道,雖然這也可以使鍋爐達(dá)到設(shè)計(jì)出力,但過(guò)多循環(huán)灰會(huì)帶走爐膛的熱量,使密相區(qū)的溫度降低,鍋爐燃燒效率降低,且鍋爐容易因溫度過(guò)低而發(fā)生滅火。工況3所對(duì)應(yīng)爐膛出口溫度介于工況1和工況2之間,說(shuō)明利用中間及一側(cè)冷渣機(jī)排渣時(shí),爐內(nèi)循環(huán)灰量較為合理,爐況穩(wěn)定且易于調(diào)節(jié)。

        3.3排放循環(huán)灰對(duì)鍋爐性能影響

        2014年1月至6月鍋爐飛灰和爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

        表2 2014年1月至6月飛灰中含碳和

        由表2可見:2014年1月至3月,鍋爐在利用中間的冷渣機(jī)排渣時(shí),飛灰含碳和爐渣中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均比較高,飛灰中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)11.99%;這是因?yàn)橹焕弥虚g下渣口排渣時(shí)爐內(nèi)循環(huán)灰量過(guò)多,床溫較低,使?fàn)t內(nèi)碳的燃燒反應(yīng)速率下降,飛灰、爐渣中含碳量較高。2014年4月至6月,鍋爐同時(shí)利用中間及一側(cè)的冷渣機(jī)進(jìn)行排渣,飛灰、爐渣中含碳量均出現(xiàn)不同程度下降,可見此種方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制,使鍋爐運(yùn)行處于合理溫度范圍內(nèi),不僅能穩(wěn)定爐況,而且可降低鍋爐的機(jī)械不完全燃燒熱損失,從而提高鍋爐的燃燒效率及熱效率,使鍋爐性能得到提高。

        4結(jié)語(yǔ)

        (1) 循環(huán)灰量的控制對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行及性能影響較大。循環(huán)灰量不足時(shí),爐內(nèi)物料濃度較低,鍋爐不易達(dá)到設(shè)計(jì)出力;循環(huán)灰量過(guò)多時(shí),易導(dǎo)致爐膛底部較多熱量被循環(huán)灰?guī)ё?,使?fàn)t溫降低,進(jìn)而降低鍋爐燃燒效率。

        (2) 燃煤的灰分含量對(duì)爐內(nèi)循環(huán)灰量控制有著重要影響,可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃煤中灰分含量來(lái)控制爐內(nèi)循環(huán)灰量,從而優(yōu)化鍋爐運(yùn)行。

        (3) 若排渣口離返料口較近,會(huì)導(dǎo)致部分循環(huán)灰隨底渣排出,致使?fàn)t內(nèi)循環(huán)灰量減少,鍋爐不易達(dá)到設(shè)計(jì)出力,可以通過(guò)優(yōu)化排渣位置,實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛壓差的優(yōu)化控制。

        (4) 鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)需合理選擇排渣口位置,運(yùn)行時(shí)應(yīng)合理選擇燃煤中灰分含量,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)灰量的合理控制,以確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。

        (收到修改稿日期2015-10-14)

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