苗紅軍

河南省煤業(yè)化工集團鶴煤公司 鶴壁 458000

王雙巖

新奧集團新能鳳凰(滕州)能源有限公司 滕州 277500

張振保 王 偉 李明明

河南金大地化工有限責(zé)任公司 漯河 462400

1 概述

某煤化集團公司520kt/a 尿素裝置，由于天然氣短缺和漲價，2001年4月該公司決定用煤替代天然氣。循環(huán)流化床鍋爐自建成投產(chǎn)以來，運行基本穩(wěn)定，但由于對循環(huán)流化床鍋爐燃燒規(guī)律掌握不夠，缺乏優(yōu)化控制運行經(jīng)驗，一度出現(xiàn)灰渣中殘?zhí)苛?%～16%，灰中殘?zhí)苛?8%～28%的現(xiàn)象，造成鍋爐熱效率下降，運行很不經(jīng)濟。為此，技術(shù)人員不斷消化吸收循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)，并結(jié)合實際運行工況，分析殘?zhí)苛窟^高的原因，提出合理控制與調(diào)整燃燒的辦法，從而降低了灰渣中的殘?zhí)亢俊?/p>

2 鍋爐的燃燒和煙氣系統(tǒng)流程

鍋爐的一次風(fēng)大部分作為流化風(fēng)經(jīng)布風(fēng)板入爐膛,小部分作為給煤機的加壓密封和播煤風(fēng)；高壓返料風(fēng)機提供的風(fēng)量大部分作為返料風(fēng)，小部分作為送煤風(fēng)；二次風(fēng)通過爐膛床層上部三排21個風(fēng)嘴供入。

爐膛采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu),高溫?zé)煔鈯A帶部分顆粒由爐膛出口入高溫旋風(fēng)分離器,分離下來的顆粒經(jīng)L型回料閥送回爐膛,熱煙氣夾帶少量細(xì)顆粒進(jìn)入尾部煙道。水平煙道內(nèi)布置著高溫過熱器，尾部豎井煙道內(nèi)從上到下依次布置懸吊管、低溫過熱器、省煤器和二級、一級空氣預(yù)熱器。預(yù)熱器出口煙氣經(jīng)除塵器除去飛灰顆粒后,再經(jīng)引風(fēng)機排大氣。

3 運行工況優(yōu)化調(diào)整試驗參數(shù)及結(jié)果

為便于分析殘?zhí)苛扛?、鍋爐熱效率下降的原因，以鍋爐常用工況為基礎(chǔ), 測定不同負(fù)荷、過剩氧量、床壓、床溫等運行參數(shù)和煤質(zhì)特性對燃燒效率及灰渣中殘?zhí)苛康挠绊? 找出相互作用的規(guī)律或趨勢。煤種主要成分見表1，燃燒試驗數(shù)據(jù)見表2，運行及分析數(shù)據(jù)見表3。

表1 煤種主要成分表 (%)

表2 燃燒試驗數(shù)據(jù)

表3 運行及分析數(shù)據(jù)

說明：①受分析條件限制，燃料煤的粒徑篩分?jǐn)?shù)據(jù)未做，排渣中殘?zhí)亢孔鼍唧w分析，定期分析時均在7%～16%，此次計算時均按設(shè)計2%進(jìn)行計算，這些對于燃燒調(diào)整和結(jié)果分析均有一定影響；②工況9和工況10使用的是山西煤，沒用鶴壁煤。該數(shù)據(jù)來源于實際工況。受實際運行限制，同樣的工況不可能出現(xiàn)兩種煤。

4 原因分析、措施和效果

4.1 排煙氧量

4.1.1 原因

鍋爐在運行時， 因風(fēng)量表不準(zhǔn)，為確保流化良好，一次風(fēng)機風(fēng)門開度較大，造成二次風(fēng)機風(fēng)門開度較小，風(fēng)壓都在5 kPa 以下。由于壓頭低，二次風(fēng)的穿透深度和擾動能力差，燃燒室中、上部的核心區(qū)域氧量低，甚至?xí)霈F(xiàn)負(fù)氧區(qū)，導(dǎo)致燃燒不充分。排煙氧量與灰中殘?zhí)亢康年P(guān)系，見圖1。

圖1 排煙氧量與灰中殘?zhí)亢筷P(guān)系圖

由圖1可知，當(dāng)排煙氧量增加時，灰中殘?zhí)亢拷档汀＿@是由于當(dāng)排煙氧量增加時，爐內(nèi)氧濃度相應(yīng)提高，有利于煤的燃盡，使灰中殘?zhí)亢肯陆怠?/p>

鍋爐燃燒效率與排煙氧量的關(guān)系，見圖2。

圖2 鍋爐燃燒效率與排煙氧量關(guān)系圖

由圖2可知，隨著排煙氧量增加，燃燒效率上升。但排煙氧量過大會增加排煙熱損失，應(yīng)綜合考慮不致使排煙熱損失過度增大的前提下，適當(dāng)提高過剩氧量。

4.1.2 措施

當(dāng)爐內(nèi)處于缺氧燃燒狀態(tài)，灰渣中殘?zhí)亢烤蜁^高。因此，根據(jù)鍋爐負(fù)荷情況，保持二次風(fēng)壓在5kPa 以上，并適當(dāng)調(diào)整爐本體二次風(fēng)門開度和一次風(fēng)量，使煙氣含氧量保持在3%～6%。

4.1.3 效果

調(diào)整一、二次風(fēng)配比，適當(dāng)提高二次風(fēng)壓，灰渣含炭量可維持在3%～5%，操作條件明顯趨好。

4.2 床壓

4.2.1 原因

試驗期間冷渣器采取連續(xù)排渣,控制床壓。床壓與灰中殘?zhí)亢康年P(guān)系見圖3，其負(fù)荷約為85%,因測量范圍較小，只作為參考。

圖3 床壓與灰中殘?zhí)亢筷P(guān)系圖

由圖3可知，隨著床壓升高, 灰渣中殘?zhí)亢可?，床壓升高到一定程度后，灰渣中殘?zhí)亢坑钟兴档汀４矇旱拇笮￠g接表明了爐內(nèi)床層的高低,在一定流化風(fēng)速下, 床壓低時物料燃燒較充分，床壓升高后爐膛內(nèi)床層相對增高,爐內(nèi)物料濃度增大,燃燒效率下降，灰渣中殘?zhí)亢可?，繼續(xù)升高床壓后，由于使得隨流化風(fēng)從爐底向上運動的細(xì)小煤粒與床料碰撞的幾率增大,難以飛出爐膛,這就延長了細(xì)小顆粒在爐內(nèi)停留時間, 提高其燃盡度。

4.2.2 措施

在綜合考慮其它因素(如床層良好流化、煤質(zhì)、煙氣氧量、一、二次風(fēng)配比、合理的風(fēng)機電耗)的前提下,床壓控制在7～8 kPa。

4.2.3 效果

通過大量試驗表明，床壓維持在7～8 kPa，灰渣含炭量有一定降低。

4.3 煤質(zhì)

4.3.1 原因

由于廠內(nèi)可供選擇的煤種有限,試驗煤種不多，但對比效果很好。由表1可見,試驗期間燃煤有兩種。第一種是山西煤，高熱值、低揮發(fā)分、灰分偏低；第二種煤為鶴壁煤，熱值偏低, 揮發(fā)分稍高。但兩種煤均屬于低反應(yīng)能力的貧煤。相對而言，山西煤更接近鍋爐設(shè)計的煤種。

要降低灰渣中殘?zhí)亢?提高鍋爐效率,應(yīng)盡可能采用高熱值、高揮發(fā)分的煤種,但也需綜合考慮有關(guān)因素,如燃燒、煤價、運費等,這樣才能使?fàn)I運方式更加合理。

燃煤的粒度分布對燃燒和傳熱也有很大影響，因分析條件受限，未進(jìn)行粒度分析。從給煤機入口檢查和鍋爐排渣情況看,入爐煤中存在相當(dāng)多的細(xì)粒徑顆粒和較大的粗顆粒，中粒徑(×50)(2mm)的較少。由于該廠上煤系統(tǒng)采取一級破碎，加之所用煤雜質(zhì)較多，使得入爐煤的粒度不符合設(shè)計要求,一方面存在粒度很大的顆粒,嚴(yán)重影響鍋爐的正常流化和安全運行；另一方面入爐煤中細(xì)顆粒組分偏高,操作中因防大顆粒造成流化不好而加大流化風(fēng)量后，造成風(fēng)速過大，細(xì)顆粒煤在爐膛內(nèi)停留時間縮短，未燃燒完就會被帶出爐膛，使灰渣中殘?zhí)亢可?還易出現(xiàn)爐膛水冷壁管磨損等問題。

4.3.2 措施

根據(jù)分析結(jié)果，在采購原煤時，盡可能使用接近鍋爐設(shè)計煤種。

4.3.3 效果

使用煤種與鍋爐原設(shè)計煤種接近的情況下，爐膛內(nèi)有足夠的空間燃燒，通過化驗分析對比，原煤熱值提高后，排渣量減少，隨著渣排放的未燃盡原煤顆粒大幅減少，灰渣含炭量明顯降低。

4.4 床溫

4.4.1 原因

床溫是CFB鍋爐的重要運行參數(shù),從有利于燃燒的角度看,提高床溫是有益的。因為,提高燃燒溫度可縮短燃盡時間，從而降低灰渣中殘?zhí)亢俊?/p>

4.4.2 措施

根據(jù)煤種變化，適當(dāng)調(diào)整床溫。對于難燃燒煤種,可適當(dāng)考慮提高床溫在900～950℃，以保證燃燒穩(wěn)定與減少固體未燃燒損失。當(dāng)然要控制床溫低于煤的變形溫度100～200℃，以防止結(jié)焦, 還要考慮脫硫反應(yīng)的最佳溫度約為850 ℃,因此床溫不宜超過950℃。對于煙煤床溫可以控制在850～920℃。

4.4.3 效果

通過實驗，床溫變化對灰渣含炭量的影響非常顯著，可以減少20%損失量。

4.5 負(fù)荷

4.5.1 原因

負(fù)荷與灰渣中殘?zhí)苛筷P(guān)系見圖4。

圖4 負(fù)荷與灰渣中殘?zhí)苛筷P(guān)系圖

由圖4可以看出，飛灰可燃物含量隨著鍋爐負(fù)荷升高而升高，特別是高負(fù)荷時。這是由于使用煤種與鍋爐原設(shè)計煤種相差較大，發(fā)熱量較低，隨著負(fù)荷升高，所用煤量超過鍋爐的設(shè)計給煤量，滿負(fù)荷時超過原設(shè)計給煤量的40%，這樣就造成煤在爐膛內(nèi)沒有足夠的空間，它對于燃燒速度控制的動力和擴散都有影響，造成炭粒在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，致使灰渣中殘?zhí)亢可摺?/p>

4.5.2 措施

在使用劣質(zhì)煤種時，鍋爐負(fù)荷應(yīng)保持在50%～80%，在使用接近設(shè)計煤種時，負(fù)荷可以控制在40%～110%。多臺鍋爐運行時，可以適當(dāng)調(diào)整各個鍋爐負(fù)荷，使其在最佳工況下運行。

4.5.3 效果

隨使用煤種變化情況，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鍋爐負(fù)荷，可有效降低灰渣中殘?zhí)亢俊?/p>

5 建議

(1)當(dāng)排煙氧量增加,灰渣中殘?zhí)亢拷档?燃燒效率上升時,應(yīng)綜合考慮不使排煙熱損失過度增大的前提下,可適當(dāng)提高過剩氧量。推薦的排煙氧量控制值如下：5.0%(85%MCR)；5.5%(65%MCR)；6.0%(50%MCR)(MCR為鍋爐額定負(fù)荷)。

(2)當(dāng)二次風(fēng)風(fēng)壓低時,建議對測風(fēng)流量計進(jìn)行改換，確保降低一次風(fēng)量，增加二次風(fēng)量，但又不致引起床層結(jié)焦，另外可將三排風(fēng)嘴關(guān)掉一排以增加二次風(fēng)的風(fēng)壓。

(3)隨著床壓升高, 灰渣中殘?zhí)亢坑幸?guī)律地上升和下降。在綜合考慮其它因素(如合理的風(fēng)機電耗、煤質(zhì)、安全)的前提下,可適當(dāng)控制床壓在8.0～8.5kPa,以降低灰渣中殘?zhí)亢俊?/p>

(4)如要降低飛灰可燃物就應(yīng)盡可能采用鍋爐設(shè)計的煤種,同時需綜合考慮各有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟因素, 如返料溫度、結(jié)焦、運行成本、檢修周期及費用、煤價及運費等。

必須嚴(yán)格控制入爐煤粒度<13 mm,煤的粒度分布也要符合要求，這樣也可以優(yōu)化一、二次風(fēng)的配比，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

需要加強燃料設(shè)備維護(hù),當(dāng)破碎機篩板、環(huán)錘磨損超標(biāo)時應(yīng)及時維修或更換。

(5)對于難燃煤種,適當(dāng)提高床溫可以降低飛灰可燃物。當(dāng)然要綜合考慮脫硫反應(yīng)的最佳溫度和煤的變形溫度等,但床溫不宜超過950℃。

(6)為降低飛灰可燃物含量，提高旋風(fēng)分離器的效率，既可適當(dāng)加長中心筒長度，也可將入口煙道縮口，以提高分離器進(jìn)口風(fēng)速。

6 結(jié)語

綜上所述，采取以上措施并實施后，該鍋爐運行正常，效果良好。