CFB锅炉燃烧不稳定的原因和处理措施

2022-09-11

1 循环流化床锅炉circulating fluidized bed boiler

采用循环流化床燃烧方式运行的锅炉, 简称CFB锅炉。

CFB锅炉主要由布风装置、炉膛、气固分离装置与回送装置 (有的炉型设置循环灰外置换热器) 、尾部对流烟道及各受热面组成, 汽水系统与常规煤粉锅炉基本相同。

一定粒径 (一般小于10mm) 的固体燃料 (通常为煤) 在炉膛中以气固流态化的方式燃烧 (炉膛截面气体流速通常为5m/s左右, 燃烧温度约为900℃) , 并向炉膛受热面放热;由上升气流携带出炉膛的绝大部分细颗粒被气固分离装置 (分离器) 收集下来, 作为循环灰经回送装置返回炉膛循环燃烧;离开分离器、含有少量细小颗粒的高温烟气进入尾部烟道, 继续向沿程布置的对流受热面放热, 降至排烟温度后排出锅炉 (至除尘器) 。

2 CFB锅炉燃烧存在的问题

(1) 锅炉经常堵返料。

(2) 锅炉负荷低, 锅炉通常带额定负荷的80%左右。

(3) 锅炉飞灰和底渣含碳量高, 燃烧效率低。

3 问题分析

(1) 锅炉燃煤品质的变化大, 司炉调整困难。锅炉燃烧设备是按设计煤种设计的锅炉正常运行中一般要求燃煤的品质与燃烧设备和运行方式相适应, 但在锅炉实际运行中, 燃煤品质往往变化较大。由于任何燃烧设备对煤种的适应总有一定的限度因而燃煤品质的较大变化, 对燃烧的稳定性和经济性均将产生直接的影响。

燃料中挥发分含量增加, 燃料的着火温度便将降低;挥发分含量减少, 燃料的着火温度便将相应升高, 着火温度升高, 着火热就增大, 因而燃用挥发分低的煤种 (如无烟煤) 时着火很困难, 达到着火所需时间就较长, 着火距离就较远。对于挥发分很低的无烟煤而言, 含氧量较高时较容易着火。此外, 挥发分的含量对煤粉的燃尽也有直接的影响。通常燃煤的挥发分含量越高, 越容易着火, 燃烧过程越稳定, 不完全燃烧损失也就越小。

灰分过高的煤着火速度慢, 燃烧稳定性差, 而且燃烧时由于灰分容易隔绝可燃质与氧化剂的接触, 因而多灰分的煤燃尽性能也较差。煤的灰分越高, 加热灰分造成的热量消耗增多, 使燃烧温度下降。此外固态飞灰随烟气流动, 会使受热面磨损和堵灰;熔化的灰还会在受热面上形成结渣影响各受热面传热比例的变化。

水分对燃烧过程的影响主要表现在水分多的煤引燃着火困难, 且会延长燃烧过程, 降低燃烧室温度, 增加不完全燃烧及排烟热损失。因为煤燃烧时, 水分蒸发需要吸收热量, 使煤的实际发热量降低、燃烧温度下降。

(2) 锅炉运行参数不合理, 一、二次风配比不合理, 长期运行一次风偏高, 二次风太低。这种情况造成:锅炉炉膛温差增大;燃烧严重不完全;返料含碳量高;底渣含碳量高;运行很不稳定。

(3) 锅炉返料温度高, 返料器内燃烧剧烈是堵返料的根本原因。因为返料温度高形成瓶颈, 在80%额定负荷左右时, 返料温度已经超过1020℃, 在返料器中形成鸡蛋大的虚焦块, 在一定条件下, 虚焦块长大影响流化, 从而在返料器中堵塞。

在前述条件下, 为了使得返料器返料通畅, 通常使用较大的返料风量, 使得分离效率降低, 炉顶因为缺乏细灰, 炉顶温度只有790℃ (正常情况应该900℃左右) 。同时使得返料超温现象加重, 堵返料现象更加严重。

缺乏返料, 使得炉内灰浓度不够, 出现负荷带不上去, 炉顶的温度主要靠给煤中的细颗粒来提升, 这样燃烧效率很低。由于长期返料堵塞不正常, 因为各种原因对返料系统内的焦块没有及时清理干净, 焦块进一步长大, 造成短时间的堵返料周期。

(4) 料层薄厚不匀, 不能实现连续放渣也是锅炉燃烧不稳定的另一个原因。

4 问题的解决思路

通过一段时间的燃烧调整, 我们总结出了不同煤种燃烧调整原则, 根据煤质的变化来调整合理的风煤配比。

(1) 无烟煤:无烟煤是挥发分最低的煤种, 它的可燃基挥发分在10%以下, 而固定碳较高, 因此不易着火和燃尽。在燃烧无烟煤时, 为保证着火, 必须保持较高的炉膛温度, 一次风量、一次风速应低些, 这样对着火有利。但一次风速不能过低, 否则达不到良好的流化状态, 严重时会引起结焦。二次风速应高些, 二次风速较高能有利于穿透使空气与燃煤充分混合, 并能避免二次风过早混入一次风, 影响着火。各组二次风门开度采用倒宝塔形, 即上二次风开大、中二次风较小、下层二次风门开度最小。这是因为在燃烧器区, 随烟气向上运动, 烟速逐渐增加, 易使上二次风射流上翘, 开大上二次风, 且提高上二次风风速, 对混合有利。下二次风关小, 以提高炉膛下部温度, 对着火引燃有利。

(2) 烟煤:通常烟煤的挥发分和发热量都较高, 灰分较少, 容易着火燃烧, 因而一次风量和风速应高些。一次风量以能满足挥发分的燃烧为原则。二次风速可适当降低, 使二次风混入一次风的时间提前, 将着火点推后以免结渣。燃烧器最上层和最下层的二次风门开度应大些较好。这是因为最上层二次风除供给炉膛上部煤粉燃烧所需的空气外, 还可以补充炉膛中未燃尽的煤粉继续燃烧所需要的空气, 另外还可以起到压住火焰中心的作用。最下层二次风能把分离出来的煤料托起继续燃烧, 减少机械不完全燃烧损失。

(3) 调整返料器返料风量:返料器中返料风量是保证返料通常的主要因素。为了保证返料器有较好的可控性, 返料器的设计上通常在原来L型阀的基础上在入炉斜管上增加了一定的高度, 形成U型阀。返料风量和返料风压是保证返料能够越过这个高度, 形成通流通道的基础。

(4) 调整返料器松动风量:松动风从正对立管的松动风布风板上送出, 其作用是帮助返料松动, 顺利进入返料器返料区域。松动风过大会引起返料燃烧超温, 同时松动风风量过大, 会引起松动风窜入分离器中, 破坏分离器自身的两相流流场, 影响分离效率, 造成炉内灰浓度的降低。

(5) 锅炉安装冷渣器, 一方面可利用锅炉排渣的热量, 最主要的是实现锅炉的连续排渣, 在确保风煤合理配比的前提下, 稳定、调整料层厚度。料层越薄, 锅炉炉床压差越低, 料层吸热能力下降, 床温升高, 锅炉流化效果好, 但不可太低, 太低会导致床温太高。既保证风压的安全, 又提高炉内蓄热物料的浓度。防止锅炉燃烧出现的幅度波动。

(6) 锅炉安装气力输灰料封泵, 将电除尘一电场的灰经锅炉中部二次风管进入锅炉再利用, 防止了燃用无烟煤时因炉内灰浓度不够出现负荷带不上去的现象发生, 炉顶的温度主要靠返灰的细颗粒来提升, 提高燃烧效率, 降低飞灰的含碳量。