循环流化床锅炉燃烧煤矸石的研究及应用

1 福建煤矸石特点

福建煤矸石发热量低, 挥发份含量极低, 燃烧后难爆裂, 着火和燃烬困难;硬度大, 难于破碎, 为国内硬度最大的典型煤种。

2 YG-220/9.8-M2型循环流化床锅炉结构简介

济南锅炉厂设计生产的YG-220/9.8M2型循环流化床锅炉, 炉膛采用全膜式水冷壁悬吊结构;炉膛内布置有6片屏式过热器, 高温、低温过热器采用悬吊结构布置于尾部竖井上部;旋风分离器采用汽、水冷组合式分离器, 其中汽段作为过热器受热面的一部分, 水段作为水冷系统中的一部分分离器下部安装有U型返料器, 将循环物料送回炉膛燃烧;省煤器采用蛇形光管支撑结构;管式空气预热器采用卧式结构。流化床采用水冷布风板, 大钟罩式风帽, 设四个排渣口, 炉渣通过滚筒冷渣器冷却后由皮带送入渣仓。此锅炉有以下特点。

(1) 炉膛高度加高, 延长煤颗粒在炉膛停留时间, 炉膛截面采用长方形设计, 宽深比为2∶1, 21个二次风口在前、后墙分三段接入, 运行时二次风能穿透炉膛中心, 有利于物料的扰动和燃烧。

(2) 物料循环系统中采用2个高温汽冷旋风分离器, 布置在燃烧室与尾部对流烟道之间, 旋风分离器采用蜗壳、切向进气方式, 可保证分离效率大于等于99.5%。由于分离效率高, 可保证炉膛内有足够的循环灰量, 减少尾部烟气含灰量, 有利于减轻尾部受热面的防磨。立管布置有水冷套, 使物料及高温烟气能得到冷却, 从而杜绝物料中没有完全燃烧的煤炭颗粒在分离器锥部结焦。

(3) 回料阀采用“U型”返料器, 回料为自平衡式, 返料风用返料风机单独供给。返料风源取自引风机出口的无氧风, 因此, 物料中没有完全燃烧的煤炭颗粒在返料器没有机会再次燃烧就被送回炉膛。

(4) 锅炉辅助系统简介。

(1) 锅炉排渣系统。

锅炉在底部设四个排渣口, 炉渣通过滚筒冷渣器冷却后由皮带送入渣仓。冷渣器是山东章丘圣火科技有限公司设备, 型号:HBSL—Ⅳ—8, 滚筒额定转速:2r/min额定排渣量:8t/h。

(2) 燃料筛碎系统。

筛碎系统布置在筛碎楼, 采用一级破碎一级筛分, 筛分机选用自同步等厚振动筛, 其进料粒度小于等于300mm, 出料粒度小于等于10mm, 设计出力180t/h;破碎机为HLAPG— (1) 型齿棍式破碎机, 其进料粒度小于等于300mm, 出料粒度小于等于10mm设计出力120t/h。入炉煤矸石和无烟煤在进入筛碎楼前进行混合, 一起破碎后进入炉前煤仓。因煤矸石硬度大极难破碎和为了减轻破碎压力, 要求选矸厂进行矸石初破碎控制入厂煤矸石粒度小于等于20mm, 但实际颗粒度超标份额较多。

3 燃用煤矸石应用

3.1 燃烧试验

为了申请煤矸石综合利用认证和寻求最佳燃烧工况, 提高锅炉热效率, 降低生产成本, 电厂成立锅炉燃烧调试小组, 进行煤矸石掺烧调整试验, 试验历时半年煤矸石掺烧比例从10%逐步增大, 每个工况稳定运行两周左右再按5%比例增加, 最大比例掺烧到60%, 入炉煤低位发热量从4600Kcal/kg降至2800Kcal/kg。

3.2 试验结论

(1) 煤矸石掺烧比例低于40%即入炉煤低位发热量高于3500Kcal/kg时, 锅炉燃烧状况良好, 流化风量没有较大变化, 锅炉冷渣器偶尔发生堵渣现象, 无较大影响, 排渣系统运行正常, 锅炉主要参数正常;煤矸石掺烧比例高于40%即入炉煤低位发热量低于3500Kcal/kg时, 锅炉燃烧状况发生变化, 随着掺烧比例进一步增大越来越明显炉内流化状态逐步恶化, 流化风量增大, 减温水量增大, 冷渣器堵渣现象频繁发生, 排渣困难。

(2) 煤矸石掺烧比例在30%~35%即入炉煤低位发热量在3600Kcal/kg~3800Kcal/kg时, 锅炉热效率最高, 发电标煤耗最低。

4 存在的问题及采取措施

4.1 煤矸石硬度大难于破碎, 造成筛分机、破碎机磨损大和入炉煤颗粒度偏大

循环流化床锅炉为保证流化良好和顺利排渣, 对入炉煤颗粒度有严格的要求。锅炉厂要求入炉煤粒度小于10mm, 但实际筛碎系统投产初期超过10mm的份额严重超标, 基本在20%~30%, 冷渣器堵渣现象时有发生。同时筛碎设备磨损问题十分严重, 输煤系统累积运行1个多月就出现振动筛筛条磨断、破碎机二级齿板磨损较严重并且有断齿现象。

采取措施:更换耐磨型齿板、破碎机内部改造、破碎机两侧间隙调整、等厚筛筛条式改为筛网式、增设两台布料器、增设除铁器、加大设备巡检频率、加强设备维护消缺力度、加强入炉煤颗粒度分析、实行入炉煤颗粒度考核制度等, 入炉煤颗粒度超标率有明显下降, 基本控制在18%以下, 同时筛碎设备磨损问题也得到一定程度缓解。

4.2 锅炉磨损问题

掺烧煤矸石导致入炉燃料发热量降低, 入炉燃料量增加, 炉膛灰渣浓度及内循环灰量较大, 势必增加磨损。

采取措施:设计中采用了防磨措施, 采取水冷壁让弯技术, 在四面水冷壁与耐火材料结合处使管子让开一定距离, 使管子避开磨损区域;在让弯区下的耐火材料部位沿炉膛四周浇注一道防磨圈梁;对磨损部位采用超音速喷涂耐磨合金材料;分离器及返料器均采用敷设耐磨浇注料以保护受热面免遭飞灰的直接冲刷;尾部受热面在防磨重点部位安装防磨保护瓦等。加强管理, 严格控制启炉点火床料的颗粒度和床层厚度;优化锅炉运行方式, 严格控制一次风量和床层厚度调节等;利用停炉机会进行受热面管壁测厚检查和全面进行浇注料磨损检查修补等。实践证明, 经过以上措施磨损问题得到良好控制, 未发生因磨损问题停炉事件。

4.3 锅炉堵渣是燃烧煤矸石最突出的问题。

由于煤矸石颗粒密度较大, 容易沉积, 尤其是机组在低负荷运行或入炉煤颗粒度偏大时, 经常出现堵渣现象

采取措施:加强筛碎系统维护, 严格控制入炉燃料颗粒度;规范入炉燃料颗粒度化验分析工作, 指导运行调整;优化冷渣器运行方式;定期进行扰动法排除炉膛沉积的大颗粒物料;增加事故排渣口, 特殊情况下进行事故排渣;改变人工捅渣方法, 提高人员疏通堵渣技能等。

5 结语

随着循环流化床锅炉在国内大范围应用和投产, 循环流化床锅炉技术也日趋成熟, 循环流化床锅炉掺烧煤矸石也有很多尝试和成功经验。大力推广应用循环流化床锅炉燃用煤矸石, 有利于企业降低生产成本, 提高经济效益;有利于神华产业综合利用, 推动循环经济良好发展。

摘要：神华电力产业中有相当一部分循环流化床锅炉发电机组。循环流化床锅炉燃用煤矸石等劣质燃料是能源综合利用的具体体现, 是充分享受国家相关优惠政策和降低生产成本必经之路, 循环流化床锅炉燃烧煤矸石技术是当前面临的迫切课题。文章阐述了济南锅炉厂设计生产的YG-220/9.8-M2型循环流化床锅炉燃烧福建煤矸石的成功经验, 为神华电力产业中循环流化床锅炉发电机组提供重要借鉴。

关键词：电力,循环流化床,锅炉,煤矸石,应用