300MW循环流化床锅炉物料平衡系统性能优化方案.pdf

Jun.2023MANUFACTURINGBOILER2023年0 7 月No.4造锅第4期制炉300MW循环流化床锅炉物料平衡系统性能优化方案300MW circulating fluidized bed boiler material balancesystem performance optimization scheme洪卫林（黄陵矿业煤研石发电有限公司，陕西黄陵7 2 7 3 0 7）摘要：与煤粉锅炉机组相比，循环流化床机组在低质物料的稳定燃烧、改善污染环境和炉渣利用效率等方面具有显著优势，在大中型火力发电厂也基于上述优点得到了广泛的应用。通过依据有关认证循环系统流化床锅炉有效床料占总料比的高低，确定总料比例，确定床料质量；以及调整床上压力的难易程度。因此，文中在现场试验的基础上分析循环流化床系统的旋风分离器性能、自平衡返料装置性能和原煤破碎系统性能等与物料循环平衡的关系，并提出了优化对策。关键词：循环流化床锅炉；物料平衡系统；性能试验中图分类号：TK229.6文献标识码：A文章编号：CN23-1249(2023)04-0021-041设备概况该电厂锅炉设计煤种以烟煤为主，校核煤采用不同比例的煤石掺烧烟煤。其锅炉的主要热力参数见表1。辅机系统包括：静叶可调变频式引风机2 台，离心式二次风机2 台，离心式一次风机2 台，多级离心式高压头流化风机3 台。输煤系统包括两台破碎机和两台滚轴筛组成。表1锅炉主参数表锅炉主要参数单位BMCRBRL主蒸汽流量/h10581027主蒸汽压力MPa17.517.5主蒸汽温度541 5541 5再热蒸汽流量Vh870841再热蒸汽进/出口压力MPa4.05/3.853.765/3.664再热蒸汽进/出口温度330/541324.4/541给水温度C279.6277.92性能试验分析文中对循环流化床系统的性能分析主要集中在旋风分离器性能、自平衡返料装置性能、原煤破碎系统性能等三个方面。在实地测试的基础上，对各设备、系统的影响因素进行了分析，提出了优化对策。2.1旋风分离器性能循环流体锅炉的物料平衡很大程度上取决于旋风分离器对微粒捕获能力，尤其是有效层的捕获能力。实际在旋风分离器由于稳定的物料平衡能力，锅炉负荷调节效果良好 1.2 。此外，物料平衡还能对床层温度、压力进行调节，提高锅炉效率。1)旋风分离器特性评估方法。旋风分离器一般是通过测量空气预热器入口烟气中粉尘分布的方法进行评估的。飞灰粒比用“筛余”和“分布”来表述,其中“筛余”是指飞灰相对于一定比例的颗粒所占比重，“分布”是指周围颗粒所占比重。飞灰“筛余”数据可以用罗辛拉姆勒分布收稿日期：2 0 2 2-0 6-1 5作者简介：洪卫林（1 9 8 4一），男，大学本科，工程师，从事循环流化床锅炉研究工作。造锅22炉总第3 0 0 期制函数定义 3 ,作为描述粉煤灰粒度分布的两种状态参数，特征粒比度和均匀性指数反映了粒度特性的大小和分布程度，可用于评价分离器分离性能的定量分析。分离器分离效率越高，对应粉煤灰粒度分布的特征粒度越小,均匀度指标越大。2)旋风分离器性能评估。如图1 所示，锅炉空预器人口飞灰颗粒比度分布曲线图显示，特征粒度比为2 9.8 m。均匀度指标为1.0 4。研究表明，高效分离器在额定运行模式下运行时，飞灰粒比度分布数据对应的特征粒比度应不超过21m，从图1 空预器人口飞灰颗粒比度分布曲线图可以看出，灰分含量有两个最高值，相对较小的最大值置于6 m区域，第二个最大值置于6 0 m周围，表明飞灰粒比度分布相对较差，粗细部分比例较高。同时也说明对应的旋风分离器实际分离效果并不理想，与设计值有一定的差别。1001080X筛分布6%40F%20200.1110100)1(X0粒比度（uu）图1锅炉空预器入口飞灰颗粒比度分布另外，旋风分离器入口的烟气流动速度也会对分离器的效率造成影响。特别要注意的是，在设计旋风分离器时，一定要考虑人口的烟气流量，一定要保证旋风分离器处于高效区。此外，应根据锅炉的燃烧特性、排烟损失和辅机能耗，将锅炉总风量调整约9 5 0 km/h，炉膛出口氧含量为3.2（炉膛出口氧含量设计值应为3.5），使分离器人口的烟气流量比设计值低1 3.5%，以确保旋风分离器的工作区域接近高效区域。文中选择两种总风量不同的工况进行试验，并取飞灰样品进行颗粒比比较，结论见表2。从表2 可以看出，随着总风量由8 6 9 km/h增加到957km/h，旋风分离器进口处的烟气流量也相应增加，出口处飞灰的特征粒比度从3 0.8 m减少到2 8.8 m，均匀性指数从1.1 4增加到1.2 9。分离机的分离效率达到高效区，旋风分离机与人口风速的分离效率成正比。表2 2 种不同总风量工况试验结果对比表总风量km/h飞灰特征粒度De/m飞灰均匀性系数86930.81.1495728.81.292.2自平衡返料装置性能自平衡式返料装置的作用是旋风分离器捕捉到的有效床料立即返回炉膛，同时避免烟尘在炉膛内逆流而逃，使之回到分离器内。它的性能高低，直接决定了循环物料的平衡和稳定。文中选取了炉膛差压为1.0 kPa和1.2 kPa两种不同工况，对锅炉返料稳定性进行检测发现，当自平衡返料装置的返料腿流化排风量减少时，旋风分离器的立管工作压力变化并不显著，说明在循环流量较大的情况下，返料系统仍可维持较长时间地运行。除此之外，现阶段工况分配的返料腿流化排风量远高于自平衡返料装置的实际需要量,因此表明返料系统仍有一定的节能空间。在2 8 5 MW负荷工况下，查验锅炉炉膛内压力变化时，发现炉膛A/B两侧床压往返波动，此现象也称之为“翻床”4。床压变化见图2,A/B两侧炉膛内床压的变化表现出明显的周期性，可见炉膛内的流动性并不稳定。由此导致的结果是，炉膛出口温度和汽包工作压力变化的力度明显加大，一侧物料循环量增大，另一侧物料循环量减小，两侧偏差呈缓慢上升趋势，最终会造成锅炉的锅炉灭火。综合以上现象分析表明：造成这种情况的因素是锅炉设计为大宽深比炉膛和数台分离并接构造所致，再加上返料系统高压流化排风方式选用的是母管式排风，在机组高负荷工况下极易造成床压往返波动。1612力84100200300t/s炉膜人侧床压一炉膛B侧床压图2炉膛A/B侧床压波动显示图针对以上问题，可采用适当调整增加一次风量来抑制翻床，但增加一次风量的同时也会增加一次风机的耗电量和NO,排放浓度，但采用单台下转第2 5 页洪卫林：3 0 0 MW循环流化床锅炉物料平衡系统性能优化方案23第4期高压流化风机对应独立供风的每台返料装置的方式，可以有效避免在中高负荷下出现的“翻床”现象，从而保证炉内流动的稳定性 5 2.3原煤破碎系统性能掺烧煤的粒度分布影响了整个炉膛的燃耗程度，使循环物料总量受到影响，发电机组的经济性也受到影响。普通煤粉碎系统的性能会影响到掺烧煤粒度的分布。所以，有效的粒度分布是发电机组节能的关键所在。该热电厂原煤破碎系统配置为“两级破碎机”+“两级滚轴筛”，主要通过破碎机间隙调节原煤粒度分布。对原煤破碎系统进行性能测试，旨在检测破碎机进出口过程中粒度分布的变化和辅机能耗变化。在试验过程中，供煤系统在破碎机最大间隙（2 2 mm）和最小间隙（1 1 mm）两种不同情况下保持额定负荷，分别对破碎机进出口煤样进行粒度，记录破碎机能耗数据。如图3 所示，原煤破碎系统性能测试中煤粒大小的结果。原煤破碎机出口中，较大的颗粒比重大于4mm，尤其是较大的颗粒在6 8 mm之间是设计值的2 倍以上。这部分煤的灰分粒度基本在2 mm以上，对促进炉膛内物料循环作用不大。1207破碎机入口破碎机入口（2 2 mm间隙）筛余90破碎机入口（1 1 间隙）设计值%6030002468粒度/mm图3原煤破碎系统性能测试中煤粒比度筛选结果测试表明：破碎机在两个不同的条件间隙运行时，出口原煤的粒比分布变化不大，见表3。原煤破碎系统调节掺烧煤粒比分布的能力不足。除此之外，实验还发现，该电厂目前原煤破碎对应系统的原煤粗粒破碎工作能力不足，造成入炉煤中大颗粒占比过大，造成物料循环可靠性差、锅炉稳定床压过高等问题，对锅炉节能运行不利。表3破碎机出口原煤颗粒度分布破碎机间隙中位粒度(dso/m)111.54221.633优化方案为解决材料平衡系统中分离器效率不高的问题，分离器一般会进行升级改造，以提高分离效率。整体上可优化分离器人口耐磨浇口，调整分离器入口面积，确保分离器人口流速进人设计有效地分离区，在一定程度上提高分离器效率，延长主循环中颗粒停留时间。一方面可以改善床料质量，降低锅炉床压；有助于提高燃料在灰尘中的燃耗。根据工程经验估计，该电厂CFB床有效压力约为3.0 kPa；无效的床压力约为0.8 1.4kPa。相比之下，可优化运行床压为3.8 4.4kPa，当前运行平均床压约7.3 kPa，床压仍有2.8 3.4kPa的节能空间，可节省0.3%0.4%的一、二次风机厂用电率。将飞灰含碳量从1.7%降至设计值1.2%，可使锅炉效率提高0.2%左右。由于主管的高压流化风系统不利于中高负荷条件下物料循环系统的稳定运行，机组在中负荷（2 1 0 2 5 0 MW）模式运行时，容易出现左右两侧炉膛床压来回摆动的现象，使炉出口温度和汽包压力的波动大大增加。建议在高压流化风系统改造中，采用2 台运行式风机、1 台备用式风机、1 台返料装置的供气法。另外，采用锅炉停炉检修，组织试验确定正常运行返料系统所需空气量，并在此基础上确定相应的高压流化风参数，作为风机选型优化的基础。针对原煤破碎系统调节煤粒度不好的情况，建议对成灰较硬的煤种，可考虑增加破碎环节，防止在床上形成过粗的颗粒，给调整、检修、保养工作带来难度。加大普通煤破碎，可减少大颗粒煤的比重，使煤粒分布与煤质相适应。如果没有重新改造的分离器，可以将锅炉的最小运行床压降低至5.4kPa。目前锅炉运行平均床压约为7.3kPa,还存在1.6 kPa的降床压节能空间。根据实验结果，可节约辅机厂用电率约0.1 9%。4结束语通过对电厂CFB锅炉物料循环系统的性能分析，针对系统各部分存在的节能问题，明确提出了一些有针对性地优化对策：旋风分离器效率低，可采用耐磨浇注料对分离器进水口结构进行优化，保证分离器高效区内进水口的风力；针对机组高负荷段回风系统稳定性差、炉膛A/B两侧压力上接第2 3 页25金永兴，等预热器堵灰原因分析及改进循环流化休锅炉空第4期外，烟气流中的飞灰颗粒可被感应带有静电荷，带电荷的灰粒靠静电力足以克服本身重力而吸附于钢管壁面上。上述两种积灰起先是松散状的，随着时间推移则会成为不易清除的低温粘结灰。3解决改善空预器堵灰的技改措施为解决改善空预器堵灰的问题，结合实际运行情况，经过多次交流、讨论并与锅炉厂进行深人沟通的基础上，技改措施如下：1)减少低温粘结灰的措施是空预器冷风进口由下级空预器改为中级空预器。空气原流程为：风机下级空预器一中级空预器一上级空预器。空气现流程为：风机一中级空预器一下级空预器一上级空预器。这样能有效提高空气预热器冷风进口温度与空气预热器管壁温度的温差值，从而减少并改善低温粘结的堵灰现象。2)改善清灰工作难度，减少物理聚结粘灰。由于上、中、下三级空预器均为立式钢管式，管内流烟气，管内一旦结灰堵塞，清除极其困难，而下级空预器堵灰较为严重且较难清除，因此，把下级空预器改为卧式空预器，管外走烟气，管内走空气，管外结灰比管内结灰易清除，而且卧式空预器安装蒸汽吹灰器的吹灰效果更佳。3）减少物理聚结粘灰措施：根据空预器结构，中级立式空预器上部增设粑式蒸汽吹灰器，下级卧式空预器上部增设半伸缩式蒸汽吹灰器，定时进行吹灰以减少物理聚结性结灰。4)减少硫酸氢氨结灰的预防措施：加强运行波动大等问题，建议改变主控方式，采用压气流化风系统为单风机供气方式，并配套一台回流供料机，保证压气流化风稳定运行；针对原煤破碎系统调节煤粒比能力差，加大了粗碎环节的煤粒比分布和煤质。通过上述优化，可以在一定程度上保证材料平衡系统的稳定，为降低床压力做好准备，同时优化节能功能。参考文献1马素霞，郭俊，武卫红.分离器性能对循环流化床锅炉启动过程中床料动态平衡的影响J.动力工程管理，提高员工技能及意识，控制并减少氨逃逸量。另空预器整体下移预留催化剂安装空间，根据技改后的使用情况再进行决策。4技改前后的对比1)技改前，在锅炉额定工况下，初始上、中、下三级空预器整体烟气阻力为40 0 Pa左右，排烟温度1 3 4，运行至下个检修保养周期前（一个检修保养周期约5 6 个月），相同工况下整体烟气阻力会上升至1 3 0 0 Pa1500Pa，排烟温度至1 40，风机电耗增加十几个点。因为管内堵灰极难清除干净，清除后初始运行的空预器整体阻力越来越高，导致运行周期越来越短，直至需更换整个空预器，使空预器的使用寿命大幅缩短。2)技改后，在锅炉额定工况下，初始上、中、下三级空预器的整体烟气阻力为40 0 Pa左右，排烟温度1 3 5，运行至下个检修保养周期前（一般为5 6 个月），相同工况下，整体烟气阻力为450Pa，排烟温度1 3 5，风机电耗稍有增加。5结束语停炉进人内部检查，上、中、下级空预器基本无结灰现象，局部蒸汽吹灰器吹扫不到的角落有少量结灰，但不是硬结灰，用压缩空气可以吹扫掉，技改效果超过预期目标，基本解决了空预器堵灰问题，降低烟气流动阻力，减少风机电耗，保证了锅炉的额定出力。在确保锅炉运行安全性的同时，也提高了电厂的经济效益。学报,2 0 1 4,3 4(0 6):41 7-42 0.2宗涛，胡丹梅，李佳.基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟J.上海电力学院学报，2 0 1 1，2 7(03):242 246.3张国权.气溶胶力学一除尘净化理论基础M.北京：中国环境科学出版社，1 9 8 7.4杨志伟，王哲，李政，等.裤腿循环流化床“翻床”过程影响因素的研究 J.动力工程学报，2 0 1 0,3 0(12):904-908.5蒋茂庆，高洪培，邝伟，等.3 0 0 MW循环流化床锅炉床料翻床原因分析及运行对策J.热力发电，2007,36(06):127-129.