循环流化床锅炉炉膛吹扫优化

贾梦宇

(淮南矿业集团新庄孜电厂, 安徽淮南 232001)

循环流化床锅炉炉膛吹扫优化

贾梦宇

(淮南矿业集团新庄孜电厂, 安徽淮南 232001)

循环流化床锅炉是目前较为清洁的煤电技术,在国内发展仅仅20年的历史,发展前景广阔,其热工保护技术也是近些年逐渐完善起来的,其中炉膛吹扫在启炉阶段起着清除炉膛内部危险可燃物的作用,针对此现象在实际应用中提出了优化炉膛吹扫的方案。

循环流化床锅炉; 炉膛吹扫; 优化

循环流化床锅炉是新型的清洁环保锅炉,具有燃料适用范围广、脱硫效率高、NOX排放量小、燃烧效率高、蓄热能力强、负荷调节比大及灰渣可利用等优点。尤为突出的是循环流化床锅炉可以适用各种劣质煤炭,并且可以有效除去燃烧中煤炭所释放出的各种有毒气体,是真正意义上的环保锅炉。

一 循环流化床锅炉简介

(一) 循环流化床锅炉的燃烧方式

循环流化床锅炉主要由三部分构成:燃烧室、分离器、尾部烟道。如图1所示。

图1 循环流化床锅炉结构

燃料在燃烧室内采用流态化的燃烧方式,这是一种界于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定式燃烧之间的燃烧方式,即通常所讲的半悬浮燃烧方式。在循环流化床锅炉炉内存在着大量的床料(燃料),这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态,并实现炉膛内的内循环和炉膛外的外循环,使得充分燃烧后的较轻物料从分离器上部进入尾部烟道释放热量,又使得未充分燃烧的较重物料从分离器的下部进入燃烧室继续流化燃烧,无法燃烧的重物料(炉渣)从燃烧室底部被排出至冷渣设备。

在燃烧室内加入石灰石可以起到脱硫和脱硝的作用,一般循环流化床锅炉燃烧室处在850℃-900℃的工作温度下,在此温度段石灰石可充分发生焙烧反应,使碳酸钙分解为氧化钙,氧化钙与煤燃烧产生的二氧化硫进行反应,生成硫酸钙,以固体形式排出达到脱硫的目的。因此循环流化床锅炉可实现炉内高效廉价脱硫,脱硫率在90%以上。

(二) 循环流化床锅炉的安全监控系统

循环流化床锅炉燃烧蓄热能力强,燃料燃烧彻底,但是放热有一定迟滞,这使得运行对床温的控制提高了难度。为了保证锅炉在启停、变负荷过程中,稳定燃烧,不发生燃料爆燃或结焦的情况,引入了炉膛安全监控系统(Furnace Safeguard Supervisory System,简称FSSS)。

FSSS主要功能大致可分为:炉膛吹扫;燃油跳闸(Oil Fule Trip简称OFT);主燃料跳闸(Main FuleTrip简称MFT)。

炉膛吹扫是为了保证锅炉炉膛和烟道内不会积聚任何可燃物进行全炉膛的连续吹扫。在燃料燃烧发生之前(无论是冷启动后的燃料燃烧还是锅炉跳闸之后的燃料燃烧),必须要完成锅炉吹扫。只有在停炉条件满足并得以维持的情况下,方可得到吹扫指令并启动一个5 min的锅炉吹扫程序。

燃油跳闸(OFT)是在锅炉燃油系统工作中过程,如果出现火焰熄灭、MFT动作、进回油阀关闭、燃油母管压力低等无法保证燃油系统正常工作的情况,OFT系统将动作,切断燃油供给。

主燃料跳闸(MFT)是在锅炉出现危险工况时,如引风机全跳、床温异常、风量过低、炉膛压力异常等严重威胁锅炉安全运行的异常工况,就立即切断锅炉燃料供给,并紧急停炉的自动保护手段。

二 循环流化床锅炉现行吹扫方案

(一) 循环流化床锅炉吹扫存在的问题

由于循环流化床锅炉的蓄热能力强,在发生后MFT之后几小时仍然可以向汽机提供维持低负荷的蒸汽,所以MFT仅在汽包水位过高时才遮断汽机。这样可以减少事故的扩大,在仅有锅炉跳闸时而不解列继续发电,为锅炉排除故障重新恢复正常运行争取了宝贵的时间,降低了跳闸的经济损失。但是每次出现主燃料跳闸后都必须完成吹扫,这样燃烧室内积聚的大量热量就会被带走,这样也就使锅炉的蓄热大打折扣,锅炉的供汽时间相对减少,增加了机组与电网解列的危险性。这样一来,在发生锅炉主燃料跳闸后是用稳妥的方式进行全炉膛的吹扫后再进行点火,还是冒险不进行吹扫直接点火启动锅炉。前者可以确保安全,但很不经济,重新使锅炉升温浪费大量的燃料;后者虽然可以在较短时间内就恢复锅炉的运转,但是一旦存有燃料堆积,就会有炉膛爆炸的危险。

所以现在的循环流化床锅炉炉膛吹扫方案是值得商榷的,没有真正意义上针对循环流化床锅炉的特点而设计的既可以清扫掉危险可燃物又能尽可能少损失床温吹扫的方案,要想得到满意的吹扫方案就必须从可燃物在炉膛内爆炸的原因来着手分析。

(二) 可燃物在炉膛内燃烧成因分析

炉膛的燃料爆燃、爆炸是威胁锅炉安全的一种常见事故,严重的会造成锅炉水冷壁变形,风道破损。爆燃的主要原因就是炉膛内积蓄了可燃物质,并且可燃物的密度在爆炸极限内。而炉膛吹扫主要目的是在锅炉点火前或灭火后清除掉遗留在炉膛内部的可燃物,防止其发生爆燃。炉膛吹扫方案是来源于煤粉炉,由于煤粉炉的物料细小,容易引起发生煤粉爆燃、爆炸。但是循环流化床的物料相对粒度相对较大,平均粒度约在300μm以上。同时,循环流化床锅炉在燃烧前后炉膛内始终是有物料存在的。流化床锅炉点火前在燃烧室内就必须铺满床料,用来附着热量。随着油枪助燃的进行,在一次风和流化风的风力作用下,床料处在类似于沸腾的状态,并且温度逐渐升高。当温度高于煤的燃点后,进行投煤,并撤除助燃油枪。最终燃烧室温度也就是床温达到850℃左右的额定值,锅炉即进入正常运行状态。所以不管任何时候,燃烧室内的物料总是存在的,而现在的吹扫方式也无需清除燃烧室内的可燃物料,实际上是混合了床料与燃料,在高温床时就可以燃烧掉剩余的燃料,从而确保了下次点火时的安全。另外,循环流化床的燃烧主要是维持锅炉床温,如果锅炉跳闸后进行炉膛吹扫,本来保存的床温就会被白白带走,从而也发挥不出循环流化床锅炉蓄热能力强的特点了,所以很多厂在锅炉跳闸后不进行炉膛吹扫就直接投油枪进行简单助燃,然后重新启动。这样做虽然减少了炉膛热量的散失,减少了下次点火的用煤,但不能保证炉膛内部不积蓄燃料,有一定的危险性。

三 循环流化床锅炉炉膛吹扫的优化

首先,对于循环流化床锅炉的吹扫其目的是要清除掉分离器与尾部烟道中的可燃物而非燃烧室的。如果可燃物在分离器或尾部烟道发生爆燃爆炸,就会造成炉膛压力突然升高,触动炉膛压力保护停炉,甚至会破坏炉壁和水冷壁。所以就需要在吹扫时加强分离器与尾部烟道的吹扫,清除掉危险可燃物。DCS控制系统就要进行编程,吹扫时将流化风、引风全开至正常值。这样可以形成相当于仅针对于尾部烟道与分离器的吹扫效果,可以将分离器和尾部烟道的易爆小颗粒煤粉排出锅炉,并且这两台风机的吹扫对燃烧室的热量散失很小。图2是在仅开引风机时的床温曲线图。

从实际曲线中看出,引风机的开启对床温几乎没有任何影响。同时在燃烧室的吹扫就要适当减小风力,以保证炉膛压力,只开一台一次风机和一台二次风机,这样既可以吹扫掉分离器和尾部烟道中遗留燃料,又保证了燃烧室尽量少散失温度,为下次点火启动赢得了时间。

图2 开启引风机吹扫对床温影响

然后,吹扫还要区分是低床温吹扫还是高床温吹扫。低床温是指进行吹扫时,床温过低,低于投煤所需要的最低温度450℃。高床温吹扫是指进行吹扫时,温度高于投煤温度450℃而低于正常燃烧床温650℃的范围。低床温时,煤进入炉膛后不能燃烧,容易聚集形成危险点。虽然在停炉时,MFT动作会切断所有燃料供给,但在切断动作执行的几秒内仍会有少量燃料进入炉膛,又加之锅炉床温在较低的水平,就无法燃烧掉这部分的燃料。所以在低床温时就要采取全炉膛吹扫的方式,主要用于清除全炉膛的可燃物。而炉膛床温在450℃～650℃时,炉膛的热量较高,炉膛内没有完全灭火,只是处于压火状态。此时大量的热量仍被保持着,可以通过简单助燃快速使锅炉复燃,并且燃烧掉燃烧室内遗留的部分可燃物。如果这时进行吹扫,就会是刚吹扫时床温有小幅度上升,然后床温就急剧下降。图3是在较高温度时进行了吹扫,开始温度有小幅度上升,随后持续下降,吹扫进行完后导致床温下降了200℃多。这样以来,下次点火又需要重新加热床料,白白浪费了燃料。

图3 开启一次风机吹扫对床温的影响

这说明开始有部分燃料被燃烧,温度有所上升,然后随着蓄积的热量又被强烈的吹扫风带走了,床温就会从高温段掉至低温段,汽机的负荷也难以维持。所以在较高温度时,应采用半吹扫的方式,即只投用一台一次风机、一台二次风机、一台流化风机、两台引风机,吹扫时间为2～3 min。

如果吹扫的起初床温就在450℃以下就需要用低温全吹扫。这是指循环流化床锅炉床温在较低水平时,必须吹扫掉全炉膛内的遗留燃料。一般低于450℃燃料煤很难燃烧。煤炭的固化点在420℃～450℃,温度高于固化点时,煤就很容易燃烧。如果床温很低,其可燃物不可能借助床温燃烧,就有可能堆积或扬起,不进行吹扫,一遇明火就极易发生爆燃情况。所以这时就要使用时间为5 min的炉膛全吹扫步序进行吹扫。

最后,以上提出的吹扫方案的是在通常情况下,实际中也是要考虑其它特殊因素:

所使用的燃料的着火点。减少吹扫时间的依据是床温是否可以在燃料的燃点之上,所以只有在床温高于燃料的着火点才可以减小吹扫时间。

燃料的颗粒度和粘度。如果燃料的颗粒度较大,粘度较粘不易吹走,所进行的吹扫时间和强度也应当有相应的变化。

给煤机所投入的未燃烧的煤量。吹扫前燃烧室内所投入的燃料量不能过多,否则也必须加强吹扫,维持床料的正常比例。

各风机挡板的开度。风机进行吹扫实际上是看风量的大小,风机的挡板开度也正决定了风量的大小,所以挡板的开度要合适。

燃烧室料层的厚度。燃烧室的料层的厚度关系着锅炉蓄热的能力,料层过薄,蓄热量过少;料层太厚,吹扫效果不好。

燃油吹扫的情况。为保证锅炉安全,也必须要吹扫掉遗留的燃油,不能只考虑煤燃料的吹扫。所以,每套逻辑步序的提出都是根据现场使用后的情况来进行改进和优化。在实际使用中要充分考虑这些因素是否有异常情况存在,只有这样才能得到更加经济可行、更加安全的吹扫方案。

[1] 黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 路春美循环流化床锅炉设备与运行[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3] 王忠渠.大型火电发电机组典型事故处理与案例分析[M].北京:中国电力出版社,2009

[4] 李麟章.热工自动化[M].北京:中国电力出版社, 2006.

[5] 杨建球.大型循环流化床锅炉运行优化及改进[M].北京:中国电力出版社,2010.

TK229.6

B

1671-4733(2010)04-0018-03

DO I:10.3969/j.issn.1671-4733.2010.04.006

2010-09-25

贾梦宇(1980-),男,安徽淮南人,助理工程师,从事生产管理工作,电话:13625546822。