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循环流化床锅炉运行缺陷分析与正确安装

2007-12-04   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0

  循环流化床锅炉效率高、污染低、煤种适应性好。它几乎可燃用各种品质燃料,如泥煤、烟煤(包括高硫煤)、无烟煤、矸石、焦炭、工业废料、城市垃圾等。床内直接添加石灰石等脱硫剂,投资小、脱硫效率高(当Ca/S=1.5~2.0时,脱硫效率可达85%~90%)。这种炉型是目前环保节能型电厂的发展方向。国际上循环流化床锅炉已进入大型化、商品化生产阶段,国内越来越多的厂家也投入了循环流化床锅炉的研制和生产,安装循环流化床锅炉的坑口电站遍及全国各地。循环流化床燃烧技术是一种新技术,锅炉结构特殊,燃烧方式与煤粉炉有本质的区别,国内在安装技术方面与煤粉炉相比还有一定差距。本文只对几个突出的问题提出自己的看法,与煤粉炉类似的问题不再涉及。
  
  1 磨损问题
  
  循环流化床锅炉燃用粒径在13mm以下的煤粒,流化风速很大(通常为5~10m/s)。磨损问题是该锅炉最大的问题。
  
  1.1燃烧带的磨损
  
  炉膛布风板周围为四侧水冷壁,在布风板上部3.5m高度范围内水冷壁的内外侧全部焊接销钉,整体浇注“耐高温耐磨浇注料”,外侧安装金属护板。向火面的浇注料层厚度通常为20mm。这个区域称为“燃烧带”。
  
  燃烧带包围的空间称为“燃烧井”,燃烧井是循环流化床锅炉燃烧的中心,进行煤粒流化、燃烧、燃尽全过程。燃烧带的磨损全部由耐高温耐磨浇注料来承担,浇注料的材质和施工质量是减小磨损的重点。
  
  首先是选材问题,国内生产耐高温耐磨浇注料的厂家很多,材料的种类也很多,浇注料在不同温度下的耐磨度相差很大。有的材料在1400~1600℃范围内耐磨度最高,但在800~1000℃温度区耐磨度很低,故材料的选用很关键。循环流化床锅炉的燃烧温度为800~1000℃,因此要选用在这个温度区耐磨度最大的材料。
  
  施工质量也是一个重要问题,在施工中需注意以下几点:
  
  (1)水灰比必须控制好,一般浇注料加水7%~8%,要严格按材料使用说明书施工。加水量增加1%,浇注料强度降低20%左右(未加考证)。施工用水必须洁净,酸碱度要符合要求。
  
  (2)搅拌要均匀,使用强制性搅拌机,搅拌至糊状。搅拌好的浇注料不可存放时间过长。
  
  (3)使用小直径振捣棒或片式振捣棒,将浇注料振捣实。
  
  (4)烘炉温升曲线严格按材料供应厂家提供的资料进行
  
  1.2水平烟道的磨损
  
  水平烟道是烟气从炉膛进入旋风分离器的通道,结构一般为底面和两侧墙砌耐高温耐磨砖,顶部为耐高温耐磨浇注料。水平烟道入口四周的水冷壁,其向火面焊接销钉,敷设耐高温耐磨浇注料。高速烟气携带十几倍于进煤量的未燃尽的煤粒和飞灰,旋转90°进入水平烟道,在入口处对水冷壁形成冲击,因此在入口处水冷壁向火面必须敷设400mm宽的浇注料。水平烟道通流面积小,烟气从炉膛进入水平烟道后流速增大。同时水平烟道截面为渐缩喷嘴状,烟气流速在水平烟道内逐渐增大,在旋风分离器进口风速达到12~18m/s,对四壁的磨损很大,也有可能引起四壁振动。
  
  此处耐高温耐磨浇注料的选材和施工要求与燃烧带相同。
  
  耐高温耐磨砖和砌砖用耐火泥也存在选材问题,必须选用800~1000℃温度区耐磨度最大的材料。选材的失误会造成永久的后患,严重影响电厂的安全经济运行。
  
  水平烟道侧墙不可砌筑成单墙,增加牵连砖也不能解决根本问题,长时间冲刷、振动会造成墙体倒塌。侧墙与护板之间要用耐热钢筋连接,在高度方向每500mm至少连接一道。无护板的墙体要将相邻两墙连成整体,同样在高度方向每500mm至少连接一道。
  
  1.3旋风分离器和料腿的磨损
  
  旋风分离器的作用是利用离心力分离烟气中的灰粒,分离后烟气进入后竖井;灰粒下降至料腿,通过返料器进入燃烧井再次燃烧。旋风分离器上部圆顶和下部锥体为耐高温耐磨浇注料,中部直筒砌筑耐高温耐磨砖,旋风分离器外部安装护板。料腿为一圆筒状,内部打浇注料,中部为料腿水冷套,外部安装护板。烟气夹带灰粒进入旋风分离器形成高速旋转气流,形成对分离器内壁的磨损,特别是水平烟道对面的部分筒壁,气流直冲,是磨损最严重的部位。
  
  旋风分离器在安装过程中需注意几点:
  
  (1)分离器外部护板要保持同心度,托砖架、拉钩安装牢固且保证尺寸。
  
  (2)耐高温耐磨砖和耐高温耐磨浇注料除保证内在质量外,安装尺寸也要保证。筒体、锥体和顶部任一截面都要保证同心度,表面整齐光滑,避免发生局部严重磨损。与料腿的连接部位要平滑过度,避免发生喉部结焦,引起旋风分离器堵塞。
  
  (3)膨胀缝整齐、尺寸正确、填料合适。膨胀缝太小,机组运行中因膨胀不畅,造成炉墙或浇注料脱落;膨胀缝太大,会从膨胀缝引起局部磨损。
  
  料腿内部敷浇注料,其选材和施工质量要求与其它部位相同。这里需特别指出的是,料腿内部空间很小,是保证施工质量的难点。往往因为质量问题导致料腿磨损,从膨胀缝破坏开始,直至露出承压部件。因此对料腿部位浇注料的施工质量需特别注意。
  
  1.4受热面的磨损
  
  旋风分离器后部安装有过热器、省煤器等,管排与护板之间砌炉墙或浇筑耐火混凝土,管排与炉墙之间的间隙要严格控制。间隙过小影响受热面的正常膨胀,间隙过大会形成“烟气走廊”。“烟气走廊”内烟气流速比平均流速大3~4倍,磨损量与飞灰浓度成正比,与烟气流速的3.5次方成正比,如下式:
  
  T=Kμω3.5·τ
  
  式中T——磨损量,g/m2
  
  μ——飞灰浓度,g/m3
  
  ω——烟气流速,m/s;
  
  τ——时间,h;
  
  K——磨损系数,K=Cη;
  
  其中C——飞灰磨损系数,与飞灰性质和管束结构有关;
  
  η——飞灰撞击机会率,与灰粒所受惯性力和气流阻力有关。
  
  在“烟气走廊”,磨损量比正常磨损量增大几十倍。省煤器区域管排密布,烟气流速较高,因此,消除“烟气走廊”是减小省煤器管排磨损的十分关键的环节。在管排施工期间,控制管排与立柱之间的间距,管排与护板之间的距离;在炉墙砌筑期间,控制托砖架、拉钩与管排之间的距离,最后控制炉墙与管排之间的距离。如果还有误差,可以把炉墙一层砖向内伸出一定距离,或加装防磨板,使各处烟气流通面积一致。
  
  2 返料器
  
  返料器是循环流化床主要的组成部分之一。烟气携带的灰粒和正在燃烧的煤粒,通过炉膛进入分离器,在分离器内大部分固体颗粒被分离下来,经返料器又回到炉内,而烟气则通过分离器上部进入尾部受热面。一般循环流化床锅炉的循环倍率为5~20,十几倍于给煤量的返料灰需经过返料器返回燃烧室再次燃烧,同时循环倍率的大小也靠返料器来调节。因此返料器是关系到锅炉燃烧、过热汽温和负荷的重要部件。
  
  返料器的安装要点:
  
  (1)保证返料器与料腿的相对尺寸。
  
  (2)返料器各个风帽小孔的孔径不同,相互只差0.5mm。一般情况下孔径大的风帽安装在返料侧,孔径小的风帽安装在料腿侧。风帽小孔必须全部畅通,最下一层孔与返料器下平面保持10mm的距离。不分清风帽类型安装的返料器,返料不畅。
  
  (3)返料器内部几何尺寸要严格控制,上部舌板的高度和前后距离、下部返料板的高度和角度、上下两板的重合高度等都是关键尺寸,上下两板的重合高度一般为40~50mm。这几个关键尺寸有一个存在误差,便会导致返料不畅或不返料。
  
  (4)返料器砌筑材料为耐高温耐磨砖,材料选用为800~1000℃温度区耐磨度最高的材料。材料不合格,返料器不能承受持续高温而发生故障,只能停炉处理。
  
  3 漏风问题
  
  漏风问题对循环流化床锅炉影响很大。既给锅炉调节带来困难,又降低电厂的热效率,同时也污染环境。
  
  3.1流化床风室漏风
  
  风室漏风使其不能形成等压风室,布风不均匀,流化床存在局部死区。死区内燃料着火缓慢,一旦燃烧后热量又难以及时带走,形成局部热点,导致结焦。
  
  床下点火的锅炉,其风室易发生漏风部位及处理办法:
  
  (1)点火装置与风室连接处。点火装置在点火时受热膨胀,与风室炉墙以及护板之间留有一定的膨胀间隙,容易发生泄露。安装时点火装置与炉墙之间应将填料安装合适;点火装置与护板之间需加装膨胀吸收装置,密封焊接。
  
  (2)风室人孔门。风室在点火时内部温度很高,密封填料容易烧坏,人孔门在高温下会产生变形,这两种情况下都会发生漏风。因此,要安装耐高温的密封填料,人孔门增加刚度;点火时,适当缩短点火时间,控制点火温度。
  
  3.2旋风分离器漏风
  
  旋风分离器内气流高速旋转,使飞灰及物料从烟气中分离出来。分离器漏风破坏了分离器内空气动力场,使分离器效率降低,旋风分离器出口飞灰浓度增大,尾部竖井磨损增大。消除分离器漏风的关键在于:
  
  (1)分离器外护板焊缝严密,炉墙砌筑砖缝不透风;
  
  (2)料腿观测窗密封严密。
  
  3.3一次风机出口挡板内漏
  
  锅炉点火前须启动一次风机,观测流化,增加氧量。锅炉点火时关闭一次风机出口挡板,待点火器正常燃烧后开启一次风机挡板。如果挡板不严密,给点火造成困难,只能停一次风机后再点火。风机频繁启动,对风机安全运行不利。锅炉运行中需要不断调节一次风量和风压。因此出口挡板的严密性、准确性至关重要。
  
  (1)风机选型时,要考虑一次风机挡板的严密性和可调性。
  
  (2)风机安装后,调节出口挡板开度范围为0~100%,如果不能调节到零位,加装毡垫或胶垫。
  
  4 风帽
  
  流化床风帽应用较广的有蘑菇型和柱型两种,风帽上均匀开8~12个小孔,小孔直径一般为5~6mm,所有小孔流通面积的总和与布风板面积之比叫做“开孔率”。通常开孔率为2.2%~3.0%左右。通过小孔的风速在30~40m/s之间。风帽制造一般有两种方法:(1)整体式,风帽整体铸造一次成型;(2)加工式,风帽铸造后再行加工、钻孔、热处理。
  
  停炉后检查,床面平整,但是经常会发现有的风帽自小孔处裂缝或脱落。分析其原因有3条:
  
  (1)加工式风帽热处理不彻底,有残余应力存在。
  
  (2)风帽破裂时间一般在停炉压火过程中(如果发生在运行期间,由于布风不匀会导致结焦),说明停炉压火方法不正确。
  
  (3)启动点火时使用点火装置时间过长,风室温度过高,使风帽内部金相组织发生了变化。
  
  因此,在安装过程中尽量采用整体式风帽,风帽下部与耐火层结合部位严密牢固。启动点火时严格控制点火时间和点火温度,停炉压火严格执行规程。