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床料粒度對循環流化床鍋爐啟動的影響論文
1、概述
中國華電集團公司石家莊熱電廠投產的4臺410t/h循環流化床鍋爐，是國內目前最大的大型循環流化床鍋爐群。它采用床下風道點火器點火方式，床上油槍起助燃的作用。鍋爐冷態啟動時，在流化床內加裝啟動物料，首先啟動風道點火器，在點火風道中將燃燒空氣逐漸加熱，在通過水冷式布風板送入流化床，啟動物料被加熱，床溫升至550℃之后投入床上油槍。在床溫升到580℃～600℃并維持穩定后，將破碎成0～8mm的煤粒分別由6套給煤裝置從前墻水冷壁送入爐膛下部的密相區內燃燒，逐漸提高床溫至正常運行水平。
2、問題提出及分析
在運行1年多的時間中，4臺410t/h循環流化床鍋爐經歷了多次啟動點火。絕大多數啟動中，沿用了停爐后滯留在爐內的舊床料；也有的因停爐原因不同，被迫在停爐過程中排空床料，啟動前又加入了篩選后的新床料。由于這兩種啟動床料粒度不同，在啟動過程中鍋爐所表現出的現象也不盡相同：
2．1 當采用停爐后滯留在爐內的舊床料進行點火時，在啟動初期，床內采用微流化狀態時，床層壓力與床層差壓基本相同；隨著流化風量的不斷增加，床內達到充分流化狀態時，床層壓力基本保持并略有下降，而床層差壓會有很大的變化，下降十分明顯。當向爐內加入新床料進行點火時，在啟動初期，床內采用微流化狀態時，床層壓力與床層差壓基本相同，這一點與采用舊床料的現象相同；但隨著流化風量的增加，床內達到充分流化狀態時，床層壓力與床層差壓仍沒有太大變化，2個參數在數值上依然十分接近，如下表所示：
床內工況床料流化風量（Nm3/h）風室風壓（KPa）床層壓力（KPa）床層差壓（KPa）微流化舊1300008.07.06.4新1300008.06.96.4充分流化舊1700009.06.53.5新1700009.06.56.0
2．2 采用舊床料進行點火的情況下，依靠床下風道點火器床溫上升到550℃左右時，床溫上升速度就會變得很慢，為了達到580℃的最低投煤溫度有時需要1小時左右，但煙氣溫度相對水平比較高，這時為了提高床溫一般要加大床下風道點火器出力并適當減少流化風量，不過點火風道壁溫也會相應上升，接近耐火材料承受溫度；采用新床料點火時，依靠床下風道點火器床溫一般比較容易就提高到620℃左右，點火風道壁溫在較大的流化風量下也容易控制。但到并爐后升負荷階段時就會發現，采用舊床料容易迅速升負荷，而且床溫容易控制；而采用新床料時，鍋爐負荷上升較慢，床溫偏高，為了抑平床溫需要更大的流化風量。
2．3 在投煤穩燃后試運冷渣器時會發現，采用舊床料點火的情況下投運1臺冷渣器2小時左右，床層壓力下降約1 KPa；采用新床料點火的情況下投運1臺冷渣器40分鐘左右，床層壓力就能下降約1 KPa。
2．4 采用舊床料點火的前期和中期，J閥回料裝置的壁溫和內部灰溫會隨著爐膛床溫的上升而緩慢上升；在鍋爐并爐升負荷后J閥回料裝置經過幾次吹掃，其壁溫和內部灰溫會很快達到正常水平，料位也能逐步建立。采用新床料點火時，會發現在點火過程的前期和中期，J閥回料裝置的壁溫和內部灰溫基本保持不變，即使多次吹掃也沒有效果，只有在鍋爐并爐升負荷后一段時間，仍經過多次吹掃，其壁溫和內部灰溫才會上升，但上升速度很快，能迅速達到正常水平，此時料位也迅速建立。
針對這些不同之處，我們進行了分析討論。通過每次鍋爐啟動前對床料的檢查，我們發現停爐后滯留在爐內的舊床料的粒度一般偏細，即細顆粒的比重較大，這主要是由于鍋爐的運行原理造成的。在鍋爐長時間的運行當中，物料顆粒經過爐內的多次循環，不斷進行摩擦碰撞，細顆粒的比重會逐漸增加。這些細顆粒是參與爐內循環和熱量傳遞的主體，它們在正常情況下都懸浮于爐膛密相區的上部和稀相區，因此從冷渣器排出的細顆粒比重較小，當鍋爐停運后這些細顆粒才會全部沉積到流化床內。而新床料一般采用冷渣器排出的灰渣，因此新床料的粒度一般偏粗，即粗顆粒的比重較大。
從采用粗、細兩種床料點火鍋爐所表現出的不同現象可以看出，當床料粒度偏粗時，隨著流化風量的增加，只有占床料比重較少的細顆粒離開床層，進入爐膛上部稀相區，而大部分粗顆粒仍然在床層內流化，從參數上表現就是床層壓力和床層差壓始終十分接近。因為密相區的物料比重增大，加之粗顆粒的蓄熱能力大于細顆粒的蓄熱能力，使得密相區所占的熱量份額偏大，參數上表現就是床溫容易提升，局部床溫偏高。由于冷渣器采用選擇式排灰冷渣器，細顆粒仍會部分返回爐膛，因此當投運冷渣器時，大量粗顆粒床料排出爐膛，顯示床壓下降速度較快。由于懸浮在稀相區參與爐內循環的細顆粒比重偏小，從參數上就會顯示出J閥回料裝置中料位偏低，建立正常料位所需的時間比較長，J閥回料裝置的壁溫和內部灰溫長期增長緩慢，但到了點火后期的某一時間隨著細顆粒床料的逐步增加達到一定程度，J閥回料裝置的壁溫和內部灰溫會突然上升直至正常水平。另外，細顆粒比重偏小，從密相區帶走的熱量就少，稀相區顆粒對流換熱量下降，水冷壁換熱出現不足，就會導致鍋爐負荷上升緩慢，尾部煙道中過熱器壁溫偏高。而采用細顆粒偏多的舊床料進行點火時，就會呈現出與粗顆粒偏多的新床料相反的現象。采用舊床料點火，在并爐帶負荷階段足夠的細顆粒參與到爐內大循環中，稀相區的水冷壁得到充分換熱，鍋爐負荷可以正常上升；另外，J閥回料裝置內的料位逐步積累，按時建立正常料位，使爐內物料循環體系得以較快的進入穩定狀態，并促使燃燒系統也進入穩定工況。我們曾經發生的一次異常也從側面反映出爐膛內細顆粒物料的循環量對鍋爐負荷的重要性。事前鍋爐正常運行負荷401t/h，在J閥回料裝置的流化風壓力突然由50KPa降至5.2KPa后僅2分鐘，由于循環物料量急劇減少，在給煤量沒發生變化的情況下，鍋爐負荷就降到了320t/h，同時爐膛床壓由7KPa降至1.59KPa，這說明正常足夠的細顆粒物料循環量對鍋爐穩定運行的重要性。
3、改進措施及建議
通過以上分析，我們認為在循環流化床鍋爐啟動的初始階段，選用粒度偏粗的床料是有好處的。一方面，在保證爐膛床溫穩定升高的條件下，可以減少啟動耗油量，降低鍋爐啟動成本；另一方面，可以保證充足的流化風量，控制點火風道壁溫，保護耐火材料溫度在規定范圍內，以延長使用壽命。當鍋爐啟動進入投煤階段后，在床溫比較穩定的時候就可以向爐內添加細顆粒床料，同時投運冷渣器。這樣一方面，在床壓允許的范圍內排出一部分粗顆粒床料，以利于后期控制爐膛床溫不致過高；另一方面，逐步增加爐內細顆粒的比重，有利于鍋爐盡快帶負荷。但是，值得注意的一點是，啟動初期的床料不易過粗，就現在的情況來看冷渣器的排渣顆粒就過粗，應該適當進行篩選后再用于鍋爐的啟動當中。這是因為，如果床料過粗，細顆粒的比重很少，那么爐內的循環物料量就會很少，導致J閥回料裝置的溫度不能穩步上升，在點火后期其內部溫度的突然上升又非常迅速，無法得到有效的控制，使J閥回料裝置內部產生很大的熱應力，導致耐火材料的開裂、脫落以及裝置外部鋼材焊縫的開裂，長期如此運行，就會出現J閥回料裝置漏灰，局部燒紅等缺陷。
在2004年5月17日的一次點火過程中，我們就嘗試了以上這種鍋爐啟動思路，啟動過程中的參數變化基本驗證了我們的分析結果，在整個啟動過程中共耗油21噸，比規定燃油量28噸減少了7噸，節約人民幣約2.3萬元。在投煤穩燃后，通過添加細床料和投運冷渣器排出部分粗床料，優化了爐內床料粒度分布，順利的帶上了負荷。不過，對J閥回料裝置的溫升速度仍然沒有控制到比較理想的水平，這還有待于今后進一步的摸索。
4、結束語
通過床料粒度對循環流化床鍋爐啟動的影響分析，使我們加深了對循環流化床鍋爐的特性理解，認識到了不同粒度的床料對鍋爐的影響，意識到了優化床料對于循環流化床鍋爐運行的重要性，這種思路為我們解決其他問題提供了有益的幫助。
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