引言

循環(huán)流化床鍋爐對煤種燃料適應性強,正常運行時可以在燃燒過程中添加廉價的石灰石進行脫硫處理,實現(xiàn)高效潔凈燃燒,減少燃燒煤炭帶來的環(huán)境污染。循環(huán)流化床燃燒是指固體燃料在爐膛內(nèi)經(jīng)氣體流化后燃燒的過程,燃燒產(chǎn)生的高溫氣固兩相流在爐膛內(nèi)從下往上運動的過程中,將大量熱量傳遞給爐膛水冷壁,隨著高度的增加和動能的衰減,較大直徑的顆粒不斷從氣固兩相流中分離出來,較小直徑的顆粒和灰在高溫煙氣攜帶下引入旋風分離器,通過分離器加以收集,絕大部分顆粒被分離出來,沿旋風分離器下部立管落入回料器,流態(tài)化的物料沿返料管源源不斷返回爐膛,使得顆粒重返床層中形成穩(wěn)定的密封和灰循環(huán),細灰則隨高溫煙氣進入豎井煙道,由此持續(xù)控制流化狀態(tài),形成循環(huán)流化床。然而,隨著鍋爐不斷運行,床層不斷循環(huán)工作,會磨損鍋爐設施,研究循環(huán)流化床運行時的磨損情況,及時更換鍋爐元件,可以降低運行成本,保障鍋爐正常安全工作。磨損與固體物料濃度、運行速度、顆粒特性和流道的幾何形狀等密切相關。在循環(huán)流化床鍋爐中,固體物料濃度為煤粉爐的幾十倍到上百倍,受熱面和耐火材料受到大量固體物料的沖刷,應特別重視受熱面和耐火材料的防磨損研究。

1循環(huán)流化床鍋爐運行調(diào)整及磨損處理

1.1調(diào)整鍋爐運行狀態(tài)

循環(huán)流化床鍋爐的運行特征主要包括床壓、床溫、風量特征以及汽溫特性。床壓不僅取決于爐膛內(nèi)物料量,還取決于鍋爐負荷大小。整個爐膛段含有很多反映床壓的參數(shù),包括鍋爐全差壓、鍋爐下部床壓、上部壓差。鍋爐床壓監(jiān)測反映了布風板阻力及爐內(nèi)總床料量及流化的變化情況,運行中需平衡兩側(cè)床壓,控制兩側(cè)差值在規(guī)定范圍內(nèi)。在鍋爐正常運行時,整個爐膛可以看作為一個盛滿液體的容器,容器內(nèi)處于平衡的狀態(tài),如圖1所示。

下部床壓反映整個鍋爐的柱重,顯示出鍋爐內(nèi)存在的床料量,由此推測爐膛內(nèi)的燃燒工況。上部壓差可以反映鍋爐多種運行工況,當上部壓差增大時,鍋爐內(nèi)的物料循環(huán)量增大,處理過程中可以適當調(diào)整回料器中的流化速度,或是控制送入爐膛內(nèi)的一、二次風量進行調(diào)節(jié)。

從燃燒和傳熱角度考慮,通過控制床溫以提高燃燒效率和鍋爐工作效率。在流化床密相區(qū)內(nèi),燃燒顆粒的表面溫度要比床溫高100～200℃,鍋爐運行時,出于安全運行考慮,床溫應根據(jù)鍋爐的N0Ⅹ排放量進行調(diào)節(jié),控制氮氧化物與床溫的雙向關系,床溫高時,氮氧化物增加,床溫較低時,氮氧化物也會增加。所以鍋爐床溫下限控制在850～925℃,控制床溫上限溫度在890～950℃,使床溫既能滿足二氧化硫排放要求,又能抑制氮氧化物的生成。

鍋爐在運行過程中,風量特征關乎燃燒與流化狀態(tài),在保證鍋爐正常運行狀態(tài)下,燃料在密相區(qū)得到一次風提供的氧氣,調(diào)整了左右側(cè)的爐膛壓差。此時使用壓差測量值計算得到偏差值,修訂左右兩側(cè)的風量定值,平衡偏差得到風量應控制在規(guī)定范圍內(nèi)。二次風分層分段進入爐膛中,可以補償一次風對燃料的供氧不足,調(diào)整二次風量和爐內(nèi)氧氣含量,得到最優(yōu)控制值。

煤量是影響汽溫的直接原因,根據(jù)能量守恒原則,一定數(shù)量的煤可以釋放出一定的熱量,調(diào)整汽溫的根本目的就是保證煤量與負荷相匹配。整合床壓、床溫、燃料量以及一二次風量特征,保持鍋爐的正常運行。

1.2控制鍋爐磨損

循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)過長時間運行會發(fā)生磨損,調(diào)整鍋爐的運行參數(shù)、循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)的各種燃燒物質(zhì),都會對整個鍋爐運行系統(tǒng)造成磨損影響。在實際控制中,計算金屬壁面與燃燒顆粒的關系可得到磨損速率:

式中,δ為磨損速率:K為篩余系數(shù):Up為顆粒速度:D為顆粒直徑。

在控制鍋爐磨損時,需控制上述參數(shù),以達到降低磨損速率的目的。一次風量影響煙氣風流,對磨損率影響最大。所以在控制磨損速率時,每次鍋爐啟動前進行流化質(zhì)量與最小流化風量試驗,得到相關系數(shù),低負荷時注意進行風量擾動,以此制定300Mw循環(huán)流化床鍋爐一次風量的調(diào)節(jié)規(guī)范。

除了對一次風量進行調(diào)整外,還需對二次風量進行調(diào)節(jié),以便為分級燃燒及抑制N0X的產(chǎn)生提供空氣,因此將二次風分為上下兩層,上層風量用于補充氧氣,增強二次風穿透力,下層風用于控制物料循環(huán),通過多次調(diào)配風量試驗,得到如表1所示配風對照表。

除此之外,降低爐膛壓差,控制床料粒度,燃煤的選擇,啟動床料控制,改變?nèi)剂夏p特性等,都可以減輕鍋爐磨損。

2磨損測試

2.1實驗準備

準備相同篩余量的床料,控制床料粒度分布如表2所示。

控制不同床料的大小孔徑,將本文提出的控制磨損方法與傳統(tǒng)控制磨損方法進行對比,分析兩種方法的磨損率。

2.2實驗結(jié)果

使用表2準備的篩余量相同的鍋爐燃料,放入兩個相同的300Mw循環(huán)流化床鍋爐中,在維持鍋爐正常運行的情況下,得到兩種控制磨損方法對應鍋爐的磨損率,結(jié)果如表3所示。

由表3可知,在使用篩余量相同及燃燒顆粒粒徑大小相同的運行工況下,隨著孔徑不斷減小,傳統(tǒng)控制鍋爐運行方式的磨損率數(shù)值要遠大于本文提出的控制方法,表明本文提出的控制方法更適合降低循環(huán)流化床鍋爐的磨損率。

3結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐的大范圍使用,人們對循環(huán)流化床鍋爐提出了更高的要求,在提高其運行效率,保障其可靠運行的同時,隨著降低鍋爐燃燒時造成的磨損是該領域的重點研究內(nèi)容,對此本文提出的鍋爐運行調(diào)整和磨損處理方法,可提高循環(huán)流化床鍋爐運行效率,同時有效減少鍋爐運行產(chǎn)生的磨損,具有重大的研究意義。