引言

循環(huán)流化床鍋爐對(duì)煤種燃料適應(yīng)性強(qiáng),正常運(yùn)行時(shí)可以在燃燒過(guò)程中添加廉價(jià)的石灰石進(jìn)行脫硫處理,實(shí)現(xiàn)高效潔凈燃燒,減少燃燒煤炭帶來(lái)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(guò)程,燃燒產(chǎn)生的高溫氣固兩相流在爐膛內(nèi)從下往上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,將大量熱量傳遞給爐膛水冷壁,隨著高度的增加和動(dòng)能的衰減,較大直徑的顆粒不斷從氣固兩相流中分離出來(lái),較小直徑的顆粒和灰在高溫?zé)煔鈹y帶下引入旋風(fēng)分離器,通過(guò)分離器加以收集,絕大部分顆粒被分離出來(lái),沿旋風(fēng)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(xì)灰則隨高溫?zé)煔膺M(jìn)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(yùn)行,床層不斷循環(huán)工作,會(huì)磨損鍋爐設(shè)施,研究循環(huán)流化床運(yùn)行時(shí)的磨損情況,及時(shí)更換鍋爐元件,可以降低運(yùn)行成本,保障鍋爐正常安全工作。磨損與固體物料濃度、運(yùn)行速度、顆粒特性和流道的幾何形狀等密切相關(guān)。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(yīng)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(yùn)行調(diào)整及磨損處理

1.1調(diào)整鍋爐運(yùn)行狀態(tài)

循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行特征主要包括床壓、床溫、風(fēng)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(fù)荷大小。整個(gè)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(cè)反映了布風(fēng)板阻力及爐內(nèi)總床料量及流化的變化情況,運(yùn)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(yùn)行時(shí),整個(gè)爐膛可以看作為一個(gè)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(gè)鍋爐的柱重,顯示出鍋爐內(nèi)存在的床料量,由此推測(cè)爐膛內(nèi)的燃燒工況。上部壓差可以反映鍋爐多種運(yùn)行工況,當(dāng)上部壓差增大時(shí),鍋爐內(nèi)的物料循環(huán)量增大,處理過(guò)程中可以適當(dāng)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(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

從燃燒和傳熱角度考慮,通過(guò)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(yùn)行時(shí),出于安全運(yùn)行考慮,床溫應(yīng)根據(jù)鍋爐的N0Ⅹ排放量進(jìn)行調(diào)節(jié),控制氮氧化物與床溫的雙向關(guān)系,床溫高時(shí),氮氧化物增加,床溫較低時(shí),氮氧化物也會(huì)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(yùn)行過(guò)程中,風(fēng)量特征關(guān)乎燃燒與流化狀態(tài),在保證鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下,燃料在密相區(qū)得到一次風(fēng)提供的氧氣,調(diào)整了左右側(cè)的爐膛壓差。此時(shí)使用壓差測(cè)量值計(jì)算得到偏差值,修訂左右兩側(cè)的風(fēng)量定值,平衡偏差得到風(fēng)量應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。二次風(fēng)分層分段進(jìn)入爐膛中,可以補(bǔ)償一次風(fēng)對(duì)燃料的供氧不足,調(diào)整二次風(fēng)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(fù)荷相匹配。整合床壓、床溫、燃料量以及一二次風(fēng)量特征,保持鍋爐的正常運(yùn)行。

1.2控制鍋爐磨損

循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)發(fā)生磨損,調(diào)整鍋爐的運(yùn)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(huì)對(duì)整個(gè)鍋爐運(yùn)行系統(tǒng)造成磨損影響。在實(shí)際控制中,計(jì)算金屬壁面與燃燒顆粒的關(guān)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(shí),需控制上述參數(shù),以達(dá)到降低磨損速率的目的。一次風(fēng)量影響煙氣風(fēng)流,對(duì)磨損率影響最大。所以在控制磨損速率時(shí),每次鍋爐啟動(dòng)前進(jìn)行流化質(zhì)量與最小流化風(fēng)量試驗(yàn),得到相關(guān)系數(shù),低負(fù)荷時(shí)注意進(jìn)行風(fēng)量擾動(dòng),以此制定300Mw循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)規(guī)范。

除了對(duì)一次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整外,還需對(duì)二次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),以便為分級(jí)燃燒及抑制N0X的產(chǎn)生提供空氣,因此將二次風(fēng)分為上下兩層,上層風(fēng)量用于補(bǔ)充氧氣,增強(qiáng)二次風(fēng)穿透力,下層風(fēng)用于控制物料循環(huán),通過(guò)多次調(diào)配風(fēng)量試驗(yàn),得到如表1所示配風(fēng)對(duì)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(dòng)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(cè)試

2.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)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(jìn)行對(duì)比,分析兩種方法的磨損率。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用表2準(zhǔn)備的篩余量相同的鍋爐燃料,放入兩個(gè)相同的300Mw循環(huán)流化床鍋爐中,在維持鍋爐正常運(yùn)行的情況下,得到兩種控制磨損方法對(duì)應(yīng)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(yùn)行工況下,隨著孔徑不斷減小,傳統(tǒng)控制鍋爐運(yùn)行方式的磨損率數(shù)值要遠(yuǎn)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(yǔ)

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