小龙潭电厂循环流化床锅炉运行评述
摘要:阐述了国电小龙潭发电厂1 025 t/h循环流化床( CFB)锅炉燃用褐煤的优势,并结合系统调试、运行过程中发现的问题,提出解决措施。
关键词:循环流化床,运行,措施
国电小龙潭发电厂三期2 ×300MW 机组扩建工程的8号机组于2006212221正式投入试生产, 7 号机组于2007205229投产发电。
小龙潭电厂三期扩建工程7、8号锅炉是上海锅炉厂生产的循环流化床锅炉(CFB) ,其炉膛温度达到850～900 ℃。2 台炉均采用炉内添加石灰石脱硫方式, 设计钙硫摩尔比为2. 0, 脱硫效率达到 94% ,石灰石耗量为22 t/h,电除尘器出口烟气SO2、 NOx 排放指标达到《火电厂大气污染物排放标准》 (GB 13223 - 2003)中的规定限值。
2007210224～26日,经云南省环境监测中心站监测, 7、8号锅炉电除尘器出口烟气SO2、NOx 、烟尘排放浓度均达到GB 13223 - 2003第Ⅲ时段县级规划区外允许排放限值,即标准状态下污染物排放质量浓度: SO2 < 400mg/m3 , NOx < 450mg/m3 ,烟尘 < 50mg/m3。
1 燃用褐煤的优势
小龙潭发电厂三期工程设计燃用云南省开远市小龙潭煤矿褐煤,其煤质特性见表1。
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从表1可以看出,小龙潭褐煤属高挥发分、低发热量、中硫分、超高水分、常灰分褐煤,极易燃尽、着火、结焦;灰的变形温度、融化温度均比较低,磨损性较强。
由于燃用的小龙潭褐煤收到基水分在30%以上,内水分高达11%, 当破碎后的煤粒在炉内与 860 ℃左右的炽热物料接触时,煤粒被迅速加热,内水分及挥发分迅速膨胀析出,导致煤粒爆裂,因此, 入炉原煤粒度可放宽至12～15mm;另一方面,由于该煤种挥发分较高,使得煤的着火温度降低,在流化状态下500 ℃左右就能着火;再者是燃煤的灰分含量较低,灰渣量较小,故锅炉可靠性大为提高;另外, 该煤种灰分中的SiO2 含量较低,对锅炉受热面磨损较轻。
与常规煤粉炉相比, CFB锅炉对煤种适应性广、燃烧效率高。在烧优质煤时, CFB 锅炉的燃烧效率与煤粉炉持平;烧劣质煤时,燃烧效率比煤粉炉约高 5%;燃烧强度约为煤粉锅炉的10倍;负荷调节性能好,调节范围大,调节速度快;燃料制备简单,无需配套制粉系统,只设碎煤系统即可;采用炉内喷钙,不需另设脱硫装置,占地面积小;无废水排放;高效脱硫,脱硫效率可以达到90%以上;低温燃烧,不易结焦,且由于炉膛温度为850～900 ℃,燃烧时能有效抑制NOx 生成。
因此,小龙潭发电厂三期工程CFB锅炉燃用小龙潭褐煤具有很大的优势。
2 CFB锅炉调试、运行过程中存在的问题及解决措施
2. 1 存在问题
小龙潭发电厂三期工程CFB 锅炉在调试运行过程中出现了一些问题。
2. 1. 1 锅炉翻床
锅炉翻床的主要影响因素有: (1)一次风调节档板特性。由于电动调节档板响应较慢,调节迟缓,在进行风量调节时,特别是在发生翻床、工况大幅度变化时,风量增减周期较长, 床层易“塌死”。
(2)一次风量的测量准确性。如果一次风量测量不准确,将影响对床料流化状态的分析、判断和床压自动调节投入率,给运行人员的操作调整带来困难,容易因调节失误而造成翻床。
(3)一次风差压控制。床压的自动控制是CFB 锅炉特有的自控项目,其基本控制要素有:空预器出口一次风压、空室压力、床层差压。在风量自动控制中,一次风机入口调节档板用以控制一次风压,并保持空预器出口一次风压与空室压力在一个恒定的差值范围内,两侧热一次风调节档板以床层压差为前置信号,控制一次风速。如果差压值选择过低,既影响一次风档板的调节特性,又使得床压调节迟缓,当流化工况突然变化时,无法及时进行调节,特别是当一次风档板为电动调节时,情况更为突出。若差压值选择过高,虽然一次风调节档板具有良好的特性, 但节流损失较大,档板开度变化率与流化风速变化的线性呈阶跃式,对流化工况的扰动较强,并且使风机电耗增加,不利于经济运行。
(4)床压。床压高,表明炉内物料循环量大,在两侧床压差同等的情况,物料在循环过程中发生偏床的几率相应增加。同时,由于床料增加,一次风速也增加,炉内气固两相流扰动增加,两床失稳情况加剧。因此,应根据机组负荷———床压曲线,将床压控制在一个合理的范围内。
(5)稀相区的灰浓度。在锅炉运行中,应合理控制稀相区的灰浓度。若灰浓度过高,当锅炉风量发生变化时,锅炉内循环容易发生突变,造成两侧床压失衡翻床,甚至导致塌床;如果稀相区的灰浓度过低,则影响炉内吸热,导致床层温度和分离器出口温度过高,影响机组带负荷能力。
(6)一次风调节档板安装位置。在设计和安装一次风调节档板时,由于本工程的一次风档板执行器与一次风管间的距离较近,且在进行管道保温施工时,又将执行器下部包在保温材料内,运行中多次出现执行器超温保护动作,使一次风量调节失灵,引起锅炉两床失稳。
2. 1. 2 外置床漏灰
外置床漏灰点主要出现在外置床回灰至炉膛部位,另外,由于外置床金属外壳在焊接时没有满焊, 虽然其内部用保温浇筑料进行了全密封,但因保温浇筑料经过烘炉或运行后有一定的膨胀间隙,加之床料的穿透性能强,焊接点处仍有床料漏出。
2. 1. 3 给煤线故障
给煤线的安全稳定运行,对CFB 锅炉至关重要。我们在给煤线设计选型时已经充分考虑了单台给煤线的最大出力,保证其满足同侧给煤量对负荷的总需求,但在实际运行中因受到一些客观因素的影响,仍不能完全达到设计要求。如果多条给煤线在同一时段发生故障,除引起机组被迫减负荷、降低经济性外,更严重的是将影响机组炉内工况的稳定, 造成床温、床压大幅度波动而引发其他次生故障。
2. 1. 4 炉内受热面磨损
无论燃用何种煤种, CFB炉内受热面磨损是不可避免的,不同的燃煤特征和成分其磨损速率不同, 锅炉运行周期长短也不一。
2. 1. 5 石灰石系统故障
石灰石系统的故障主要表现在输送管道磨损泄漏和管道堵塞两个方面。其主要原因有输送管道的材料、设计和安装、程序控制设定、运行方式和参数控制等不合适。
2. 2 解决措施
针对小龙潭发电厂三期工程CFB锅炉调试、运行中存在的问题,我们在以下几方面进行了控制。
2. 2. 1 控制翻床
(1)运行中合理控制给煤量、返料量、排渣量, 保证两侧床压一致。
(2)在调整给煤量时,使燃煤在整个床面分布均匀。若一侧给煤量减少时,应立即减少另一侧给煤量;控制炉膛两侧床温、床压平衡,床压偏差应控制在小于2. 5 kPa。
(3)维持炉膛两侧外置床返料量基本一致,避免因为返料量偏差而产生床温、床压偏差。
(4)调整炉膛两侧风量及给煤量,使两侧床温及一次风量均衡。
2. 2. 2 控制外置床漏灰
外置床漏灰的控制应重点放在设计和施工过程中。在外置床设计时应保证其支承钢架的强度和膨胀性,减小机械应力和热膨胀余量不足造成的拉裂; 外壳施工时应进行内外焊接;保温浇注应严格按工艺要求进行;外床运行应选择合适参数,尽量减少热冲击。
2. 2. 3 合理设计给煤线
给煤线设计时首先应对原煤斗进行合理选型, 尽量采用防堵性能较好的内衬材料和煤斗型式;在有条件时采用干煤棚等,减少入炉煤外在水分;给煤机出力的余量应充分。
2. 2. 4 降低锅炉磨损速率
CFB锅炉的磨损是客观存在的,应根据燃用煤种和机组运行周期,充分论证投资和收益,将磨损控制前移到燃煤输送阶段,特别是对燃用煤矸石的电厂,应有燃煤破碎和筛选专用设备,降低锅炉受热面的磨损。同时,采用先进的防磨技术,如让管、防磨梁、喷涂等。其次,应根据燃烧工况,严格控制一次风量、床存量和床料,尽量降低磨损速率。再者,应加强机组可靠性管理,分析统计运行周期,并根据燃用煤种选择停机检查时间,避免因磨损爆管给设备带来损伤。
2. 2. 5 其他
应严格控制石灰石粒度和合理的气粉浓度,减少泄漏;对影响系统投入率的因素进行分析,改进控制程序,及时消除存在的设备缺陷;加强人员培训, 全面掌握系统运行状态,保证SO2 等污染物排放达到环保排放标准。
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