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DG1100/17.4-Ⅱ3型300MW循环流化床锅炉综合治理浅析

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：范立元

[导读] 摘要：循环流化床锅炉作为难燃固体燃料（如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物）能源利用的先进技术，在现今火电机组经济、环保形势严峻的情况下具有良好的发展前景，但因为循环流化床锅炉特性，日常运行中存在床温高、受热面磨损快、NOx排放难以实现50mg/m³以下经济稳定达标排放等问题，本文针对DG1100/17.4-Ⅱ3型300MW循环流化床锅炉运行中存在的部分问题进行简要分析，探索循环

        （大唐武安发电有限公司 056303）
        摘要：循环流化床锅炉作为难燃固体燃料（如煤矸石、油页岩、城市垃圾、淤泥和其他废弃物）能源利用的先进技术，在现今火电机组经济、环保形势严峻的情况下具有良好的发展前景，但因为循环流化床锅炉特性，日常运行中存在床温高、受热面磨损快、NOx排放难以实现50mg/m³以下经济稳定达标排放等问题，本文针对DG1100/17.4-Ⅱ3型300MW循环流化床锅炉运行中存在的部分问题进行简要分析，探索循环流化床锅炉综合治理思路。
        关键词：可靠性、环保、床温、布风均匀性、砌筑料
        循环流化床锅炉的治理应遵循“目标引领，问题导向”的原则，首先确定治理目标，然后找出目标实现过程中存在的问题，根据问题内容进行相关改造，逐一解决，最后实现目标。另一重要原则是综合治理，首先要考虑各个因素之间的相互影响，从锅炉原理出发，找出问题相互关联之处，重点协调解决。
        一、循环流化床锅炉存在的一般问题及原因
        1、安全方面：机组可靠性不高，最长连续在网运行时间150天。
        可能原因：（1）受热面易磨损泄漏：循环流化床炉膛内部因内循环原因磨损速率较快，不采取合理的防磨措施不能保证机组在一个检修周期内的安全运行；由于膨胀原因，炉内砌筑料容易脱落，会引起受热面短期内磨损爆管，重点表现在给煤口及炉内吊屏受热面下弯头处；
        （2）膨胀受阻位置易应力拉裂：锅炉存在很多不同设备的连接部分，这些设备的膨胀量不一定相同，在连接处的角部位置易产生应力拉裂，同时基建期遗留的一些未按图纸施工的部位也容易造成应力集中；
        （3）锅炉漏风吹损：因基建遗留问题和运行期间产生的缺陷，会造成炉内部密封不严密，漏风点若紧邻受热面，会造成受热面吹损（循环流化床炉膛为微正压，炉膛区域漏风会导致含灰颗粒的烟气吹损漏风点附近受热面；尾部烟道为负压，漏风点附近烟气温度会迅速降低导致烟气内灰颗粒变硬，导致附近受热面磨损速率加剧）。
        2、环保方面：氮氧化物难以实现50mg/m³以下经济稳定达标排放。
        可能原因：（1）锅炉床温高：随着炉内燃烧温度的提高，氮氧化物的排放量将升高，因此，通过降低床温可实现降低氮氧化物的原始排放浓度的目的；
        （2）锅炉断煤严重：锅炉断煤严重导致运行人员无法正常对锅炉燃烧进行调整，导致了脱硝系统调整的延迟，NOX排放量无法准确进行控制；
        （3）炉内脱硫投运：本厂炉内脱硫使用的脱硫剂为石灰石，其对NOX生成的影响主要在两方面，一是富余的CaO作为强催化剂会强化燃料型氮的氧化速度，使NO得生成速度增加，另一个是富余的CaO和CaS作为催化剂会强化CO还原NO的反应过程，一般情况下CaO对燃料氮氧化物生成NO的贡献大于其对还原性气体还原NO的贡献，从而使NOX生成量增加；
        （4）脱硝系统自动控制难以实现，运行调整有一定的延时（氮氧化物检测约6min及尿素溶液制备完成输送至喷枪约6min），且在低负荷小流量情况下部分脱硝喷枪因位置原因无流量；
        二、针对不同问题可进行的改进工作
        （一）降低锅炉床温：
        1、旋风分离器入口烟道改造：将旋风分离器入口烟道缩窄200mm，以提高烟气流速（从现在的25m/s提高到28m/s），从而提高分离器分离效率，增加循环灰量达到降低床温的目的；锅炉炉3个水平烟道收口改造后有一定效果，但根据运行情况来看2号分离器分离效率依然比1、3号小，需要进一步研究；
        2、控制启动床料粒径：对启动床料粒径进行控制，尽量减少6mm以上床料进入炉膛，避免炉膛下部大颗粒物料沉积；
        3、通过改造筛碎设备、煤场增装破碎机、汽车卸煤沟煤篦加密改造，达到燃煤粒径合理分布的目的，避免出现大颗粒较多而小颗粒少的情况，使锅炉建立正确的内循环及外循环过程，从而达到降低床温、热量正确分布的目的；
        4、改造锅炉原设计的床料添加装置，增加斗提机及滚轴筛，达到锅炉启动前快速添加合适配比的床料、运行期间补充适量循环灰的目的，节约检修时间并能辅助建立良好的外循环；
        （二）防止断煤：
        锅炉给煤机入口下煤管防堵改造，给煤机入口下煤管安装旋转清堵机进行防堵改造，增强下煤连续性，避免锅炉频繁断煤。
        （三）提高运行安全性
        1、砌筑料改造：通过砌筑料改造，解决炉内砌筑料易脱落、回料器易烧红、漏灰等问题，并对锅炉隐蔽部位进行计划性分步排查，找出隐患，保证设备的安全稳定运行；
        2、炉内防磨设施增加：采用网格式格栅防磨片，控制炉内水冷壁贴壁流流速，在尽量不影响锅炉正常吸热的情况下保护炉内受热面。
        （四）脱硝系统改进
        改造脱硝系统设备布置，使尿素溶液与除盐水在炉上混合，解决运行调整时效性差的问题，使调节更灵活；在每个水平烟道尿素喷射系统母管上加装分配集箱，缓解流量分布不均情况。通过这些措施达到尿素溶液在脱硝系统各支路均匀分布（或根据流场情况按需分布）目的，避免出现低负荷情况下部分支路无流量情况。
        （五）布风均匀性改进探索试验
        由于锅炉存在高床温及床温偏差大、给煤量不均匀问题，东锅针对布风板风量分布问题给出中间部分风帽加节流圆钢的建议，并根据计算，完成对两台炉布风板中部54排风帽加装了规格不同的节流圆钢，安装完成后床温均匀性情况有所改善，但不明显，夏季满负荷平均床温依然在970℃左右，中部床温最高点仍达1005℃。
        为改善布风均匀性，专业人员对布风板空床情况下的冷风动力场进行了试验，从测量结果来看，将炉膛沿宽度方向平均分成三段，其中靠左墙9m内平均风速为0.78m/s，右墙9m内平均风速0.78m/s，而炉膛中部仅为0.74m/s，说明布风板截面上流化风速存在不均匀的情况，且左墙风速与右墙相近。

图1 一次风沿炉膛宽度的平均风速

图2 一次风截面速度3D分布

        图3 一次风截面速度2D分布
        由实验可知，沿炉膛宽度方向，左墙段和右墙段风速非常接近，但不均匀性较大；炉膛中部风速偏低，但均匀性较好。沿锅炉宽度方向，由于炉膛的渐扩结构，导致前后墙处的气流扩散更加明显风速偏低，其余各列风速较为均匀。
        由此可见，东锅的改造方案对炉膛中部的风速降低作用，但由于风帽、砌筑料等因素，炉膛布风板动力场仍不均匀，偏差较大，造成了炉膛不同区域燃烧情况不一样，局部区域存在流化不良和氧量过大等情况，造成部分区域床温过高，床温均匀性较差，氮氧化物生成量较大。
        布风板风帽进一步改造需进行详细计算，增加合适的截流环或截流圆钢，并将磨损较大的风帽进行整体更换，达到一次风均匀分布的目的，使炉内建立正确的动力场，解决床温不均匀分布的问题。
        以上是DG1100/17.4-Ⅱ3型300MW循环流化床锅炉在运行期间一些问题的简要分析，要达到锅炉长期安全环保运行还要面临很多挑战，尤其是目前火电机组面临的经济。环保形势愈加严峻，要深度综合治理循环流化床锅炉的问题，任重而道远。