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循环流化床锅炉运行特性的研究

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：唐盼天

[导读] 摘要：随着国家经济的快速发展，各行业的发展不断进步，循环流化床锅炉技术与较高的燃烧效率和更环保燃烧过程与传统设备相比，已取得了巨大的进步，已经成为现代火力发电厂的主要电力系统设备和化工企业。

        克拉玛依新科澳石油天然气技术股份有限公司新疆 834000
        摘要：随着国家经济的快速发展，各行业的发展不断进步，循环流化床锅炉技术与较高的燃烧效率和更环保燃烧过程与传统设备相比，已取得了巨大的进步，已经成为现代火力发电厂的主要电力系统设备和化工企业。
        关键词：循环流化床锅炉运行特性的研究
        引言
        目前，中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在未来很长一段时间内仍将占据中国能源结构的主导地位。煤炭使用最广泛的方式是通过燃烧来利用其热能，但在燃烧过程中会产生大量的硫化物、氮氧化物、碳氧化物和碳氢化合物等，严重污染环境，给可持续发展带来隐患。解决这一问题，煤炭利用采用洁净煤发电技术，主要包括循环流化床燃烧、加压流化床燃烧、组合式循环和一体化煤气化组合式循环。
        1概述
        在火力发电厂生产过程中，锅炉作为发电厂三大主机之一，是非常重要的设备。根据不同的分类方法它有着不同的型式，其中循环流化床锅炉就是其中近年来发展比较成熟的一种新型洁净煤燃烧技术，它具有燃料适应性广、可燃用劣质煤、燃烧强度大、脱硫效率高、污染排放物容易控制等优点，在短短三十年间流化床技术得到了飞速发展，其应用也由小型锅炉发展到容量与传统煤粉炉大体相当的大型电厂锅炉。循环流化床锅炉主要由锅炉本体、附属设备以及辅机等组成，其中给煤系统就是一个重要的组成部分，锅炉内燃烧所需要的煤，通过给煤系统进入炉膛内进行燃烧，它对锅炉的安全经济运行起着至关重要的作用，但是给煤系统故障频发，给锅炉的稳定运行带来了非常大的困扰。循环流化床锅炉在运行的过程中，给煤系统堵煤是锅炉运行过程中的常见问题之一，也是困扰锅炉运行维护人员的一个共性难题。锅炉给煤系统发生堵煤问题后，轻则造成锅炉给煤量减少引起负荷骤减，影响生产；重则造成锅炉断煤压火，甚至灭火，对电网造成冲击，造成一定的经济损失。在锅炉堵煤处理过程中，还会耗费大量人力、物力、财力。
        2给煤机出口落煤管堵煤的原因
        （1）给煤机问题。原煤仓的煤通过锥形底部落到给煤机皮带上，通过皮带、给煤机出口落煤管进入炉膛。当给煤机发生故障时，煤的输送发生中断，锅炉燃烧需要的煤得不到保证，就会影响机组负荷，甚至影响锅炉的安全稳定运行。原煤仓发生堵煤后，原煤仓内的煤板结形成大块煤团，煤团掉落到给煤机皮带上，由于瞬间受力过大，给煤机过载跳闸，皮带无法带走煤团，有可能使给煤机进口堵塞。当给煤机的热工信号发生故障时，如果无法及时的发现，运行人员无法监视到给煤机的运行状态，给煤量大于此时给煤机的出力，皮带上的煤无法快速的进入炉膛，造成给煤机过载跳闸，大量的煤堆积在皮带上，也会发生堵煤。（2）播煤风管道设计不合理。给煤机出口落煤管上分级设计有上播煤风、下播煤风，有的火电厂还设计有辅助播煤风，播煤风取自热一次风，提供一定的压头和温度，能够减少落煤管内煤受到炉膛的压力，使给煤机下来的煤更好的进入炉膛内，防止煤在落煤口形成堆积，改善煤的分布。有些电厂锅炉播煤风的管道设计不合理，管道直径太细风量不够，达不到设计要求，对落煤管内的煤起不到增压携带作用，煤只靠自身重力进行下落，增加了难度，容易在拐点处与炉膛进煤口形成堆积而堵煤；或者位置安装不合适，导致播煤风起不到应有的作用，使播煤风形成向上和向下的两股气流，向上气流对煤形成了托扶，增加了煤下落的阻力，使原本不能自由下落的煤更加困难，造成下煤不畅，经常性发生堵煤，影响正常的落煤。
        2.3落煤管本身的缺陷
        某些发电厂给煤机出口落煤管不经过任何加工处理，或者简单的处理，直接将管道安装对接。管道内壁粗糙，有较大摩擦力，不利于煤的流动。煤中含有大量的水分和多种元素，比如硫。煤通过落煤管的时候，煤中的这些成分会对落煤管造成严重的腐蚀，使落煤管寿命大大缩短，管道破损发生泄漏堵塞。落煤管是由几段不同的管道拼焊而成，其中一部分管道的安装要具有合适的坡度，如果坡度不合适，经过落煤管的煤无法自由下落，黏贴在落煤管壁上或者拐角处造成堆积，发生堵煤。

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        3循环流化床锅炉运行特性的仿真分析
        本节将从流化效果、流化风量、床层压力、床温分布特性、床温动态特性以及汽温特性进行分析。
        3.1流化效果
        在设备仅供一次风的情况下，当锅炉内床料全部流化后，立即停止系统的所有风机，并对流化床床面料层的平整程度进行观测。经实践观测可知，在整个流化床层面上的物料表面处于平整状态，且床面上物料的分布十分均匀。通过分析可证实，当煤料被投入锅炉内燃烧后其燃烧状态是十分稳定的，其在燃烧过程中不会出现结焦的现象。
        3.2流化风量
        在实际应用中，循环流化床锅炉的最小流化风量为24m3/s，小于其设计的最小风量值31m3/s，而且当设备处于带负荷运行的状态时，通过调节流化风量可实现对流化床温度的控制和调节。具体变化趋势为：随着锅炉载荷的不断增加和投入锅炉内煤料量的增加，其对应的流化风量也在不断增加。
        3.3床层压力
        在实际应用中，为了保证锅炉的流化效果，对锅炉内料层的厚度提出了要求。然而，在实际燃烧过程中无法准确找出物料层密集处和稀松处的分界线。因此，在实际应用常通过对物料层密度和压差的实时数据及所排放处的煤渣量来反应流化床上物料的厚度。
        4锅炉运行时常见问题及处理措施
        4.1床料烧结问题
        为了确保锅炉供热的持续性和稳定性，锅炉内添加的生物质总量相对较多，对此需要炉膛结构的高度需要适当增加。此类情况导致的直接后果便是，床料出现烧结问题，影响到后续添加生物质材料的燃烧效果。为了解决此类问题，在具体应用中，第一，对于一次风量和二次风量进行调整，确保材料燃烧充分性的基础情况下，稳定炉膛结构的内部温度，从而提高系统运行过程的可靠性。第二，在生物质材料添加过程中，可以适当添加一些惰性物料，以此来抵消烧结问题，提高锅炉燃烧过程的稳定性。
        4.2高低温腐蚀问题
        目前常用的生物质燃料有秸秆、木材等，很多生物质燃料中都含有重金属、硫元素、氯元素等，在高温高压环境下，很容易发生化学反应，形成高温或低温腐蚀的情况。针对此类情况，在实际处理中，（1）合理布置材料的受热面，将低温受热器所在位置前移，以此来调整热量传播途径，降低燃烧问题带来的影响。（2）做好过热器材料的选择工作，优选耐腐蚀能力强、耐温性高的不锈钢材料，从而降低腐蚀问题带来的负面影响，提高系统运行状态的可靠性。
        结语
        综上所述，在煤炭资源总储备量不断减少的情况下，需要找寻新的燃烧替代物，以缓解资源危机的问题，生物质能源便是现阶段应用较多的替代物类型。结合生物质燃料特点，进行生物质节能锅炉设计，一方面，可以减少能源的损耗，提高生物质燃烧效率，另一方面，对于促进企业经济可持续发展有着积极地作用。
        参考文献：
        [1]骆仲泱，何宏舟，王勤辉，等.循环流化床锅炉技术的现状及发展前景[J].动力工程学报，2020，24（6）：761-767.
        [2]牛培峰.大型国产循环流化床锅炉燃烧过程智能控制系统应用研究[J].中国电机工程学报，2020，20（12）：62-66；71.
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        [5]郭佳明，张光学，池作和，等.75t/h循环流化床锅炉烟气再循环改造及试验研究[J].热能动力工程，2019（11）：73-77.