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150t/h 循环流化床锅炉给煤系统的改进

发布时间：2011/3/29 阅读次数：2497 字体大小: 【小】【中】【大】

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针对以上运行中给煤系统出现的问题，我们采取了多种不同的调整措施，以观察在不同的措施下给煤管的下煤情况，并对吹送风、给煤管密封风、给煤机尾部的密封风投入方式进行了不同组合的调整，以期找出给煤管中容易积煤而造成堵煤的原因，便于在进一步的改造中有针对性的采取措施。
通过一段时间的不同调整措施，我们注意到：
1、增设的给煤管密封风的开启对给煤的密封作用很有限，根本无法抑制炉内烟气的反窜。
2、经观察，在多次试验停吹送风的情况下，给煤三通处更容易堵煤，在吹送风开启的情况下，堵煤情况有所缓解。
3、在同时开启吹送风、给煤管密封风、给煤机尾部的密封风的情况下，给煤管的堵煤情况并未有减轻，相反的在处理堵煤时，开启观察孔盖后进行疏通时，由孔盖处往外冒的风更大，感觉往外冒的风是常温，在关闭给煤机尾部的密封风的情况下，则由孔盖处往外冒的风则明显减小，从而说明是炉内正压把这股风“压”出来了，又由于给煤机尾部的密封风的开启又易造成使皮带滚筒处粘煤较多，经常造成皮带跑偏需要处理，有鉴于此，在此后运行中我们一直关闭了给煤机尾部的密封风。
4、由于运行中的炉内烟气的反窜，运行中根本无法观察堵煤情况并进行较为彻底的处理。利用有停炉的机会，我们对给煤系统进行了全面检查，发现在直管段与斜管段的三通口处附近挂煤较多，且两管段的三通连接处由于管壁粗糙也挂了不少煤，从而导致经常性的堵煤，说明增设的吹送风动力不足以吹走此处的煤流；另外，发现运行容易堵煤的另一个部位是给煤斜管中部，此处的给煤管内托板有变形而堵煤，且斜管内壁由于粗糙而极易挂煤。
致此，我们对给煤系统的堵煤情况有了进一步的感性认识，必须解决给煤管内壁不光滑易粘煤的问题，条件成熟时应考虑将下煤管的材质由普通碳钢改为不锈钢，必须重点考虑因炉内正压造成的烟气反窜对给煤的影响，保证吹送风的压力足够，下面结合本炉的给煤系统进行分析，要使煤能够顺畅地通过给煤管进入燃烧室，应有以下平衡条件^[6] ：
Gsinθ＋Ps－f≥P₁
式中，G—煤的重度；θ—落煤管与水平面的夹角；Ps—吹送风出口处压力；f—系统流动力阻力；P₁—炉内给煤口处压力；
从式中可以看出，由于P₁较大，又存在流动阻力f，且Gsinθ相对变化不大，因此吹送风出口处压力Ps要足够大才能满足下煤的顺畅要求，而炉内给煤口处的压力可用下式求得^[7] ：
P₁ =P_Rmax(H_Rm－h₁)/ H_Rm
式中，P_Rmax—炉膛最大压力；H_Rm—布风板至旋风分离器出口烟道中心线的高度，本炉为26.1m；h₁—布风板至给煤口处的高度，本炉为1.875m。而炉膛最大压力可用P_Rmax下式求得^[7] ：
P_Rmax=9.80665r_dh₀
式中，r_d—床料堆积密度,取770kg/m³；h₀—装料高度，h₀=h_m/n_b^[7] ，其中h_m—密相区高度，按本炉结构数据为5.3m，n_b—床的膨胀度，按规定取10。
通过以上计算，就可求得本炉给煤口处的压力P₁=3.7kPa，从理论计算来看实际运行中吹送风的压力为8～9kPa左右，远大于给煤口处的压力，为什么无法顺畅下煤呢？理论计算与实际确实相差较远，但是我们还是认为如果还能提高吹送风的压力，也许效果会不一样，可能对下煤是更为有利的。于是，我们决定取消原先接自播煤风母管（来自一次冷风，风压8～9kPa）的三根φ57×3.5的吹送风，而改从返料风机出口接一路φ259×4.5的管(正常运行时风压在15～16kPa，最大可达20 kPa)到炉前作为吹送风母管，再从吹送风母管各接一路φ108×4支管到给煤三根斜管处，吹送风进斜管内还专门设计专用的喷嘴，以提高吹送风的速度，期望能明显改善下煤情况并在管内形成负压；另外在播煤风母管与吹送风母管设置联络风门；为配合改造将给煤观察孔由原来的φ108×4改为φ57×3.5；对于接自播煤风管的给煤管密封风，因风源来自一次冷风，运行时作用不大，决定改接自炉前DN80的压缩空气管（到炉前压力可达0.25MPa），以备运行时处理堵煤和设备事故的需要。此项改造于2006年11月18日至21日利用停炉整修的机会进行，此次对给煤系统的改造，暂时不考虑更换给煤管材质，主要是想通过进一步的观察以便在下次改造中继续完善，此次改造可再参见图2，只是图中风管尺寸有所改动，吹送风和给煤管密封风的风源不同而已。
3.3 再次改造后的给煤系统的效果、出现的问题及分析、局部系统的试验
给煤系统经此次改造投入运行后（风系统是只投入给煤吹送风，给煤密封风因接压缩空气主要用于事故处理而未投入），给煤系统下煤管的堵煤现象明显减少，由原来的几乎班班堵煤多次减少到一星期或十几天堵二至三次，并且较易疏通，疏通时间短，但当原煤较湿时，每班仍有两到三次堵煤，堵煤次数较前也减少，但疏通仍较困难，总的来说给煤系统经此次改造效果明显，给煤系统运行的可靠性显著提高，极大提高了锅炉运行的安全稳定性。
给煤系统经再次改造后，我们仍长期密切关注给煤管的下煤情况，在这个过程中，主要重点是关注锅炉运行中的不同工况下炉内压力对给煤系统的影响，还有风系统及给煤量对于下煤的影响，期间还作了些局部改造的试验，以便于进一步完善改造措施，我们对给煤系统的调试是边试验边进行总结分析的：
1、在锅炉正常运行给煤较正常的情况下，打开观察孔盖进行观察，发现炉内正压仍很大，风从观察孔向外冒，给煤管无法形成负压，更无从观察炉内火焰情况，原因是打开孔盖破坏了原先的密封平衡，炉内正压将风“压”到煤管外，为了便于对比，我们用风压较低的一次冷风作为吹送风源做试验，试验时关闭接自返料风的总阀，打开播煤风母管与吹送风母管之间的联络风门，此时打开观察孔盖，此时向外冒的风显著增大，而吹送风倒回用返料风机出口的高压风时，此时向外冒的风明显减小；另外在全停吹送风时，则烟气反窜十分严重，打开观察孔时明显有一股热气流向外喷，涂在给煤管外的油漆因高温烧烤而变形脱落。通过上述的多次试验，我们认识到在风的管路一定的条件下，提高吹送风的压力明显对下煤有利，吹送风的压力提高到一定程度甚至有可能在下煤管中形成负压，还能通过观察孔到观察炉内火焰情况。
2、利用点炉的机会，我们认真观察了点炉过程中的下煤情况，点炉时由于返料风机尚未投用，无法用压头高的返料风作为吹送风，只能用一次冷风作为吹送风源，在打开给煤管的观察孔盖后，发现观察孔的风是往里吸，给煤管内有负压，通过观察孔不仅可以看到给煤斜管的下煤情况，还可看到炉内火焰的情况，这对现场观察炉内着火情况非常有利。在返料风机投入正常后，吹送风源改为用压头高的返料风，此时我们打开观察孔盖继续观察，发现在有一段时间内，给煤管仍能形成负压，而到了一定时间则在观察孔处开始有微正压，到锅炉正常负荷时，则正压就较大，风从观察孔向外冒，给煤管处的压力与什么因素有关呢？经过多次的现场观察与炉内工况的分析，发现主要原因在于炉膛压差（表征炉内灰循环浓度的高低的参数）的不同对于给煤管的压力影响有决定性作用，观察发现，在炉膛压差≤1.0kPa时，给煤管处都能形成负压，在炉膛压差＞1.0kPa而＜1.1kPa时，给煤管为微正压，而炉膛压差＞1.1 kPa，给煤管处的正压随炉膛压差的增大而明显增大。由于本炉正常运行中炉膛压差一般在1.1kPa～1.8kPa之间，炉膛压差平均值在1.5kPa，炉内正压仍很大，此时就无法在下煤管处形成负压。
3、炉膛压差与煤的性质有关，煤中含灰量大，煤中细颗粒多，特别是福建无烟煤较强的成灰特性^[1] ，使得炉膛压差大，锅炉运行中的炉膛压差比较大，对于炉膛上部水冷壁的吸热是比较重要的，使得沿炉膛高度的上下床温较为均匀，对于锅炉带负荷有利，但不可避免地使得水冷壁磨损加剧，而且使得炉内正压较大，炉内压力脉动大，对于给煤有不利的因素。在煤质一定的条件下，对于本台锅炉来说，炉膛压差大是无法避免的。
4、压缩空气通过喷嘴能否产生射流作用，使得给煤管形成负压？按照气体动力学理论，只要喷嘴合适是能够形成射流作用并在管内形成负压的，实践也完全能够证明这一点的，我们在处理给煤设备故障或较严重时堵煤事故时，开启用压缩空气为风源的密封风，就能在管内形成很大的负压，这样处理就有安全保证，否则无法处理，但用压缩空气作为密封风源其缺点明显：首先是用气量大，无法保证生产要求，目前现状空压机已无更多能力提供大量的气，并且压缩空气成本明显较高（电机功率250kW），耗用不起，因此只有在紧急处理时才能用，且气量只能满足用于单根给煤管内形成负压，其次是压缩空气的质量不稳定，如压缩空气带水，不但不能在给煤管形成负压，还造成管内的积煤潮湿加剧堵煤。
5、随锅炉运行的逐步正常，给煤量一般比较大，单台给煤量一般在8～10 t/h左右，原有的给煤管径是否偏小而影响下煤,给煤管径适当加大对于下煤可能更为顺畅，为此，我们用其中的一根给煤管（炉前靠左侧）进行试验，利用停炉机会将原给煤斜管从接头处拆除，将给煤斜管管径由φ325×10改为φ426×9装上，经一段时间与另外两根给煤斜管下煤情况作对比，实践证明，加大给煤管径反而加剧了堵煤，烟气反窜更为严重，经常烟气反窜造成其对应的给煤机超温，给煤机内积存更多潮湿的煤，实践证明，加大给煤管径对下煤不利。
3.4 进一步改造的完善措施及效果、给煤系统试验与建议
利用机组整修的机会，我们对给煤系统在改造的基础上进行了进一步的完善：
1、天方地圆、下煤管及下煤管内的托板材质均由普通碳钢改为不锈钢材质（1Cr18Ni9Ti），以解决下煤管内壁易粘煤而造成堵煤的问题，同时也可有效减轻天方地圆处的磨损问题。
2、三根给煤管的管径全部采用原设计的φ325×10的管。
3、在三根下煤直管段处各增加了一道堵煤信号装置，提前预报堵煤。
4、在给煤斜管与直管三通口处增加一段8mm的给煤托板衬板，置于给煤托板上，材质也为不锈钢，以减轻因煤流下落对此处的冲击磨损。
5、由DN80的压缩空气母管接出一路到吹送风母管，其间设置联络门，以备运行中更好地处理堵煤事故。
效果评估：通过以上的进一步完善措施，经运行后收到了明显成效，其一有效减轻了天方地圆的磨损，并解决了下煤管内壁易粘煤而造成堵煤的问题。其二由于在直管段处增加了一道堵煤信号，提前预报堵煤，使得运行人员能够提前处理此处的堵煤，增强了运行的灵活性和给煤的可靠性，但由于正压，有时会误报停止给煤机，经复归后即可重新启动给煤机给煤，为此我们又接了一路压缩空气至堵煤探头盒，调整好压缩空气量与正压平衡，也收到了效果，堵煤信号灵活好用。
由本文中3.3条中所述的试验及分析，在喷嘴及管路不变的条件下，锅炉运行中炉膛压差较大的情况下，吹送风压力提高到多少可在给煤管内形成负压？为此，我们于2006年12月28日～2007年1月5日利用压缩空气进行了多次试验,试验时用炉前右侧的一根给煤管作测试，关闭运行时的吹送风总门，关闭去另两根给煤管的吹送风门，打开压缩空气母管与吹送风母管之间的联络门进行试验，在运行中炉膛压差1.5～1.8kPa的条件下，经多次试验（包括有意对此管给煤量的调整），通过记录设在吹送风母管的压力表显示的数值，我们发现只要吹送风压力在53～55kPa内，就能在下煤管内形成很好的负压；通过计算，要使三根下煤管均能形成负压，除了保证风压外，风量应保证不低于4.8km³/h，为此我们建议增设一台罗茨风机来保证，通过选型可选参数：升压58kPa，风量80m³/min，电机功率132kW。
增加一台用于增压用的罗茨风机现已列入热电厂的技改项目，预计实施后给煤系统的堵煤将大大减少，由于有效地抑制了炉内烟气的反窜，将极大地增强给煤系统及锅炉运行的安全可靠性。
罗茨风机投用建议：为有效降低厂用电，罗茨风机可考虑在每年雨季或来煤表面水份大较潮湿时投入；投用时可关闭原有的播煤风，通过罗茨风机升压的吹送风作为气力播煤风，可代替原有播煤风和密封风，这样进入炉内的冷风量减小有利于燃烧
4 结语
对于给煤系统的改造，一定要结合锅炉现场实际情况，本着安全经济的原则来进行，按照“实践、认识、再实践、再认识”的观点，就能找到切实可行的措施，结合本炉的实际改造经验，我们有几点体会：
1、在下煤管中，煤流主要是靠自身的重力作用给煤，当其自身的重力作用足以克服炉内烟气正压及流动阻力时，下煤就比较顺畅，为此设计时应保证足够的直管段长度，要保证斜管段与水平面的夹角不低于60°，以使煤流下落的动能尽可能的大。
2、正压密封给煤适用于煤比较干燥、给煤设备基本无故障的场合，在正压密封给煤系统中，一定压力的密封风与炉烟在给煤管中处于相对平衡状态，而一旦平衡被打破，如某处密封不严、因处理堵煤或给煤设备故障需打开有关孔盖时，风烟就可能从此处向外冒出。
3、给煤口处的压力受炉膛压差影响大，炉膛压差越大，则给煤口处的压力越大，且炉膛压差与给煤口处的压力不是成线性的正比关系，当炉膛压差大于某一值时，给煤口处的压力成倍增加，而福建无烟煤由于自身的特点，使得炉膛压差较大，除了影响到炉内传热外，使得给煤口的正压相对更大，因而给煤系统的烟气反窜较同类型的炉子大。
4、应考虑采用气力播煤，以保证下煤的顺畅，并用气力播煤风替代密封风形成密封。气力播煤风的选择应遵循“高压头，小风量”的原则，气力播煤风的压力应根据实际运行中给煤口处的压力而选定，尽可能在给煤系统中形成负压，如有必要应考虑采用增压风机对气力播煤风进行增压。
5、应考虑给煤管的材质，推荐使用不锈钢材质，以克服管内壁粘煤对给煤的不利影响。

参考文献
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2. 杨海瑞,吕俊复,岳光溪,刘青. 关于循环流化床锅炉的给煤问题. 循环流化床(CFB)机组技术交流论文集(1～4)合集,全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网.2004:778～785
3. 杨建华等. 循环流化床锅炉设备及运行.中国电力出版社. 54～55
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