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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：2496 字体大小: 【小】【中】【大】

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150t/h 循环流化床锅炉给煤系统的改进

戴新贤
青山纸业股份有限公司福建沙县青州 365506

摘要 本文介绍了青山纸业股份有限公司热电厂150t/h CFB锅炉给煤系统存在的问题，经多次改进的措施及其效果，对给煤管的布置方式、材质选择、密封风、播煤风的设计进行了分析和探讨，提出了一些具体的实施措施和建议，提高了给煤系统运行的可靠性能。
关键词 循环流化床锅炉给煤系统改进

前言
循环流化床锅炉在我国已有多年的发展，特别是近年来，随着循环流化床燃烧技术不断地成熟与进步，循环流化床锅炉越来越得到广泛的应用，但作为与之配套的给煤系统的设计，往往得不到足够的重视，这与循环流化床燃烧技术的迅猛发展是很不相称的^[1] ，而给煤系统运行的正常与否，直接影响到循环流化床锅炉运行的稳定性，特别是给煤系统的断堵煤将导致床温的下降，严重的将导致锅炉灭火，给机组的安全运行造成很大的隐患。
青山纸业股份有限公司热电厂6#锅炉为济南锅炉集团有限公司生产的YG—150/9.8—M1型循环流化床锅炉，燃用福建无烟煤。2006年7月机组投入试运行，2006年8月机组正式投入运行，自投入运行以来，给煤系统就暴露出了一系列问题，运行前期频繁堵煤，使锅炉的运行极不稳定，不仅限制了机组的发电量，而且严重影响了向外供汽。曾多次因下煤管堵造成锅炉灭火机组停运，严重地制约了机组的安全稳定运行。
1 给煤系统概况及分析
目前循环流化床的给煤布置方式很多，有前墙单级多点给煤、后墙回料阀多级多点给煤、前后墙联合给煤等诸多方式，对于中小型循环流化床锅炉，一般趋向于采用前墙给煤方式。据研究表明^[2] ，采用炉前给煤方式，系统简化且便于操作、可提高给煤的可靠性，只要保持合适的给煤点数量，对于燃烧效率没有多大影响。
青山纸业热电厂6#锅炉采用3点给煤沿前墙水冷壁下部收缩段宽度方向均匀布置进入炉膛密相区，给煤管为三根φ325×10的普通碳钢管，给煤机出口设电动插板门，下部用天方地圆与给煤直管段相连，给煤管直管段由于位置所限原设计采用“S”型落入给煤斜管，给煤斜管与水平面夹角为45°，给煤管与水冷壁夹角为35°，给煤斜管内设置托板便于煤滑落，托板为普通碳钢材料，在托板下设有一股φ57×3.5播煤风从给煤管底部出口进入燃烧室，在耐压称重给煤机尾部设备设一股φ159×4.5作为给煤机密封风，在给煤斜管还设有φ108×4的观察孔，给煤管布置简图参见图1所示。

给煤系统特点：
1、给煤直管段较短，垂直距离只有1.5m，煤下落的速度较小，下落动能不足，且因给煤机安装位置所限采用“S”型的独特结构，更是降低了煤下落的动能，造成下煤不畅，煤极易在此处堆积，造成堵煤且不易疏通。
2、给煤斜管段较长，并且倾斜角度较小，与水平面夹角仅为45°，造成煤粒下落动能不足，仅有自重的一小部分，并且还要克服自身的流动阻力及炉内烟气阻力。当煤的表面水份较大时，煤的粘滞力较大，情况更加严重。
3、播煤风布置在进燃烧室的给煤出口处，播煤风对给进的煤仅起到播撒作用，而对于下落的煤流不能起到吹送作用。
4、为防止炉内烟气经给煤管返窜，在给煤机尾部设有给煤密封风，给煤密封风作为整个给煤系统的密封风源。
2 炉内正压对给煤系统的影响分析
循环流化床锅炉的给煤按给煤点的压力来分有正压给煤和负压给煤两种方式，负压给煤的给煤点位置一般较高，其优势在于给煤能较为顺畅地进入炉内燃烧，播散面积较大，不易发生堵煤现象，其缺点是细颗粒燃料未经过高温料层就被烟气带入悬浮段，在悬浮段停留时间较短，即使有较高的温度，也得不到充分燃烧，增大了飞灰含炭损失^[3] ，负压给煤一般使用在循环倍率比较低，有一明显的料层界面，负压点相对较低的锅炉中^[4] ，如鼓泡流化床锅炉；对于中高倍率的循环流化床锅炉而言，炉内基本处于正压状态，负压点很高或不存在，因此只能采用正压给煤^[4] ，青山纸业热电厂6#锅炉给煤就属于正压给煤，其负压点在炉膛出口标高32.1m处，对于本台锅炉由于是烧福建无烟煤，其给煤的优势在于由给煤点进的煤直接进入炉床密相区，炉床密相区床温很高，着火条件优越，尤其是对于烧挥发分低的福建无烟煤更显示其着火的优越性，但其缺点也是明显的，由于循环流化床锅炉的燃烧特点，必然有大量的循环灰在炉内循环，加上福建无烟煤自身的特点（具有强烈的热破碎性质^[5] ，较强的成灰特性，原煤细颗粒含量大^[1] ），使得炉内的灰循环浓度很高，炉内正压很大，炉内烟气返窜至给煤管，烟气碰到温度低的煤，水份析出来，更加剧了堵煤，严重时烟气可以返窜至给煤机，造成给煤机的皮带超温，皮带滚筒处粘煤严重，皮带跑偏，给煤机内的积存大量较潮湿的煤。给煤管处的正压还造成运行人员无法及时地处理堵煤，也无法从给煤管的观察孔处观察下煤与炉内燃烧的情况。
3.1 运行初期给煤系统出现的问题、分析及初步改进措施
锅炉前期燃用的燃料是烟煤，烟煤的热值在20～22MJ/kg，挥发分11～15%，灰分30%左右，给煤系统投入时，开启给煤机尾部密封风和播煤风，本台锅炉陆陆续续运行一段时间后，给煤系统在运行中逐渐暴露的问题有：
其一、经常在单台给煤量不大仅4～5t/h 时，就在下煤管“S”段发生经常性堵煤，堵煤程度不一，如前文所述，在“S”段处煤堆积，再堆积到上部直管段，运行人员对于此处的堵煤一般采取上捅下敲的办法，由于是“S”结构，疏通难度很大，疏通时间较长，而疏通后再运行一段后又可能再堵，且三根给煤管经常轮流堵煤，“S”管段堵煤严重时堵到给煤机出口，不得不打开给煤机出口的后盖板处理堵煤，处理时间较长，锅炉床温下降很快，不仅给运行人员增大了劳动强度，而且影响到锅炉后继运行的安全稳定性；
其二、给煤斜管底部积煤，随下煤量不断增加，积煤越来越多，造成管路不畅通，运行中每班都要处理好几次，且需冒着炉内烟气反窜的危险通过捅或敲手段来处理堵煤，堵煤严重时不得不用压缩空气来吹扫，对给煤的影响较大，床温无法提升，造成燃烧不稳；
其三、尽管在给煤机尾部设有密封风，但烟气反窜十分严重，密封风无法压住烟气，对给煤皮带安全不利，运行常有发生因皮带超温而联动给煤机跳闸，超温信号不消除则给煤机无法启动，另外给煤机尾部的密封风开启，使皮带滚筒处粘煤较多，经常造成皮带跑偏，运行需处理多次，严重影响给煤。
对于“S”管段处容易堵煤，稍有常识的人就可明显认识到，在锅炉投入试运行之前，已有很多人认识到并建议改为垂直管段，原来主要困难在于现场位置所限，要改为垂直管段就必须适当加长斜管的长度（参见图1），而现场位置紧凑，加长斜管段后占用平台一部分空间，对以后处理给煤斜管的堵煤增加难度，而平台前方有风管和许多仪表导管导致平台无法拓宽，并且由于是原设计，基于种种原因，在锅炉投入试运行前并未做改动，在给煤系统投入运行后，实践证明此处极易堵煤，必须作改造否则影响锅炉运行。
但改造必须有合适的较完整的方案，不能简单地将“S”型管段改为垂直管就了事，除了考虑此处的堵煤外，还需考虑给煤斜管处的堵煤以及炉内正压对给煤的影响，通过查阅资料和走访有关厂家结合我们自身的认识，我们对给煤系统进行了更为详细的讨论与分析：
1、对于前墙给煤的类似电厂，我们感觉到东锅产的锅炉在给煤系统设计上有独到之处，东锅前墙给煤一般是采用方形碳钢管，紧靠炉前，主要靠煤的重力作用给煤，并且设计了多路的密封风，在靠近给煤口处还有播煤风，对于炉型已确定的本台锅炉，由于炉内开孔已定型，给煤机位置已靠近炉前，模仿改造是不可能的，但东锅的密封风的设计对于本台锅炉是有借鉴意义的。
2、对于给煤“S”型管段必须改为垂直管，实践已证明了此处非改不可，这一点勿庸置疑，为配合将给煤“S”型管段改为垂直管，应适当加长斜管的长度。
3、给煤斜管段与水平面夹角仅为45°，能否考虑增大其角度，将其倾斜角度加大到60°或更多，这样煤粒的下落动能明显增加对于下煤有利，但在炉内给煤孔位置已确定且其内浇注料已浇注成型的情况下，无法进行改动。
4、能否考虑将直管段前移更靠近炉前，这样直管段更长，煤下落的动能加大对给煤有利，但因为给煤机的给煤出口已靠近炉前，也无法进行改动。
5、由于运行中给煤斜管底部积煤，随下煤量不断增加，积煤越来越多，造成管路不畅通，运行中每班都要处理好几次，严重影响给煤，床温无法提升，造成燃烧不稳，因此必须考虑在斜管端部增设吹送风，以保证下煤顺畅。
6、设在给煤机尾部的密封风尽管有开启，但运行中无法抑制炉内烟气的反窜，不仅易造成给煤皮带超温、给煤机内的煤积存大量较潮湿的煤；堵煤信号装置因煤粒挤压而误动作；并且此密封风的开启还易使皮带滚筒处粘煤较多，经常造成皮带跑偏需要处理；而炉内烟气的反窜造成运行人员无法及时地处理堵煤，更无法从给煤斜管处的观察孔观察下煤与炉内燃烧的情况。因此必须考虑增设密封风，位置在给煤斜管靠近燃烧室处，以此来替代原有的给煤机密封风以利于安全。
通过上述的分析讨论并结合本台锅炉给煤系统运行的实践，我们对给煤系统下煤管进行逐步改造，将给煤“S”型管改为直通管，适当加长给煤斜管的长度，在给煤斜管靠近燃烧室的适当位置与给煤斜管成25°的角度加一股φ73的风作为密封风通过喷嘴进入管内，在给煤斜管端部加一股的φ57×3.5吹送风，其风源按就近原则均从φ159×4.5的播煤风母管（来自一次冷风，风压8～9 kPa左右）取出，同时对给煤斜管端部的原观察孔进行适当移位，在给煤斜管中部便于在运转8米平台人工处理堵煤的位置增设φ108×4的捅煤孔，改造简图参见图2

图2
3.2 改造后的给煤系统出现的问题、分析及进一步改进措施
给煤系统经上述全部改造完成后，所燃用的燃料改为用福建永安等地的无烟煤，热值一般在17.5～20MJ/kg，挥发分3～8%，灰分30～35%左右。给煤系统投入后，对于风系统除了开启播煤风外，还开启了改造后增加的给煤吹送风和给煤管密封风，关闭原设计在给煤机尾部的密封风，改造主要解决了原来在“S”型管段处老堵煤且堵煤不易疏通的问题，使得2006年11月3日6#炉点炉以后，运行相对稳定，改造取得了一定的效果。随着机组逐步正常，锅炉带的负荷也较试大，一般在130～150t/h，此时每台给煤机的给煤量一般都在8～10 t/h之间，给煤量较前期6～8 t/h大，给煤系统经改造投入运行出现的问题仍然有：
其一、在给煤直管段与给煤斜管段的三通处堵煤，尽管在此处有一股吹送风，但对于煤流的吹送作用有限，堵煤可堵到观察孔，为疏通堵煤不得不打开观察孔盖进行捅煤，而一旦有所疏通，则炉内烟气反窜严重，对继续疏通堵煤难度很大，工作条件恶劣。
其二、对于三通处的堵煤，如果未及时进行疏通，不断积煤会一直堵煤到直管段，对于直管段的堵煤疏通采取上桶下敲的办法，而一旦有所疏通，则同样炉内烟气反窜严重，对后继疏通堵煤难度不利，工作条件恶劣。
其三、好不容易疏通三通口和直管段的堵煤后，又经常发现在给煤斜管的堵煤仍十分严重，给煤托板上局部积煤多，对于此处的堵煤只能采取从斜管处的观察孔及增加的桶煤孔侧进行疏通，由于斜管长度较长，捅煤工具作用区间受限制，并且炉内烟气的返窜严重影响疏通堵煤，疏通难度大。
其四、2006年11月10日以来，由于连续下雨，新到厂的原煤较湿，而煤棚库容量小，没有库存干煤可以调整使用，使得三台给煤机经常发生断煤、下煤管堵煤等故障。由于频繁的断煤和堵煤，使锅炉的运行极不稳定，不仅限制了机组的发电量，而且严重影响了向外供汽。

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