循环流化床锅炉脱硫及燃烧效率探究

循环流化床锅炉脱硫及燃烧效率探究循环流化床锅炉脱硫及燃烧效率探究 2018/09/14 摘要:循环流化床锅炉是目前我国应用最广的洁净煤燃烧技术之一，但是在实际生产中仍存在不少问题，困扰着循环流化床机组长周期安全经济运行。从循环流化床锅炉的燃烧调整与运行调整方面进行比较和研究，在脱硫、优化燃烧调整等方面提出实用性的方法和措施。关键词:循环流化床锅炉；炉内脱硫；燃烧效率；飞灰可燃物任何一家电厂最终追求的是企业利润的最大化，同时还要满足国家日益提高的环保要求，如何使得机组既能安全经济长周期运行又能达到环保的要求，是每个电厂从事流化床锅炉运行值得研究的课题。1锅炉简介国投大同能源有限责任公司电厂2480t/h锅炉是采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的HG-480/13.7L.MG31型循环流化床锅炉，采用单汽包、自然循环、高温超高压一次中间再热、高温绝热旋风分离器、单炉膛平衡通风、前墙给料、固态冷却排渣。配2台国产135MW高温超高压直接空冷凝式汽轮发电机组。2投产后运行情况国投大同电厂机组于2010年10月份投产，从运行7年综合情况看，由于煤价偏高负荷偏低，机组整体效率不高，机组投产以来存在发电煤耗、厂用电率偏高，二氧化硫阶段性超标、飞灰可燃物高等诸多问题。3炉内脱硫3.1运行基本情况CFB锅炉一般采用向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2排放。投入炉内的石灰石在高温条件下煅烧发生分解反应生成氧化钙，然后在炉内850左右的条件下，氧化钙、SO2和氧气经过化学反应生成硫酸钙，最后随着低渣排出炉外。国投大同电厂SO2排放量的控制一般是通过控制石灰石的给料速率，即增减钙硫摩尔比。但影响循环流化床锅炉脱硫效率还有床温，石灰石粒度等许多因素。3.2运行中出现的问题分析（1）石灰石粉的质量与粒度。其粒度超过一定的极限，在系统运行时会引起堵管。（2）压缩空气压力、流量不足。压缩空气是输送系统的动力，如果其压力、流量不足，会降低输送系统煤灰的流动速度，严重时会引起堵管。（3）进料阀漏气。进料阀漏气会造成发送器与灰斗间的空气短路，从而降低了系统工作时发送器内空气的压力，而引起堵管。（4）透气阀漏气。其结果是造成输送空气不足，石灰石粉滞留在输送管的发送器出口处，发送器出料阀打开时阻力增加可能会产生堵管。（5）输送管路漏气。输送管泄漏会造成泄漏处压力降低从而引起堵管。3.3石灰石系统的技改电厂运行以来，入炉煤含硫量达不到设计要求的0.34%，实际一直在0.65%左右，石灰石纯度在51%左右，烟气排放SO2浓度基本保持不大于400mg/Nm3的排放水平，但当发电负荷在100MW以内的时候，烟气排放SO2浓度可控制在200mg/Nm3以内，完全满足国家环保的要求。2008年前，国家环保部对火电厂烟气排放SO2的浓度要求是不大于800mg/Nm3，电厂按含硫量为0.34%的煤种设计炉内脱硫系统，设计烟气排放SO2浓度不大于393mg/Nm3。随着国家环保排放标准的提高，目前的炉内脱硫系统就不能满足要求，尤其在发电负荷大于110MW的时候，超标更为严重。4影响锅炉燃烧效率的原因分析由于负荷率一直较低，冬季和一季度负荷率只有60%，因此供电煤耗398g/kWh及飞灰可燃物5.5%偏高，说明锅炉燃烧效率下降，整体经济性偏差，面对现实问题，先从低负荷时的燃烧调整开始，然后逐步分析原因予以解决：4.1低负荷的影响循环流化床锅炉不能因为负荷低就无限制的大幅降低风量，因为必须要保证锅炉各部位正常流化和密封，有些风量不随负荷降低而降低，而是固定不变的，这些固定风约占满负荷时总风量的1/6，所以锅炉低负荷运行时风机单耗大、厂用电率高。通过停炉后的冷态试验数据结合运行中给煤量和返料灰的因素考虑，流化风量在80MW以下最低降到满负荷时的70%即145kNm3/h，为维持氧量，二次风量降到最低60kNm3/h，通过对上下二次风的调整，保证二次风压不低于6kPa，总共需二次风量60kNm3/h，约满负荷的1/3，所以80MW以下时二次风机余量很大，因此负荷低于100MW时采用的是运行一台备用一台的方式。4.2排烟温度的影响由于乙炔吹灰器吹灰效果不好，尽管做过调试但是从吹灰结果看不够理想，这样尾部受热面沾污导致传热恶化会使排烟温度显著升高，同时灰份高的煤发热量低，在相同负荷情况下消耗的燃料量增加，造成烟气量和流速升高，导致排烟温度及排烟量都会升高，从而降低锅炉效率。受热面积灰指锅炉受热面积灰、结渣及空预器传热元件积灰，锅炉受热面积灰将使受热面传热系数降低，锅炉吸热量降低，烟气放热量减少，空预器入口烟温升高，从而导致排烟温度升高；空气预热器堵灰则使空气预热器传热面积减少，也将使烟气的放热量减少，使排烟温度升高。4.3一、二次风量配比的影响：一、二次风比例的调整可以有效的改善炉内燃烧工况，循环流化床锅炉密相区处于一个很特殊的欠氧状态，虽然区内有大量氧气存在，然而区内的CO浓度高达2%，表明密相区的燃烧处于欠氧状态。同时从气固两相流的行为来看，循环流化床锅炉密相区存在着气泡相和乳化相，其间的传质阻力对燃烧的影响更为突出，氧气与不完全燃烧产物CO以及煤颗粒释放的挥发份得不到充分混合，进行反应，密相区尽管有氧气的存在，炭颗粒的燃烧仍是欠氧状态。研究表明，在二次风口上，燃烧室中心区存在一个明显的低氧区，二次风的主要作用就是提供足够的动能穿透物料空间达到燃烧室中心，提供炭颗粒燃烧需要的氧气。二次风分为上下两层送入，不同的分配比例决定了炉内不同部位的氧量份额。总风量不变的情况下，过大的一次风量尽管保证了物料的扬析力度，加剧内循环，但无法提供二次风口上燃烧所需要的氧气，炭颗粒不能充分燃尽，降低了锅炉效率。过大的二次风量虽然保证了燃烧所需要的氧气，但一次风量的减少将减弱内循环，同时不能充分将热量带到稀相区参与换热导致床温升高。因此一、二次风、上下二次风比例调整，二次风穿透、扩散效果的调整，可以有效改善炉内风、煤、床料的混合程度，在保证炭颗粒充分燃烧的前提下，将总风量控制在合适范围内，通过降低烟气的总焓值降低排烟温度。4.4床温床压的影响床压反映了炉内物料的浓度，直接关系到炉内的燃烧和传热工控。床温是炉内燃烧以及外循环灰调节效果的综合结果，床温与床压、一二次风配比、返料量、总风量等密切相关。通过燃烧调整实验，优化锅炉运行参数、确定锅炉效率较高的工况、改进了锅炉运行操作，目前该电厂供电煤耗降至386g/kWh，飞灰可燃物达到3.2%、低渣可燃物0.85%的水平。5结束语针对循环流化床锅炉炉内燃烧非常复杂的过程，通过对燃烧的理论研究和大量运行经验总结，对每一问题、每一环节分析研究、采取措施，主要从设备改造和运行调整两方面积极探索解决方法，使我们较准确地把握了炉内燃烧工况，较精确地对燃烧进行了调整，既提高了运行水平，又保证了循环流化床锅炉的安全、稳定、经济运行。