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针对循环流化床锅炉的启动和运行的分析

作者:水冷壁格栅防磨发布时间:2020-12-15分类:格栅防磨技术浏览:403


导读:河南丰链科技有限公司从循环流化床锅炉在启动运行中所碰到点火难、易结焦、磨损严重的问题出发,阐述了产生这些问题的机理,详细提出了解决这些问题的措施。循环流化床锅炉以其具有的独特优点,...

河南丰链科技有限公司从循环流化床锅炉在启动运行中所碰到点火难、易结焦、磨损严重的问题出发,阐述了产生这些问题的机理,详细提出了解决这些问题的措施。

循环流化床锅炉以其具有的独特优点,是国内外目前竞相发展的燃煤技术。同时众所周知,循环流化床锅炉在启动运行中,还普遍存在着点火难、易结焦和磨损严重的问题,即人们常说的“三关”。如何闯过这“三关”,已成为循环流化床锅炉在推广使用中的主要课题之一。

一、点火关

对于不同的煤种和炉型结构,点火启动方法各有差异,但其共性的东西还是主要的。国产35-75t/h循环流化床锅炉一般都采用轻柴油点火,有床上点火和床下点火两种方式。由于床下点火具有点火快、省力、省油等特点,所以使用较为广泛。在实际操作运行过程中,一些用户由于开车准备工作不充分或操作运行经验不够,点火时总是容易发生炉膛灭火或结焦事故,从点火试运行到并汽往往要经历十次、二十次甚至更多的时间,既影响了整个工程进度,又浪费了大量的人力物力。

怎样才能顺利闯过点火这一关呢?

1.锅炉安装完毕验收合格后,首先应做冷态试验,其目的是检验炉子流化状况,了解布风装置阻力特性,发现锅炉在设计安装中存在的问题,提出解决办法。冷态试验内容主要包括:点火油枪雾化试验、布风均匀性试验、布风板阻力特性试验、料层阻力试验等。

2.烘、煮炉完成以后,根据冷态试验参数决定点火方案。点火前,在炉床上铺设一层点火底料,其厚度一般为350—800mm左右,太厚,虽着火初期比较稳定,但点火所需的流化风量大,加热升温时间长,还易造成加热不匀的现象;料层太薄,虽着火时间短、省油,但布风不均匀,底料局部被吹穿可能造成结焦,且着火初期床温不稳定,易受断煤或堵灰的影响,发生灭火或结焦事故。

底料粒度一般在0—13mm之间,如果太细,大量细颗粒易被流化风带走,使料层变薄;颗粒太粗,启动时需较大风量才能将底料流化起来,点火升温困难。一般来说,底料中的细颗粒流化时处于底料的上层,作为着火期的引火源,大颗粒起着在爆燃中吸收燃料热量、自身燃烧后又能储热维持床温的作用。底料热值一般应控制在2093—4186KJ/Kg(500—1000Kcal/Kg)范围内。热值太高,点火时温升速度快,点火难以控制,易造成超温结焦;若热值太低,床温升高困难,易发生挥发份析出并燃尽,但床温仍达不到着火温度的情况。

3.点火过程分底料预热、着火和过渡三个阶段。首先启动引风机、一次风机,各风门开到冷态试验确定的正常流化位置,保持一定的炉膛负压,投油枪,注意观察烟气发生器出口烟温(≤950--1000℃),否则开大冷风门降温。底料预热过程应缓慢升温,采用油量和风量控制床温,待床温升至400--450℃时,可少量间断投煤,密切注视床温变化。当床温升到700℃以上时,若给煤正常,燃烧稳定时可解列油枪。一般来说床温在300℃以下时,因物料吸热量大,温升较快,到300--450℃时温升较慢,450℃以上时投煤一段时间后温升又开始加快,说明投入的煤开始着火,床温接近600℃时,加入炉内的煤开始大量着火,此时应加大流化风量,控制温升速度以防止结焦。当锅炉负荷达到30%--40%以上时可投入二次风助燃。值得注意的是,点火燃料宜采用发热值较高的烟煤,特别是燃煤中不要掺入煤矸石、造气炉渣、石灰石等其它不易燃烧的燃料或原料。

一次成功的点火过程,主要应注意的是床料厚度、床料筛分特性以及床料性质及配比,操作中严格控制点火风量。实践证明,每一种型式的循环流化床锅炉其点火特性都有一定的差别,需要运行管理人员在实际操作中不断摸索和总结,找出最佳点火升温方案,确保一次点火成功。

二、结焦关

循环流化床锅炉正常运行时炉膛温度一般控制在850--950℃左右。实际操作运行中,不论在点火升温阶段还是正常运行阶段,都有可能引起结焦事故。一旦发生结焦,将严重影响锅炉设备的安全经济运行,且打焦时易损坏布风板、风帽、炉墙及水冷壁管等部件。

 结焦主要分高温结焦和低温结焦两种型式。高温结焦是点火升温阶段经常发生的事故,升温时燃煤发生爆燃,造成床温迅速升高,当温度达到灰熔点以上时,使炉膛结成一个整体的焦块表面。在正常运行过程中,若料层厚度控制不当或给煤机与风机自动调节不好,或配风阀开度过大、过猛,导致分离器分离下来的大量高温灰进入炉膛而引起超温而结焦。低温结焦一般发生在点火升温阶段,如果底料过薄且不均匀,烟煤撒播不当,易在局部形成高温,此时流化风量少,热量传递不及时,局部会形成焦块。

实践表明,影响循环流化床锅炉结焦的主要因素有以下几点:

1.炉膛温度过高,超过燃料煤灰熔点温度;

2.料层太厚或不均匀,造成流化风量过大或过小;

3.点火底料厚度及热值、入炉煤粒度、灰熔点值等;

4.工人操作水平,工厂自动化程度高低,仪表指示的正确性。

点火升温阶段,可燃物要在很短的时间内着火燃烧,易造成床温迅速上升而进入爆燃阶段,此阶段底料本身的吸热量远小于放热量,多余的热量如果不及时被风带走,势必造成床内结焦。因此,控制爆燃成为点火升温中必不可少的一项重要手段。

如果点火底料热值过高,爆燃期温升加快,爆燃时间延长。因此一旦发现爆燃期温升速度很快,应及早停油枪。另外,根据爆燃初期温升速度趋势及早调整风量对控制爆燃也很重要。点火成功后,分离装置投入,带负荷时随时观察回料管内循环灰量的大小及床温变化情况。根据操作经验,应严格控制料层厚度,掌握适当的放灰时间。放灰时可根据燃料性质、负荷、床温波动来控制,防止返料灰进入炉膛太多而引起床温无法控制而结焦。在锅炉正常炉内压火时,应严格避免炉内进入冷风,冷风的进入可能造成未燃烧的可燃物燃烧而局部超温结焦。

总之,控制稳定的床层温度,是防止炉内结焦的关键,而影响炉温的因素主要是燃料发热量、风量及返料量等。实际运行中燃料的品质会经常发生变化,即使给煤量不变也会引起床温的变化。另外,入炉煤粒度的变化会引起返料量的变化。在负荷不变时,风量增大,床温也将发生变化(在床压一定的情况下床温下降)。为了保证运行中床温稳定在900℃±50℃之间,一般可不通过改变循环量来控制,而主要是通过风量和煤量进行控制。稳定负荷运行时,可在小范围内改变风量和煤量或同时改变风量和煤量来调节床温,床温高时,减煤或增风,床温低时,减风或增煤。锅炉满负荷运行时,风量一般可保持不变,床温波动时,通常可以通过改变给煤量来稳定床温。

三、磨损关

国产循环流化床锅炉通常都选用较低的循环倍率,炉膛内烟气流速约为4.5—5m/s,应该说所产生的磨损是比较轻微的。但是在局部及截面缩小处,其磨损程度是正常的几十倍甚至上百倍。常见磨损比较严重的地方有:埋管、炉墙、水冷壁管系统、分离器、过热器、省煤器、空气预热器等。

(一)、埋管磨损

埋管直接布置在炉膛布风板上方的沸腾区,其磨损程度是可想而知的,从以下函数关系可知:

其中:E—磨损量 ωT—沸腾床中烟气流速

DP—颗粒平均值 Vf—沸腾床中颗粒浓度

气流速度、粒子直径、灰粒子浓度越大,磨损量就越大,与磨损量影响最大的是烟气流速、颗粒直径次之,灰粒子浓度影响最小。因此,对于设计有埋管的循环流化床锅炉主要应采取以下措施:

1.降低入炉煤粒度。尽管磨损量与颗粒直径成平方关系,而与气流速度成立方关系,但粒径愈小所需要的气流速度就越低,可见减少颗粒直径不仅本身减少了对受热面的磨损,而且还因为颗粒直径的减少降低了对埋管受热面的磨损。

2.在埋管受热面磨损严重部分加装防磨鳍片,以保护管子表面不被磨损,并且在鳍片与鳍片之间还形成了由粒子组成的颗粒膜,对鳍片的磨损起缓冲作用。

3.埋管材质可选用高温高硬度和抗氧化性能好的合金材料。如果要降低成本,至少应将鳍片材料采用合金钢。同时还可以采用管壁加厚,在管壁表面涂刷高温耐磨涂料等措施。

4.在实际操作运行过程中尽量使风室床压不要超过规定值,一旦超过时就必须放渣保持料层厚度减少对埋管的磨损。

5.希望有关设备制造厂在锅炉设计时尽量避免设计埋管受热面。

(二)、炉墙磨损

目前在炉墙设计和耐磨材料的选取上各家锅炉厂都有不同的方法,但同时也多少存在着一些缺陷。耐火材料的选取范围应该是比较大的,而实际运行中总是出现这样或那样的炉墙磨损现象,甚至出现垮塌事故。有关资料表明:对炉膛高温且易受冲刷的区域应根据各自磨损特点采用不同耐火防磨材料,象目前使用较广的碳化硅砖、刚玉砖、高铝砖(Al2O3≥65%)等材料都可根据炉墙所处的位置局部采用。粘合剂材料选用HF-135高温强度浇筑料和用磷酸溶液做合料的SiC浇筑料都比较理想,一般能比磷酸盐质砼寿命长2-3倍。同时,锅炉设备在安装时要特别强调其筑炉质量。

(三)、水冷壁管系统的磨损

不论是膜式水冷壁还是光管水冷壁,在实际运行中都不同程度地存在着磨损现象。由于炉膛四角形成涡流的机会最多,因此往往磨损最为严重的就产生在这些地方。有些运行厂在主床四角被冲刷面在加装磨条的基础上采用高温耐火防磨涂料喷涂在受热面上,有些局部受烟气冲刷的区域也可以采取该措施。另外建议锅炉设计时对膜式水冷壁(包括尾部烟道等)的四个角最好做成具有一定半径的圆弧形,以尽量减少烟气扰动。

(四)、分离器磨损

不论是清华大学还是中科院或者是其它科研设计单位的技术,烟气分离器从型式到布置都不尽相同,但其基本原理是一致的。要使达到烟气和灰粒分离的目的,就必须使烟气形成一定的涡流,这时烟气流速增加,对分离器内壁形成强烈冲刷。长此下去,必然导致分离器内部磨损。为了减少分离器的高温磨损,目前锅炉设计时尽量将主分离装置如旋风分离器、平面流分离器等布置在中温或低温区,但这样布置以后大大增加了烟气对一级过热器的磨损,所以一般在炉膛出口一级过热器进口设置了相对阻力较小的百叶窗式、迷宫式等型式的一级分离装置。不管什么样的分离器,其内壁都采用具有耐高温、耐磨的材料做内衬,据资料介绍象SiC瓦、高铝质瓦等应用都比较广泛。

随着我国耐温耐磨材料的不断研制发展,相信循环流化床锅炉分离器的磨损问题在不远的将来一定能得到彻底解决。

(五)、过热器、省煤器、空气预热器的磨损

锅炉尾部三大器(过热器、省煤器、空气预热器)的磨损引起爆管在用户中是相当令人头痛的事情。长期以来,一些锅炉制造厂和用户采取拉稀管束、在弯头处加护板、迎风处加白钢防磨板等措施,且在局部加装防磨板,并进行磨喷涂处理,但还是没有解决根本问题。特别是入炉煤掺有煤矸石或造气炉渣时磨损更为严重。建议用户在锅炉产品定货时就应及早采取措施,针对燃料特性与锅炉制造厂协商,采取有效的防磨措施,尽量延长锅炉的使用寿命。

四、结束语

1.熟悉循环流化床锅炉的基本原理和操作要点,是成功点火启动的基础;保证合格的燃煤入炉粒度,是正常流化燃烧的条件。

2.控制稳定的床层温度,是防止炉内结焦的关键。

3.降低循环流化速度,是减少受热面及炉墙磨损的主要因素,所以产品选型时一般应选用低倍率的循环流化床锅炉为宜。


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