J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本科毕业论文
20t/h循环流化床锅炉调研报告
学院名称：能源与动力工程
专业班级：热能0901
学生姓名：刘兴发
指导教师姓名：张敏
2013 年 6 月
循环流化床锅炉存在的问题及解决方案
摘要
循环流化床锅炉具有良好的燃料适应性,良好的负荷调节性能和低负荷运行性能, 优越的环保性能。本文通过调研分析了循环流化床锅炉目前仍存在的一些问题：排烟温度偏高，锅炉床面结焦，飞灰含碳量偏高等问题，总结了通过降低含碳量，营造低氧环境，提高烟速，增加烟气量，提高循环倍率等措施可以较好的解决上述问题。
关键词:循环流化床锅炉结焦排烟温度飞灰含碳量
一、。流化床锅炉的现状
循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术,将煤破碎成0~ 10 mm 的颗粒后送入炉膛, 同时炉膛内存有大量床料(炉渣或石英砂), 由炉膛下部配风, 使燃料在床料中呈流态化燃烧, 并在炉膛出口或过热器后部安装气固分离器(一般均采用旋风分离器), 将分离下来的固体颗粒通过回送装置再次送入炉膛燃烧。循环流化床锅炉与常规煤粉炉(包括电站锅炉和工业锅炉)相比具有很多优点:循环流化床锅炉燃料适应性强，它可以适应很多种燃料，实现低污染燃烧，实验结论如图1，燃烧热强度大，燃烧效率高，负荷调节性能好，有利于灰渣的综合利用以及大型化，燃料制备系统简单。
图2 典型循环流化床锅炉燃烧系统示意图
图3 结焦程度比较示意图
二、循环流化床锅炉运行中存在的问题
环流化床锅炉存在的问题主要分为三个方面：循环流化床锅炉辅机问题、循环流化床锅炉问题、循环流化床锅炉运行中的问题。随着循环流化床锅炉的大量投用，给煤系统故障成为影响机组正常运行的主要威胁之一，目前大型循环流化床锅炉给煤系统常见故障主要有：输煤系统堵塞。当入场煤湿度过大时，造成输煤系统堵塞，主要发生在碎煤机入口管段、碎煤机体内即匀料装置等处。如果堵塞时间过长会发生自燃，烧坏设备。由于煤湿度过大或播煤风太小，不能压住炉膛内的正压，高温烟气反窜，烧坏皮带和落煤管。循环流化床锅炉本身问题主要包括：锅炉受热面磨损、旋风分离器分离效果下降、锅炉回料器结焦及堵塞以及锅炉过热器爆管等。目前这些问题在研究人员的努力下基本上已经得到解决。
循环流化床锅炉运行中的问题主要包括：锅炉床面结焦、锅炉飞灰含碳量大、锅炉排烟温度过高、氧量高低对锅炉燃烧的影响等。
2.1锅炉床面结焦
1)结焦的原因
循环流化床锅炉在运行过程中存在常见的一种事故———结焦。结焦分为三种: 高温结焦、低温结焦和渐进性结焦。如果煤质本身的灰熔点较低，在相对较高的炉膛内更容易达到灰熔点而粘结在一起，本身燃烧出的热量无法迅速传递出去就会产生结焦，其次在点火升温过程中煤量加入过快过多或加煤时没有及时加风，使得炉膛内可燃物过多，温度升高，灰粒极容易达到软化状态而结焦，另外煤种变化太大、颗粒度大、给煤量过多都会严重影响流化质量而导致结焦。
2)结焦预防及处理
图3是北郊热电与济宁电厂循环流化床锅炉排密的结焦特性实验结果,其中结焦率始终位于较高点的曲线,是含碳量3%左右的北郊热电取渣,另一条是含碳量较低的济宁电厂取澄,含碳量在1%左右。通过以上两次实验现象及数据分析可以得出以下实验结论:
(1)结焦发生的原因,是由于澄中含有的未燃尽的碳在空气环境下发生二次燃烧所引起的。
(2)在空气环境下,渣的结焦程度随渔温的变化而变化:温度越高结焦程度越大,温度越低越不易发生结焦。
(3)在空气环境下,濟的结焦程度随渔中含碳量的变化而变化:含碳量越高结焦程度越大,含碳量越低越不易发生结焦。
(4)在烟气环境下,营造出的低氧环境,可以有效抑制澄中未燃尽碳的二次燃烧,从而防止结焦的发生。
通过对循环流化床锅炉排渔的结焦特性实验可以知道,风水联合冷渣器内发生结焦的原因,是由于渣中含有的未燃尽的碳在空气环境下发生二次燃烧所引起的。而烟气营造出的低氧环境,可以有效抑制渣中未燃尽碳的二次燃烧,从而防止结焦的发生。此外,风水联合冷渣器内的结焦,与澄的含碳量以及不同区域的渣温密切相关。在易发生结焦的区域,以烟气作为流化风;在不易发生结焦的区域,依然以空气作为流化风。此种改造方案,冷渣器内同时存在烟气和空气两种流化介质,再加上冷渣器埋管内的水冷部分,称其为烟风水联合冷渣
图5 冷渣器改造前后各仓渣温对比
用烟气替代选择仓的流化空气,在之后的冷却仓依然保持空气作为流化介质即可,如上图4-1所示。用烟气代替空气作为进澄管内的吹扫风,可有效防止热渣的二次燃烧,进而避免进渣管内的结焦问题,从而有效抑制进渣管的堵塞问题,其结构效果图如上图4-2所示。
如图5所示,图中所示为冷渔器改造前后的两条渣温曲线,温度整体处于较高水平的为改造之前的风水联合冷渣器,改造之后的烟风水联合冷渣器的渣温水平略低。冷渣器改造前后,内部温度场整体变化不大,排渣余热的回收品位依然较高,整体排渣温度满足排渣要求。因此,针对风水联合冷澄器的改造,从传热特性上考虑,烟风水联合冷渣器方案是可行的。
2.3.2循环流化床锅炉排烟温度偏高
1）排烟温度偏高的原因
经过理论分析、参考别人以及总结自己工作经验的基础上,总结了引起排烟温度升高的原因。排烟温度升高的原因主要有以下几方面原因:(1)漏风、(2)掺冷风量增多、(3)锅炉本体受热面结澄、积灰、受热面内壁结祐、氧化皮影响(4)空预器传热元件积灰(5)受热面设计布置不合理、(6)空预器入口风温高、空气预热器漏风率增大、(7)煤种、(8)给水温度等。
漏风主要指炉膛漏风、制粉系统漏风、烟道漏风,是引起排烟温度升高的主要原因之一。炉腾漏风主要是指人孔门、炉顶密封、看火孔以及炉底水封槽处漏风;制粉系统漏风指备用磨煤机风门、挡板处漏风;烟道漏风指空气预热器前、后烟道漏风。
锅炉排烟温度高不仅导致锅炉热效率降低,而且增加能耗。研究安装在某地用作集中供热的58MW 循环流化床热水锅炉试运行中出现了在低负荷情况下尾部排烟温度一直偏高(见下图)，特别是锅炉运行至70%负荷( 40MW 左右)时尾部排烟温度偏高, 布袋除尘器无法投运的问题。循环流化床热水锅炉排烟温度偏高的原因是: 当锅炉负荷小于80% 时, 烟气量相对较少, 烟速较低, 降低了自清灰能力, 造成受热面的污染, 故而降低了传热系数, 使排烟温度提高;当锅炉负荷从80%到100%负荷时, 烟气量增加, 烟速增加, 且提高了自清灰能力, 降低了污染系数, 有利于传热, 故而提高了传热系数,
排烟温度也随着降低。
针对实际运行现状, 我们采用了以下几项措施,分步实施减轻和防止省煤器积灰:
(1)锅炉运行时, 尽可能短时间内将锅炉出力提高到接近满负荷, 用较高的烟气流速将省煤器管束上积灰带走。
(2)增加旋风分离器阻力, 提高分离效率, 降低尾部飞灰含尘浓度。
(3)设置吹灰装置,运行时定期进行吹灰。
(4)改动省煤器结构, 提高自清灰能力。
图6 排烟温度图7 飞灰含碳量
图8 飞灰的粒径和含碳量分布图
2.3.3降低循环流化床飞灰含碳量
循环流化床锅炉普遍存在着飞灰含碳量高的问题，不仅增加燃煤消耗量，降低锅炉热效率，而且对锅炉的安全运行构成严重威胁，带来过热器结焦和烟道二次燃烧、低温腐蚀和磨损等问题，使锅炉运行的安全性和经济性受到影响。循环流化床锅炉飞灰含碳量高的主要原因是分离器分离不下来的细碳颗粒不能实现在炉内循环燃烧造成的。分离器分离效率高，切割粒径小，飞灰含碳量低; 分离器分离效率低，切割粒径大，飞灰含碳量高。所以，要降低循环流化床飞灰含碳量应注意以下几点：
1)根据煤质特性，严格控制入炉煤粒度，并保证颗粒分布特性符合要求，这样有利于提高燃烧效率，降低飞灰含碳量和大渣可燃物。
2) 根据煤质特性、床温，合理调整一、二次风的配比，综合考虑不致使排烟热损失过度增大的前提下，适当减小一次风量、风压; 增加二次风量、风压，提高二次风的穿透力。一般来说，挥发份较高的煤种，燃烧速度较高，燃料粒径应适当放大; 挥发份较低的煤种，燃烧速度较低，燃料粒径应适当缩小; 另外充足的循环灰量可以保证炉膛内温度较高，利于燃烧，提高燃烧效率，降低飞灰含碳量。高循环倍率的循环流化床锅炉，燃煤粒径较细; 低循环倍率的循环流化床
锅炉，粒径要粗。低挥发份的煤种，粒径一般要求较细;高挥发份易燃的煤种，颗粒可粗一些。
3) 在保证锅炉蓄热前提下降低床压。随着床压降低，炉膛密相区颗粒浓度也降低有助于增加二次风穿透深度，以降低飞灰含碳量。
4) 随着床温升高，燃烧效率提高。在保证脱硫脱硝的前提下，可适当提升床温至900 ℃左右，以降低飞灰含碳量。
5)保证旋风分离器的分离效率，提高循环倍率。
三、结论
通过针对循环流化床锅炉目前存在的排烟温度过高，锅炉结焦，以及飞灰含碳量偏高等问题的研究，促进了我国循环流化床锅炉技术的发展。上述研究及解决方案不仅提高了锅炉的运行的安全度、寿命，也提高了过路的运行效率，降低了污染物的排放。总之，这些研究对于循环流化床锅炉是十分必要的，同时取得了显著的成果。
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