床料粒度对循环流化床锅炉启动的影响
1、概述
中国华电集团公司石家庄热电厂投产的4台410t/h循环流化床锅炉，是国内目前最大的大型循环流化床锅炉群。它采用床下风道点火器点火方式，床上油枪起助燃的作用。锅炉冷态启动时，在流化床内加装启动物料，首先启动风道点火器，在点火风道中将燃烧空气逐渐加热，在通过水冷式布风板送入流化床，启动物料被加热，床温升至550℃之后投入床上油枪。在床温升到580℃～600℃并维持稳定后，将破碎成0～8mm的煤粒分别由6套给煤装置从前墙水冷壁送入炉膛下部的密相区内燃烧，逐渐提高床温至正常运行水平。
2、问题提出及分析
在运行1年多的时间中，4台410t/h循环流化床锅炉经历了多次启动点火。绝大多数启动中，沿用了停炉后滞留在炉内的旧床料；也有的因停炉原因不同，被迫在停炉过程中排空床料，启动前又加入了筛选后的新床料。由于这两种启动床料粒度不同，在启动过程中锅炉所表现出的现象也不尽相同：
2．1 当采用停炉后滞留在炉内的旧床料进行点火时，在启动初期，床内采用微流化状态时，床层压力与床层差压基本相同；随着流化风量的不断增加，床内达到充分流化状态时，床层压力基本保持并略有下降，而床层差压会有很大的变化，下降十分明显。当向炉内加入新床料进行点火时，在启动初期，床内采用微流化状态时，床层压力与床层差压基本相同，这一点与采用旧床料的现象相同；但随着流化风量的增加，床内达到充分流化状态时，床层压力与床层差压仍没有太大变化，2个参数在数值上依然十分接近，如下表所示：
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床内工况 |
床料 |
流化风量
（Nm3/h） |
风室风压
（KPa） |
床层压力
（KPa） |
床层差压
（KPa） |
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微流化 |
旧 |
130000 |
8.0 |
7.0 |
6.4 |
|
新 |
130000 |
8.0 |
6.9 |
6.4 |
|
充分流化 |
旧 |
170000 |
9.0 |
6.5 |
3.5 |
|
新 |
170000 |
9.0 |
6.5 |
6.0 |
2．2 采用旧床料进行点火的情况下，依靠床下风道点火器床温上升到550℃左右时，床温上升速度就会变得很慢，为了达到580℃的最低投煤温度有时需要1小时左右，但烟气温度相对水平比较高，这时为了提高床温一般要加大床下风道点火器出力并适当减少流化风量，不过点火风道壁温也会相应上升，接近耐火材料承受温度；采用新床料点火时，依靠床下风道点火器床温一般比较容易就提高到620℃左右，点火风道壁温在较大的流化风量下也容易控制。但到并炉后升负荷阶段时就会发现，采用旧床料容易迅速升负荷，而且床温容易控制；而采用新床料时，锅炉负荷上升较慢，床温偏高，为了抑平床温需要更大的流化风量。
2．3 在投煤稳燃后试运冷渣器时会发现，采用旧床料点火的情况下投运1台冷渣器2小时左右，床层压力下降约1 KPa；采用新床料点火的情况下投运1台冷渣器40分钟左右，床层压力就能下降约1 KPa。
2．4 采用旧床料点火的前期和中期，J阀回料装置的壁温和内部灰温会随着炉膛床温的上升而缓慢上升；在锅炉并炉升负荷后J阀回料装置经过几次吹扫，其壁温和内部灰温会很快达到正常水平，料位也能逐步建立。采用新床料点火时，会发现在点火过程的前期和中期，J阀回料装置的壁温和内部灰温基本保持不变，即使多次吹扫也没有效果，只有在锅炉并炉升负荷后一段时间，仍经过多次吹扫，其壁温和内部灰温才会上升，但上升速度很快，能迅速达到正常水平，此时料位也迅速建立。
针对这些不同之处，我们进行了分析讨论。通过每次锅炉启动前对床料的检查，我们发现停炉后滞留在炉内的旧床料的粒度一般偏细，即细颗粒的比重较大，这主要是由于锅炉的运行原理造成的。在锅炉长时间的运行当中，物料颗粒经过炉内的多次循环，不断进行摩擦碰撞，细颗粒的比重会逐渐增加。这些细颗粒是参与炉内循环和热量传递的主体，它们在正常情况下都悬浮于炉膛密相区的上部和稀相区，因此从冷渣器排出的细颗粒比重较小，当锅炉停运后这些细颗粒才会全部沉积到流化床内。而新床料一般采用冷渣器排出的灰渣，因此新床料的粒度一般偏粗，即粗颗粒的比重较大。
从采用粗、细两种床料点火锅炉所表现出的不同现象可以看出，当床料粒度偏粗时，随着流化风量的增加，只有占床料比重较少的细颗粒离开床层，进入炉膛上部稀相区，而大部分粗颗粒仍然在床层内流化，从参数上表现就是床层压力和床层差压始终十分接近。因为密相区的物料比重增大，加之粗颗粒的蓄热能力大于细颗粒的蓄热能力，使得密相区所占的热量份额偏大，参数上表现就是床温容易提升，局部床温偏高。由于冷渣器采用选择式排灰冷渣器，细颗粒仍会部分返回炉膛，因此当投运冷渣器时，大量粗颗粒床料排出炉膛，显示床压下降速度较快。由于悬浮在稀相区参与炉内循环的细颗粒比重偏小，从参数上就会显示出J阀回料装置中料位偏低，建立正常料位所需的时间比较长，J阀回料装置的壁温和内部灰温长期增长缓慢，但到了点火后期的某一时间随着细颗粒床料的逐步增加达到一定程度，J阀回料装置的壁温和内部灰温会突然上升直至正常水平。另外，细颗粒比重偏小，从密相区带走的热量就少，稀相区颗粒对流换热量下降，水冷壁换热出现不足，就会导致锅炉负荷上升缓慢，尾部烟道中过热器壁温偏高。而采用细颗粒偏多的旧床料进行点火时，就会呈现出与粗颗粒偏多的新床料相反的现象。采用旧床料点火，在并炉带负荷阶段足够的细颗粒参与到炉内大循环中，稀相区的水冷壁得到充分换热，锅炉负荷可以正常上升；另外，J阀回料装置内的料位逐步积累，按时建立正常料位，使炉内物料循环体系得以较快的进入稳定状态，并促使燃烧系统也进入稳定工况。我们曾经发生的一次异常也从侧面反映出炉膛内细颗粒物料的循环量对锅炉负荷的重要性。事前锅炉正常运行负荷401t/h，在J阀回料装置的流化风压力突然由50KPa降至5.2KPa后仅2分钟，由于循环物料量急剧减少，在给煤量没发生变化的情况下，锅炉负荷就降到了320t/h，同时炉膛床压由7KPa降至1.59KPa，这说明正常足够的细颗粒物料循环量对锅炉稳定运行的重要性。
3、改进措施及建议
通过以上分析，我们认为在循环流化床锅炉启动的初始阶段，选用粒度偏粗的床料是有好处的。一方面，在保证炉膛床温稳定升高的条件下，可以减少启动耗油量，降低锅炉启动成本；另一方面，可以保证充足的流化风量，控制点火风道壁温，保护耐火材料温度在规定范围内，以延长使用寿命。当锅炉启动进入投煤阶段后，在床温比较稳定的时候就可以向炉内添加细颗粒床料，同时投运冷渣器。这样一方面，在床压允许的范围内排出一部分粗颗粒床料，以利于后期控制炉膛床温不致过高；另一方面，逐步增加炉内细颗粒的比重，有利于锅炉尽快带负荷。但是，值得注意的一点是，启动初期的床料不易过粗，就现在的情况来看冷渣器的排渣颗粒就过粗，应该适当进行筛选后再用于锅炉的启动当中。这是因为，如果床料过粗，细颗粒的比重很少，那么炉内的循环物料量就会很少，导致J阀回料装置的温度不能稳步上升，在点火后期其内部温度的突然上升又非常迅速，无法得到有效的控制，使J阀回料装置内部产生很大的热应力，导致耐火材料的开裂、脱落以及装置外部钢材焊缝的开裂，长期如此运行，就会出现J阀回料装置漏灰，局部烧红等缺陷。
在2004年5月17日的一次点火过程中，我们就尝试了以上这种锅炉启动思路，启动过程中的参数变化基本验证了我们的分析结果，在整个启动过程中共耗油21吨，比规定燃油量28吨减少了7吨，节约人民币约2.3万元。在投煤稳燃后，通过添加细床料和投运冷渣器排出部分粗床料，优化了炉内床料粒度分布，顺利的带上了负荷。不过，对J阀回料装置的温升速度仍然没有控制到比较理想的水平，这还有待于今后进一步的摸索。
4、结束语
通过床料粒度对循环流化床锅炉启动的影响分析，使我们加深了对循环流化床锅炉的特性理解，认识到了不同粒度的床料对锅炉的影响，意识到了优化床料对于循环流化床锅炉运行的重要性，这种思路为我们解决其他问题提供了有益的帮助。 |
于领先地位，并率先通过了国际质量体系认证。