循环流化床锅炉降低飞灰含炭量的讨论

时间:2022-03-31 12:23:34

循环流化床锅炉降低飞灰含炭量的讨论

[摘 要]循环流化床锅炉的飞灰含碳量问题近年来受到关注,锅炉飞灰含碳量的高低是影响锅炉热效率的主要因素之一。若其它热损失达到设计指标时,那么降低飞灰含碳量便成为锅炉节能降耗的首要工作。在分析受到流化床燃烧机理后,判断飞灰中失去反应性的焦炭粒子是飞灰偏高的主要原因,但在运行中可以通过调整运行参数有效降低飞灰含碳量,提高锅炉效率。针对循环流化床锅炉降低飞灰含炭量的相关问题,本文作了一些讨论。

[关键词]循环流化床锅炉 飞灰含炭量 降低

中图分类号:TK229.66 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)02-0214-01

一、关于循环流化床燃烧技术

循环流化床燃烧技术是国内外公认的一种洁净煤燃烧技术,近二十年来才应用于电站锅炉领域并逐渐成熟起来。近几年来,循环流化床燃煤电站锅炉在我国迅速崛起。它的主要特点是具有良好的脱硫和脱硝特性,能很好地控制有害气体的排放,减少酸雨形成,满足日益严格的环保要求。

二、锅炉飞灰中残碳的形成机理

循环流化床锅炉的发展速度使循环流化床锅炉运行出现了一些问题。诸如炉膛、分离器以及回送装置及其之间的膨胀和密封问题。特别是锅炉经过一段时间运行后,由于选型不当和材质不合格,加上锅炉的频繁起停,导致一些部位出现颗粒向炉外泄漏现象。还有由于设计和施工工艺不当导致的磨损问题。炉膛、分离器以及返料装置内由于大量颗粒的循环流动,容易出现材料的磨损、破坏问题。炉膛温度偏高以及石灰石选择不合理导致的脱硫效率降低问题。灰渣综合利用率低的问题。其中尤其是飞灰含碳量高问题的存在影响了循环流化床锅炉的连续、安全、经济运行,还带来了维修工作量大、运行费用高等问题。

根据研究,从密相区扬析出的细小焦炭颗粒时飞灰中未燃碳的主要来源。煤粒在进入高温流化床后,受到炽热床料的快速加热,首先是水分蒸发,然后当煤粒温度达到热解温度时,煤粒中挥发分析出,随着热解的进行,颗粒内部将产生明显的压力梯度,一旦压力超过一定值,颗粒表层将崩裂而形成破碎。煤粒破碎后形成了大量的细小粒子,这些细小粒子在挥发分析出后成为活性较低、不易燃尽的焦炭粒子。

飞灰中的焦炭粒子可根据其反应特性分为两类;一类反应性行对较高,甚至还有未析出的挥发分,这类颗粒在炉膛内停留时间不长,主要分布在较大的飞灰颗粒中。另一类恰好相反,挥发分基本已经析出,并且在燃烧室、分离器反复循环燃烧,焦炭的反应性随着停留时间的增长而逐渐降低,这类颗粒主要集中在较细的飞灰颗粒中。在热解最初阶段反应性下降非常快,接下来下降速度减缓,最后达到由热处理温度决定的一个渐进值,温度越高,此渐进值越低(见图1)。循环流化床燃烧温度下,焦炭在10~30min内,反应性下降至最低,炉膛中的细小颗粒一般不能停留这么久,所以飞灰中低反应性焦炭极有可能是来自于原煤形成的大颗粒焦炭。大颗粒焦炭在引爆裂、磨损达到可扬析的细小颗粒之前会在炉膛内停留较长时间。

三、影响循环流化床锅炉飞灰含碳量的主要因素

(一)燃料特性的影响。循环流化床锅炉煤种适应性广,但对于已经设计成型的循环流化床锅炉,只能燃烧特定的煤种(即设计煤种)时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水分、灰份的影响,循环流化床锅炉的燃烧效率有很大差别。我国主要按煤的干燥无灰基挥发分含量对煤进行分类,按照挥发分含量由低到高的顺序将煤分成无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤等。挥发分含量的大小实际上反映了煤形成过程中碳化程度的高低,与煤的年龄密切相关。不同煤种本身的物理组成和化学特性决定了它们在燃烧后的飞灰具有不同的形态和特性。

(二)入炉煤的粒径和水分的影响。颗粒过大,一方面床层流化不好,另一方面,碳粒总表面积减少,煤粒的扩散阻力大,导致反应面积小,延长了颗粒燃尽的时间,颗粒中心的碳粒无法燃尽而出现黑芯,降低了燃烧效率,同时造成循环灰量不足,稀相区燃烧不充分,出力下降。另外,大块沉积,流化不畅,局部结焦的可能性增大,排渣困难。颗粒过小,床层膨胀高,易燃烧,但是易造成烟气夹带,不能被分离器捕捉分离而逃逸出去的细颗粒多,对燃尽不利,飞灰含碳量高。通过实验发现:颗粒太小,由于煤粉在炉内停留时间过短,燃不尽,飞灰含碳量就大。相对而言,燃用优质煤,煤颗粒可粗些;燃用劣质煤,煤颗粒要细些。所以对于不同的煤质要调整二级破碎机的破碎能力来调整煤的粒度。煤中水分过大不仅降低床温,同时易造成输煤系统的堵塞,故对于水分高的煤进行掺烧。

(三)过量空气系数的影响。一次风作用是保证锅炉密相区料层的流化与燃烧,二次风则是补充密相区出口和稀相区的氧浓度。调整好一二次风的配比,有效地降低飞灰、灰渣含碳量,是保证锅炉经济燃烧的主要手段。运行中适当提高过量空气系数,增加燃烧区的氧浓度,有助于提高燃烧效率。但炉膛出口过量空气系数超过一定数值,将造成床温下降,炉膛温度下降,总燃烧效率将下降,风机电耗增大。所以在符合变化不大时,一次风量尽量稳定在一个较合适的数值上,少作调整,主要靠调整二次风比例来控制密相区出口和稀相区的氧浓度。一二次风的配比,与锅炉负荷、煤种等有关,通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格,供运行调整时参考。

(四)燃烧温度的影响。和煤粉锅炉炉膛温度高达1400~1500℃相比,循环流化床运行温度通常控制在850~900℃之间,属低温燃烧,在此条件下煤粒的本正燃烧速率低得多,加上流化床内颗粒粒径比煤粉炉内煤粉粗得多,所需的燃尽时间长得多。提高燃烧温度,飞灰含碳量低;相反,燃烧温度低,飞灰含碳量高。

(五)分离器分离效率的影响。分离器分离效率高,切割粒径小,飞灰含碳量低;相反,分离器分离效率低,切割粒径大,飞灰含碳量高。经过20年的发展,目前我国循环流化床锅炉使用的高效分离器有三种:上排气高温旋风分离器、下排气中温旋风分离器和水冷方形分离器。

四、循环流化床锅炉降低飞灰含炭量的策略及分析

降低飞灰含碳量的措施有多种,应根据实际情况选择最经济最实用的措施。

(一) 调整锅炉运行参数,特别是提高床温和增加二、三次风量能达到降低灰含碳量的目的。

(二) 提高锅炉床温有利于完全燃烧,降低灰的含碳量.床温控制在950C时效果较好。

(三) 提高二次和三次风量,增加了二次和三次风压头,强化了炉内的扰动,增加了气流的穿透力,使得炉内物料混合更加充分,也使炉膛上部燃烧更加完全,有利于灰含碳量的降低.二次和三次风量达39km3/h时较为理想。

(四) 同时提高床温和二次和三次风量,其燃烧效果更加明显,灰渣含碳量降低的幅度也较大。

(五) 综合考虑锅炉运行的安全性和经济性,锅炉床温不能控制太高,如果高于970C,则容易造成高温结焦影响锅炉的正常安全运行,床温控制在920C~970C为宜.二次和三次风量如果太大.不仅导致了氧含量的超标,增加锅炉排烟损失,降低锅炉热效率.而且加大了烟气流速,加重了对锅炉受热面的磨损.根据测试结果,二次和三次风量与一次风量比控制为o.8~1:l,在不考虑氧含量的情况下,二次和三次风可按上限操作.按照这种操作条件,锅炉飞灰含碳量可以控制在小于7%的范围.这样既可以满足煤灰综合开发利用的要求,又能适当提高锅炉效率。

参考文献

[1]路明孙力.循环流化床锅炉降低飞灰含碳量的研究与探索[J].能源与节能.2013.09期

[2]赵立军.240t/h循环流化床锅炉中心筒改造[J].设备管理与维修.2010.08期

[3]秦慈进梁吉伟.循环流化床锅炉飞灰含碳量影响因素研究[J].节能.2010.10期

[作者简介] 孙海(1985―),男,内蒙古人,毕业于内蒙古工业大学,助理工程师,现从事火力发电厂运行管理工作。

上一篇:浅议火电厂脱硫、脱硝、除尘 下一篇:无线通信中微带滤波器的研究与设计论述