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WGF-440t/h循环流化床锅炉返料中断异常浅析

时间:2016-11-28来源: 作者: 点击: 232次

徐州垞城电力有限责任公司  许全平

关键词 : 循环流化床锅炉  返料装置  工作原理  返料中断  分析  解决方案

  : 以徐州垞城电力有限责任公司WGF440t/h 循环流化床锅炉为研究对象,浅析循环流化床返料装置工作原理及返料中断异常,提出解决方案,提高锅炉运行的可靠性。

前言

循环流化床(CFB)锅炉是八十年代发展起来的一种新兴的燃烧技术,具有燃料适应性广、燃烧效率高、清洁燃烧等优点,不断地在工业锅炉和电站锅炉行业得到实践和发展。但是在实际的生产运行过程中也出现了较多问题,如磨损、达不到设计出力、超温、返料不稳等。本文以徐州垞城电力有限责任公司的WGF440/13.7-1型循环流化床锅炉返料装置为讨论对象,浅析返料装置的结构、工作原理及运行中出现的返料中断问题,并提出解决方案,为锅炉的安全稳定运行提供保障。

一、锅炉概况:

徐州垞城电力责任有限公司#4、#5炉为武汉锅炉股份有限公司采用ALSTOM公司循环流化床技术生产的WGF440/13.7-1型循环流化床锅炉,分别于2005年7月、9月投入运行。

锅炉采用高温超高压一次中间再热,高温绝热旋风分离器、半露天布置,配国产135MW高温超高压一次中间再热纯凝汽式汽轮发电机组。锅炉主要由炉膛、高温绝热分离器、自平衡U形双路回料阀和尾部对流烟道组成。

炉膛采用全膜式水冷壁结构,炉膛内布置有一片双面水冷壁,炉膛前上部沿宽度方向分别布置有8片屏式过热器和6片屏式再热器。炉膛底部是水冷布风板、大直径钟罩式风帽及水冷壁管弯制而成的水冷风室。风室底部的点火风道内布置有两只床下点火燃烧器,炉膛下部密相区布置有四台床上启动燃烧器,用于锅炉启动点火和低负荷稳燃。炉膛前墙布置有2台滚筒冷渣器,可以把排渣温度冷却至100℃以下。

炉膛与尾部烟道之间布置有两台内径为7.87米的高温绝热旋风分离器,布置在炉膛和尾部烟道之间。旋风分离器由旋风筒、锥体、下降管和中心筒组成。每个旋风分离器下部布置一台非机械型双路U型返料装置。进入的烟气进行离心分离,其中大部分固体粒子分离下来,通过料腿进入返料装置,在返料装置的底部装有布风板和风室,来自高压流化风机的风通过风室和布风板上的风帽来流化、输送物料,返回炉膛继续参与循环与燃烧。分离后的较清洁的烟气经中心筒,流入连接烟道,最后进入尾部对流受热面。

尾部烟道中从上到下依次布置有高温过热器、低温过热器、低温再热器、省煤器和空气预热器。过热器系统中设有两级喷水减温器,再热器系统设有事故喷水减温器和一级喷水减温器。管式空气预热器采用光管卧式布置。

锅炉给煤系统采用炉后两级给煤方式,燃煤经过一级称重式皮带给煤机,二级刮板给煤机通过双路U型返料装置返料管上的落煤管和返料掺混一起送入炉膛。

锅炉风机由两台引风机、两台一次风机、两台二次风机、两台高压流化风机组成。

锅炉的设计煤种和校核煤种见下表: 

    

  

 

设计煤种

校核煤种

全水份

Mt

%

5.5

5.50

收到基灰份

Aar

%

46.83

52.51

收到基挥发份

Var

%

19.23

17.28

收到基碳

Car

%

37.65

32.32

收到基氢

Har

%

2.80

2.57

收到基氮

Nar

%

0.69

0.60

收到基氧

Oar

%

5.89

5.94

全硫

St ar

%

0.64

0.56

收到基低位发热量

Qnet.ar

Kcal/kg

3468

2968

入炉煤粒度要求:

最大允许粒径为≤6mm    d50=1.8mm    d<200μm不大于25%

锅炉的脱硫剂采用石灰石粉及石灰石颗粒配合使用,脱硝剂采用尿素。

二、返料装置的组成及工作原理:

1、返料装置结构特点:

徐州垞城电力有限责任公司WGF440/13.7-1型循环硫

化床锅炉的返料装置为U型阀。采用了分叉管技术,即2

U型阀背靠背布置,共用一根下降管,两根上升返料管返料。下降管内径Φ1340mm。风室由2个返料风室和1个松动风室组成。返料装置内部下降管与上升管之间设有水平过渡段,中间贯通无挡板。                                1.下降管  2.水平通道  3.上升管  4.风帽(布风板)

                                                         WGF440/13.7-1CFB回料阀结构图

采用这种布置方式的优点为:

1)增大返料量;2)由于返料口增加,使得循环物料及燃料能够更加均匀的进入炉膛,与床料的掺混更加均匀;3)能够减轻返料对布风板风帽的冲击磨损程度;4)燃煤通过返料管送入,能够被高温回料提前加热,有助于劣质煤的燃烧及燃烧完全程度。

2、返料装置工作原理:

WGF/440/13.7-1型锅炉的返料装置为U型阀,属于自平衡非机械式回料阀,作用是把分离器分离下来的循环物料从分离器输送到炉膛内,另外起到密封作用,防止炉膛烟气短路,从下部进入分离器,导致分离效率下降。并通过分离器抽吸到烟道,造成炉内床料的快速流失,严重影响锅炉的运行安全。

正常运行时下降管的物料有一定高度的料位,物料在重力作用下向下移动。进入返料风室,在松动风的作用下以移动床的形态通过水平段被推送至返料口,在返料风的作用下进入上升返料管,依靠下降管与上升返料管的重力差,并克服炉膛阻力,物料被送入炉膛。完成一次物料循环。物料循环正常工况下,回料阀下降管侧压力高于上升返料管侧,其下松动风仅起松动物料的作用,在下降管内物料的阻挡下,松动风不是向上流动,而是转向上升管,同时推动水平通道中的物料向上升返料管侧移动,最后与上升管返料风合并,共同流化物料。所以下降管的松动风要有一定的压头托起物料,但流量不宜过大,阻碍物料向下流动。而上升管段的返料风量则需要一定的流量,推动物料返回炉膛。循环物料多时,下降管中料位高,松动风压头也相应增高,能把更多的物料推向上升返料管。循环物料少时,下降管中料位低,松动风压头也低,回送物料量减少。U型回料阀因此被称为自平衡阀。

三、返料中断现象及处理:

1、循环流化床的压力平衡

如图为循环流化床的压力示意图,图中整个系统的压力平衡如下:

Pb+Ps1+Ps2+Pt+Pv=0

Pt=-(Pb+Ps1+Ps2+Pv)

在循环流化床锅炉正常运行工况下,整个系统处于压力平衡状态,循环物料量处于自平衡调整工况。

返料系统是否正常运行,受外循环工况变化的影响较大。近几年,由于燃煤煤质的变化及原煤仓的结构问题,锅炉在运行中断煤频繁,从而使得炉膛内燃烧工况变化较大。其次,锅炉在负荷调整过程中,给煤量的调整幅度较大,也会对燃烧工况产生较大影响。另外,长时间的低负荷运行,锅炉燃烧工况也极不稳定。运行工况的变化对整个锅炉的压力平衡造成了较大扰动。由于返料的自平衡调整需要一定时间,外循环工况的大幅频繁变化影响了返料系统的正常运行。返料中断异常基本上均在以上几种运行工况下出现。

2、返料中断现象过程及处理:

2016年4月1日,由于#5炉布袋除尘器除尘1列布袋脱落,解列处理,#5炉负荷降至85MW运行。由于布袋脱落的处理需要较长时间,负荷也只有额定出力的60%多一点,长时间的低负荷运行,使锅炉的燃烧工况处于较不稳定的状态。从而影响了返料系统的稳定运行。

2016年4月3日19时06分,#5-1分离器下降管底部压力由5000Pa左右突增至最高13800Pa,中部压力突增最高至5200Pa,然后稍有回落。19时09分,#5-1分离器下降管底部压力又突增至10200Pa,中部压力增至8900Pa,风室压力由12.9Kpa降至12.4Kpa,判断#5-1分离器下降管堵塞,返料中断,运行人员增开高压流化风机吹扫,#5-1恢复返料,风室压力恢复至13Kpa。

但稳定工况维持时间较短,19时58分,#5-1分离器下降管底部压力由5000Pa左右又突增,最高至13400Pa,中部压力增大至最高11000Pa,20时02分,#5-2分离器下降管底部压力突增,最高至16000Pa,中部压力增大最高至21000Pa,长时间居高不下,两侧返料均中断。锅炉风室压力快速下降,最低降至12.08Kpa。20时18分增开高压流化风机吹扫,20:19分#5-1返料恢复,20时20分#5-2返料恢复。风室压力快速上涨至13.8Kpa。停止备用高压流化风机运行后,#5-1返料下降管底部压力又快速上升,返料中断。被迫立即增开高压流化风机吹扫疏通。停运备用高压流化风机后,返料仍不稳定,20时38分两侧返料再次均中断。再次增开高压流化风机吹扫进行疏通。

针对返料运行极不稳定的这种情况,经过分析后,采取了相应的调整措施:1、21时08分将#5炉负荷增加至90MW运行,给煤量由40T/H增加至44T/H(由于布袋除尘1列的解列,给煤量只做了小幅调整),提高锅炉燃烧的稳定性;2、21时10分对返料装置松动风和返料风进行了调整。#5-1两侧返料风门门开度分别由50%、43%调整至33%、37%,#5-2两侧返料风门门开度分别由41%、39%调整至30%、20%。调整过后,返料于21:14恢复正常。以后未再发生返料异常现象。锅炉恢复正常运行。

3、返料中断原因分析:

经认真分析返料中断现象存在以下几方面原因:(1)低负荷情况下锅炉的燃烧工况不稳定,外部工况的不稳定,使循环工况的压力平衡短时失衡,循环工况波动较大,易造成返料系统的异常。(2)低负荷工况下,由于循环倍率是固定的,给煤量的减少使得返料量减少,这种情况下,返料风如果未做调整,在返料量不变的情况下,返料流速加快,返料密度下降,充满程度降低,之前锅炉在停炉检修时,发现返料管中存在积碳,就是由于返料充满程度下降,对经落煤口送入的燃煤的托举包围能力降低,落煤进入返料管后,如果湿度偏大,流动性偏差,就容易在返料管底部部分堆积,在返料的高温烘烤下,形成积碳。另外返料充满程度下降与返料流速的增加,致使高压流化风流向返料管流量增加,由于高压流化风具有高压头低流量的特点,而且返料风与松动风共同取自一根母管,返料风室与松动风室之间无挡板,因此造成松动风的压力损失较多,降低了对下降管物料的托举流化松动能力,在外循环扰动的情况下,下降管中物料向下的压力波动幅度较大,极易出现松动风室塌床返料中断的异常工况。在这种工况下采取的增加给煤量措施,目的是提高循环量,增加物料循环的稳定,提高返料量的密度。降低返料风量的目的是提高返料密度,降低松动风量的流失,稳定松动风压力,保证松动风的流化松动能力。

因此,为避免返料中断异常的出现,首先,应尽可能保证锅炉燃烧工况的稳定即外循环的稳定,其次,应根据不同的负荷工况,对返料装置的返料风及松动风做及时调整,保证松动风压头的稳定,提高物料循环的稳定性。

四、结论:

循环流化床锅炉外循环工况的不稳定是造成返料中断异常出现的根本原因,因此,在锅炉的运行中应尽量保证燃烧工况的稳定。在出现返料工况异常时,应认真分析产生原因,采取针对性的调整措施,保证物料循环的稳定。

 

参考文献:

[1]  冯俊凯,岳光溪等,循环流化床锅炉,中国电力出版社,2003

[2]  杨建华,屈卫东等,HG-440t/h循环流化床锅炉回料阀运行特性分析,锅炉技术,2004

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