循环流化床锅炉飞灰可燃物含量高的原因分析

The Analysis on High C ontent of C ombusibles in Boiler Flying Ash in

Circulating Fluidized Bed

姚　欣

(大化集团热电厂, 辽宁　大连　116031)

摘要:针对大化热电厂2台CF B 锅炉存在飞灰可燃物含量偏高的问题进行燃烧调整试验, 分析各种因素的影响, 提出改进措施和建议。

关键词:循环流化床锅炉; 燃烧调整; 飞灰可燃物

[中图分类号]TK 224. 1+1[文献标识码]B [文章编号]1004-7913(2003) 11-0024-04

　　大化热电厂安装了2台220t/h 循环流化床锅炉, 由哈尔滨锅炉厂采用芬兰Ahlstrom 公司的Py 2roflow 型CF B 技术设计制造, 分别于1995年和1996

年投产。经过几年的运行, 锅炉飞灰可燃物含量一直在18%～24%之间, 为了解锅炉的运行特性, 进行了燃烧调整试验, 分析原因并提出改进措施。

布置翼墙式的Ⅱ级过热器和水冷屏。

高温烟气夹带部分颗粒由炉膛出口进入2个高温旋风分离器, 分离下来的颗粒经过典型的L 型回粒阀送回炉膛, 热烟气夹带少量细颗粒进入尾部烟道。尾部烟道竖井内从上到下依次布置Ⅲ级过热器、Ⅰ级过热器、省煤器和空气预热器。预热器出口烟气经过电除尘器除去飞灰颗粒, 再经过引风机排入大气。

1　锅炉设备简介

111　锅炉规范

额定蒸发量　　　　　　　　220t/h 减温水量

过热蒸汽出口压力(表压) 排烟温度过热蒸汽出口温度预热器进口温度

汽包工作压力(表压) 一次热风温度给水温度二次热风温度给水压力(表压) 锅炉设计效率112　锅炉的结构

418t/h 9181MPa 149℃540℃33℃11. 01MPa 179℃215℃169℃11. 3MPa 90. 67%

2　试验工况参数及结果

燃烧调整试验依据G B10184—88《电站锅炉性

能试验规程》进行, 以锅炉常用工况为基础, 测定改变过剩氧量、床压、床温等运行参数和煤质特性对燃烧效率及飞灰可燃物的影响, 找出相互作用的规律或趋势。由于试验期间是非取暖期, 热负荷较低, 再加上入炉煤质波动较大, 粒度不符合要求、风量调整受限等, 对于燃烧调整和结果分析均有一定影响。燃烧调整试验主要数据及结果见表1。

3　试验结果分析

311　

排烟氧量的影响

大部分的一次风作为流化风, 通过布风板给入

炉膛, 小部分的一次风作为燃烧风(下二次风) 从布风板上方约300mm 处的10个喷嘴给入炉膛。二次风除少量作为给煤机的加压密封风外, 其余通过预热器后分成两部分, 一部分给布风板上部2400mm 处的11个二次风喷嘴和4个启动燃烧器提供燃

烧风(上二次风) , 另一部分作为播煤风从给煤点处给入炉膛。炉膛采用膜式水冷壁结构, 炉膛上部

图1　排烟氧量与飞灰可燃物的关系

表1　燃烧调整试验主要数据及结果汇总

项目负荷

w (C ar ) /%w (H ar ) /%w (O ar ) /%w (N ar ) /%w (S ar ) /%w (A ar ) /%w (M t ) /%w (V du f ) /%

工况1工况2工况3工况4工况5燃料特性

工况6工况7工况8工况9工况10工况11

　　　　　　　　　　85%MCR　　　　　　　　　　　　　　　　　70%MCR　　　　　　　85%MCR70%MCR

[***********][***********]3665

[***********][***********]18624572

[***********][***********]223237

[***********][***********]19696

[***********][***********]16921024

[***********][***********]14423434

[***********][***********]10323908

[***********][***********]0422819

[***********][***********]10922420

[***********][***********]813521622

[***********][***********]14222018

Q net 1ar /(k J ・kg -1)

运行参数

一次风环管风量/(m 2・h -1) 布风板风量/(m 3・h -1) 一次风总风量/(m 3・h -1) 一次风温/℃一次风总风压/kPa 二次风大环管风量/(m 3・h -1) 二次风小环管风量/(m 3・h -1) 二次风总风量/(m 3・h -1) 二次风温/℃二次风总风压/kPa 总风量(m 3・h -1) 一次风率/%床压/kPa 床温(上) /℃床温(中) /℃床温(下) /℃炉膛出口(左1) /℃炉膛出口(右1) /℃排烟温度(左) /℃排烟温度(右) /℃排烟温度(就地) /℃排烟氧量/%　　排烟氧量(就地) /%主汽压力(前) /kPa 主汽压力(后) /kPa 主汽温度/℃　　

35868

31013

32096

34341

32341

28396

31063

36712

34030

37415

35600

[***********][***********][***********]0

[1**********]15

[1**********]

[1**********]13

[1**********]16

[1**********]11

[1**********]4

[1**********]18

[1**********]

[1**********]7

[1**********]17

[1**********]11

[***********][***********][***********]8

[***********][***********][***********]5

[***********][***********][***********][***********]37

[***********][***********][***********][***********][***********]6538

[***********][***********][***********][***********][**************]39

[***********][***********][***********][***********][**************]38

[***********][***********][***********][***********][***********]538

[***********][***********][***********][***********][***********]15536

[***********][***********][***********][***********][***********]15538

[***********][***********][***********][***********][***********]2912533

[***********][***********][***********][***********][***********]914538

[***********][***********][***********][***********][***********]538

[***********][***********][***********][***********][***********]35

炉膛出口(左2) /℃774133炉膛出口(右2) /℃937167

2003年第11期东北电力技术　　　　　　　　　　　　　　　

续表

项目负荷

-1

工况1工况2工况3工况4工况5运行参数

16013

[***********]03298

工况6工况7工况8工况9工况10工况11

　　　　　　　　　　85%MCR　　　　　　　　　

18713

[***********][***********]189

[***********][***********]117594188

[***********][***********]14792174

　　　　　　　　70%MCR　　　　　　　85%MCR70%MCR

[***********][1**********]

[***********][***********]14496127

[***********][***********]14694112

[***********][***********]1619416

[***********][***********]894143

[***********][***********]12695152

18917主汽流量/(t ・h )

给水温度/℃　　19718

17518给水流量/(t ・h -1) -1

减温水流量/(t ・h ) 1419甲吸风机电/A 55乙吸风机电流/A 54高压风机电流/A 155二次风机电流/A 32一次风机电流/A 94

飞灰/%

大渣/%燃烧效率/%

[1**********]17

灰渣可燃物分析

[***********]941829514

　　注:工况1———7月5日14:30～16:10; 工况2———7月6日10:00～12:00; 工况3———7月6日13:40～15:20; 工况4———7月7日

8:40～10:20; 工况5———7月7日13:40～15:20; 工况6———7月10日10:30～12:10; 工况7———7月10日14:00～15:40; 工况8———7月11日8:50～10:30; 工况9———7月11日; 13:00～14:40; 工况10———7月12日11:20～13:00; 工况11———7月12日14:20

～16:00。

所测风量数据均在标准状态下。

从炉内燃烧情况及试验结果分析, 炉内似处于

缺氧燃烧状态, 这是目前飞灰可燃物含量较高的主要原因之一。312　床压的影响

试验期间冷渣器故障停运后, 采取间歇排渣, 床压不好控制, 因此保持床压较低, 但仍能看出床压变化的影响趋势

。

图2　燃烧效率与排烟氧量的关系

飞灰可燃物含量与排烟氧量的关系见图1。由

图可见, 当排烟氧量增加时, 飞灰可燃物降低。这是由于当排烟氧量增加时, 炉内氧浓度相应提高, 有利于煤的燃尽, 使飞灰可燃物下降。图2为锅炉燃烧效率与排烟氧量的关系曲线, 表明随着排烟氧量增加, 燃烧效率上升。但排烟氧量过大会增加排烟热损失(q 2) , 应综合考虑不致使排烟热损失过度增大的前提下, 适当提高过剩氧量。

大化电厂CF B 锅炉在高负荷时, 二次风调节门开至最大(达不到所需风量和风压) , 一次风调节门受水冷壁磨损的限制开度一般不超过55%, 造成锅炉燃烧风量不足。就地和试验用氧量表均显示排烟氧量偏小, 一般在3%以下。

试验中发现二次风风压低, 在415kPa 左右, 由于压头低, 二次风的穿透深度和扰动能力差, 燃烧室中、上部的核心区域氧量低甚至会出现负氧区, 燃烧不充分。

图3　飞灰可燃物含量与床压(85%MCR)

图3为在85%MCR时, 飞灰可燃物含量与床

压的关系曲线。随着床压升高, 飞灰可燃物减少。床压的大小间接表明了炉内床层的高低, 在一定流化风速下, 床压升高时, 炉膛内床层相对增高, 炉内物料浓度增大, 使得随流化风从炉底向上运动的细小煤粒与床料碰撞的几率增大, 难以飞出炉膛, 这就延长了细小颗粒在炉内停留时间, 提高其燃尽度。运行中在综合考虑其它因素(如床层良好流化、正常排渣、合理的风机电耗) 的前提下, 可适当提高运行床压, 以降低飞灰可燃物。

由于冷渣器运行不正常, 采用间歇排渣方式,

造成床压波动较大, 不利于床压控制和燃烧。313　煤质的影响

由于厂内可供选择的煤种有限, 试验煤种不是最佳选择。

由表1可见, 试验期间总计11个工况的燃煤大致可分为以下两种。第一种高热值、低挥发分、灰分偏低:Q net. ar =24572～23237k J/kg ; w (V daf ) =12192%～11144%; w (A ard ) =21185%～19146%.

314　床温的影响

床温是CF B 锅炉的重要运行参数, 从有利于燃烧的角度看, 提高床温是有益的。因为逃离分离器的细颗粒(飞灰) 带走的未燃烧损失是由反应动力控制的, 提高燃烧温度可缩短燃尽时间从而降低飞灰可燃物含量。因此对于难燃烧煤种, 可适当考虑提高床温以保证燃烧稳定与减少固体未燃烧损失。当然要控制床温低于煤的变形温度100～200℃以防止结焦, 还要考虑脱硫反应的最佳温度(850℃左右) , 因此床温不宜超过950℃。315　旋风分离器效率的影响

第二种为热值偏低, 挥发分稍高、灰分高:Q net. ar

=22819～19696k J/kg ; w (V daf ) =18169%～15142%; w (A ard )

=29111%～21118%。这两种

煤均属于低反应能力的贫煤, 尤其是第一种煤, 尽管热值较高, 但挥发分很低, 接近无烟煤, 是一种非常难以燃尽的煤种。

要降低飞灰可燃物含量, 提高锅炉效率, 应尽可能采用高热值、高挥发分的煤种, 但也需综合考虑有关因素, 如燃烧、煤价、运费等, 这样才能使营运方式更加合理。

燃煤的粒度分布对燃烧和传热也起很大影响。试验煤样和渣样的粒度筛分结果见表2。

表2　试验样品的粒度分布

筛孔直径/mm 样品名称

>16>10>8>5>2>1>0171>0128>0118>01154>011>0105>0

[***********][***********][***********]7167100

分离器效率变化对炉膛床料粒度、底渣粒度、

燃料停留时间、飞灰和底渣排出比例产生影响。提高分离效率, 使更多的细颗粒被收集送回炉膛循环燃烧, 增加细颗粒在燃烧室内的停留时间, 降低飞灰可燃物含量, 提高燃烧效率。

4　结论与建议

a. 　当排烟氧量增加, 飞灰可燃物降低, 燃烧效

率上升。综合考虑不致使排烟热损失过度增大的前提下, 适当提高过剩氧量。推荐的排烟氧量控制值如下:315%(MCR ) :412%(85%MCR) ; 510%(70%MCR ) ;610%(55%MCR) ;810%(30%MCR) 。

二次风风压低和风量不足的问题, 建议对风道和预热器进行彻底检查找漏, 也可将二次风小环管即播煤风改用一次风代替, 相应增加了二次风大环管即燃烧风风量。如果上述改进后二次风压、风量还不够, 建议对二次风机进行增容。

b. 　随着床压升高, 飞灰可燃物有规律减小。运行中在综合考虑其他因素(如床体良好流化、正常排渣、合理的风机电耗) 的前提下, 可适当提高床压在510～615kPa 范围, 以降低飞灰可燃物。

c. 　飞灰可燃物随着燃煤挥发分提高而降低。大化电厂CF B 锅炉主要烧辽宁西马煤, 挥发分很低, 与无烟煤接近, 属于难以着火和极难燃尽的煤种。要降低飞灰可燃物后尽可能采用高热值、高挥发分的煤种, 但也需综合考虑各有关技术经济因素, 如:锅炉热效率、结焦的危险、运行成本、检修周期及费用、煤价及运费等。

要严格控制入炉煤粒度

筛余量/%

70%MCR煤85%MCR煤70%MCR渣85%MCR渣

[***********][***********][***********]00100

[***********][***********][***********]1100100

[***********][***********][***********]100

　　由表2可以看出, 试验煤样和渣样的中位径(X 50) 都在1mm 左右, 粒度偏细。由于试验取样所限, 煤和渣的样品中较大颗粒没有取得。从给煤机检查口和锅炉排渣情况看, 入炉煤中存在相当多的较大颗粒。入炉煤的粒度不符合设计要求, 一方面存在粒度很大的颗粒, 严重影响锅炉的正常流化和安全运行。另一方面入炉煤中细颗粒组分偏高, 会引起下床温的降低, 其现象是底渣的细粒度组分较高。这都会使锅炉以不合理的方式运行(如:不得不采用高风量; 床温差别大等) , 使底渣和飞灰可燃物含量升高, 还易出现炉膛水冷壁管磨损等问题。

200MW 机组调峰运行时长叶片安全可靠性分析

Analysis on Safety and Reliability for Long Blades under

Regulating Operation M ode for 200MW G enerating Units

郭玉双, 文　博, 霍春艳

(沈阳电力高等专科学校, 辽宁　沈阳　110036)

摘要:对200MW 机组参与调峰运行时末级叶片的运行安全性作了详细的分析, 分析了产生脱流的机理及其严重的危害性, 提出了相应的防范措施以及200MW 机组参与调峰运行时应综合考虑末级叶片的强度。关键词:调峰运行; 末级叶片; 安全可靠性

[中图分类号]TK 267, TK 263. 3　[文献标识码]B 　[文章编号]1004-7913(2003) 11-0028-02

　　随着人民生活水平的不断提高, 用电结构发生

了巨大的变化, 电网峰谷差越来越大, 200MW 及以上机组参与调峰势在必行。目前东北电网运行的国产200MW 机组是按照基本负荷设计的, 机组服役年龄也在15a 以上。由于设计时各种条件的限制, 这些机组在参与调峰运行时, 不同程度的存在安全可靠性方面的问题。末级长叶片是大功率机组最重要的叶片, 它对整台机组的安全可靠性影响重大, 当机组在调峰运行带部分负荷时, 末级叶片根和叶片顶部会产生一定尺寸的脱流倒流区, 甚至可影响到次末级, 这种不稳定的分离流动给叶片以强烈的激振, 甚至引起危险的颤振。运行实践经验表明, 大机组事故中, 30%是由于叶片损坏事故引起的。而叶片损坏事故绝大部分是由于叶片振动所致, 另外, 汽流的倒流还会使水滴冲刷动叶根部出汽边而产生水蚀和腐蚀。

汽缸壁和下面轮毂的廓线无分离的顺利通过, 但在偏离设计工况时, 由于汽流容积流量的减少, 在叶片根部形成一个脱流区, 由于流体具有粘性, 在这个死区内将产生强烈的漩涡, 使叶栅根部损失大幅度增加。由于径向压力梯度的增大, 使叶片表面上形成的附面层向根部堆积, 更加剧了根部汽流的脱离。影响脱流特性的因素很复杂, 但设计工况下根部反动度影响最大。200MW 机组在设计时是按带基本负荷设计的, 为了减少汽流弯应力, 其根部反动度取较小值, 当此类型机组参与调峰运行时, 其叶片根部出现过大的负反动度, 致使叶片根部汽流分离, 严重时可扩展到次末级(见图1、图2) 。

2　脱流对叶片安全性的影响

211　叶片的冲蚀

1　脱流产生机理

机组在设计工况下运行时总是假定汽流是沿上燃料厂房内卸煤沟贮煤量, 不从露天煤场上煤, 可

以有效地减少二级破碎堵煤现象。

d. 　对于难燃煤种, 适当提高床温可以降低飞灰可燃物。当然要综合考虑脱硫反应的最佳温度和煤的变形温度等, 床温的控制不宜超过950℃。

e. 　提高旋风分离器的效率, 降低飞灰可燃物含量。将入口烟道缩口适当提高分离器进口风速, 适当加长中心筒长度都可以提高分离器效率。

f. 　采用飞灰再循环可以将未能燃尽的飞灰可

关于末级叶片的冲蚀损伤, 国外早在20世纪

60～70年代就做过大量的试验研究, 国内对200MW 等级及以上机组的末级叶片的充实损伤作过报导。通过对200MW 机组末级665mm 叶片做物含量。

影响锅炉热效率的主要因素为排烟热损失(q 2) 和固体未完全燃烧热损失(q 4) , 减少固体未完全燃烧损失主要通过降低飞灰可燃物含量来实现。大化热电厂CF B 锅炉设计q 4为2148%, 实际在5%左右。因此优化锅炉运行方式, 降低飞灰可燃物含量, 对提高锅炉的热效率和经济运行具有重要意义。作者简介:

姚　欣(1968-) , 女, 学士, 高工, 现从事热电厂技术管理工作。

(收稿日期　2003-03-09)

燃物引入炉膛再次燃烧, 可以有效地降低飞灰可燃