火電廠循環(huán)流化床鍋爐床溫控制的優(yōu)化分析

循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程包括燃燒和循環(huán)燃燒，采用床下點(diǎn)火分級(jí)燃燒，中溫分層灰渣以干法排出。通過水冷螺旋出渣器、灰冷器、灰斗等順序排出，飛灰率低。鍋爐高溫分離器進(jìn)口采用了一種新型的氮化硅材料，具有更好的耐久性。循環(huán)灰輸送系統(tǒng)通常由回料管、溢流管、灰渣冷卻器組成，循環(huán)后的灰渣再利用。鍋爐的溫度控制是由自動(dòng)控制的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)無法正常運(yùn)行時(shí)通過人工控制溫度來保持一定的溫度。1循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐由燃料系統(tǒng)、氣水系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)、飛灰再循環(huán)系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)構(gòu)成，不僅決定了循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行，而且還關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)。這些系統(tǒng)都是獨(dú)立的，但任何一個(gè)系統(tǒng)出了問題，都會(huì)導(dǎo)致循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行癱瘓。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中必須時(shí)時(shí)關(guān)注各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，以保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2循環(huán)流化床鍋爐床溫影響因素的研究2.1給煤量一般來說，給煤量對(duì)床溫度的控制有很大的影響，這就增加了控制床溫度的難度。當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，當(dāng)燃料粒子被送入爐中時(shí)，需要一段時(shí)間的燃燒，此時(shí)，爐膛中的燃料會(huì)更多，從而導(dǎo)致爐膛的溫度上升。在高負(fù)載條件下，延遲時(shí)間可達(dá)1分鐘。而且，當(dāng)燃油的數(shù)量越來越多，在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一種燃燒現(xiàn)象，從而引起床內(nèi)溫度迅速上升，從而使床內(nèi)溫度無法控制。煤粉是影響煤層溫度的最直接和主要的因素，而滯后是煤層調(diào)節(jié)床溫的最大特征，使其難以調(diào)整。在起動(dòng)階段，煤床溫度較低，使煤粉在投入后到達(dá)著火點(diǎn)的時(shí)間更長。起始煤的吸熱比放熱大，使床內(nèi)溫度持續(xù)降低。隨著煤層厚度的增加，流化速率的減小。煤粉進(jìn)入煤層后，大部分都懸浮在煤床的上層，與熱床物料的混合情況不佳，導(dǎo)致煤體的吸熱和放熱失衡，吸熱比放熱大。床內(nèi)溫度不發(fā)生變化；一段時(shí)間后，因積炭過多而引起爆炸，使床內(nèi)溫度急劇升高。在初期停止加煤后，床溫達(dá)到最大，隨后床溫降低，需要增加煤來保持床溫，這時(shí)床溫已經(jīng)恢復(fù)到了常態(tài)，不易積聚，需要的煤量雖然很大，但比床溫低的時(shí)候要容易。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，在啟動(dòng)過程中或床溫比正常床溫低時(shí)，由于床溫低，調(diào)整煤床溫度的延遲時(shí)間較長，不宜過長，容易引起床溫波動(dòng)，而且床溫越低，這種滯后現(xiàn)象就越明顯。加煤時(shí)也要加大空氣流量，但要經(jīng)常調(diào)整，以保持床的溫度在很小的范圍內(nèi)。若此時(shí)床下油槍已經(jīng)投入，爐膛內(nèi)的一次風(fēng)容積會(huì)因高溫而增大，從而增加了氣流的流動(dòng)速度，因此，為了降低一次風(fēng)對(duì)床溫的影響，確保加熱速度。在普通爐床溫度下加煤，可以使?fàn)t膛具有較高的熱容，加熱后迅速燃燒，使?fàn)t膛溫度降低，從而大大降低了給煤的延時(shí)。在加煤后1分鐘左右，爐膛溫度就會(huì)升高，達(dá)到高峰，隨后爐膛溫度會(huì)隨可燃物的降低而降低。通過對(duì)多種運(yùn)行條件的比較，結(jié)果表明，從開始加煤1～4分鐘后，床內(nèi)溫度逐漸升高，隨著給煤的增加，床內(nèi)溫度的波動(dòng)也隨之增大。另外，由于循環(huán)流化床中有大量的熱床料和較大的熱容量，所以在給煤量較少的情況下，其床溫不會(huì)很快降低。除了進(jìn)煤時(shí)機(jī)、進(jìn)煤方式、進(jìn)煤速度等因素外，還受燃料特性的影響。煤種的改變使給煤量也隨之發(fā)生變化。當(dāng)煤種突然好轉(zhuǎn)時(shí)，氧氣含量下降，氣溫蒸汽壓力升高，說明給煤量太大，為了使床溫穩(wěn)定，必須減少進(jìn)煤。由于給煤粒徑小于設(shè)計(jì)，顆粒尺寸不大的煤集中進(jìn)爐，容易被煙氣引入稀相區(qū)，導(dǎo)致密相區(qū)燃燒比例下降，這時(shí)氧量沒有顯著的改變。為了保持床溫和氧含量，必須減少一次風(fēng)量，增大二次風(fēng)量。2.2流化質(zhì)量形成與下降爐床溫度測量值降低后，床壓、風(fēng)室壓降低，而當(dāng)床溫恢復(fù)時(shí)床壓和風(fēng)室壓力都升高，這與爐膛內(nèi)的溝流現(xiàn)象相一致。溝流的形成會(huì)使?fàn)t膛中的材料流化品質(zhì)降低，從而使?fàn)t膛局部溫度降低，甚至出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。影響流化品質(zhì)的主要原因有3個(gè)：（1）爐體內(nèi)部的材料粒度分布不均勻，且存在大量的微粒。由于入爐燃油是全煙煤，具有較高的熱值和揮發(fā)性，并具有良好的灰化性能；爐膛中的脫硫石灰石粒徑也較小，導(dǎo)致了爐膛整體顆粒尺寸較小。（2）風(fēng)盤的阻力小，易導(dǎo)致布風(fēng)不均。（3）料層過薄，或料層過于潮濕，容易發(fā)生黏合。從各項(xiàng)參數(shù)來看，下床壓力約為7.0kPa，料層厚度適中不是導(dǎo)致流化性差的主要原因。綜合考慮，考慮到入爐燃油和石灰石粒徑很難得到很好的改善，本文著重對(duì)布風(fēng)板的影響因素進(jìn)行了研究。2.3燃煤質(zhì)量通過調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床鍋爐的整體燃燒效率得到了改善，而且煙氣中的氧氣含量也比較低，通常不會(huì)超過5%，但是隨著燃料的增加，產(chǎn)生的熱量會(huì)越來越多，溫度也會(huì)越來越高，所以要降低燃煤量，以達(dá)到控制床溫的目的。同時(shí)，當(dāng)煤粉在燃燒過程中粒徑越大，則越容易造成煤粉聚集，從而使煤的相對(duì)密度降低，從而使?fàn)t膛溫度升高。在這種情況下，要想達(dá)到控制床溫的目的，就必須加大一次風(fēng)量，減少二次風(fēng)量。另外，爐渣在鍋爐中積聚，不僅會(huì)造成料層厚度的增大，而且還會(huì)使床溫上升，所以，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)充分考慮這一因素，從而合理地控制料層的厚度。2.4一次風(fēng)量一次風(fēng)會(huì)對(duì)床內(nèi)溫度產(chǎn)生很大的影響。在CFB中，一次風(fēng)主要有2種功能，一種是流動(dòng)的，另一種是燃燒的。與此對(duì)應(yīng)，一次風(fēng)對(duì)床內(nèi)溫度的影響主要有2個(gè)方面：（1）風(fēng)量大，密相區(qū)的煙氣也會(huì)帶走大量的熱，導(dǎo)致床內(nèi)溫度降低；（2）空氣流量越大，氣液湍流越激烈，為碳顆粒提供的氧氣越多，而燃燒的放熱越多，床內(nèi)溫度也就越高。這是2種不同的傾向，同時(shí)，一次供氣不足對(duì)床溫的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面，尤其是在煤多風(fēng)少的情況下，密相區(qū)的燃燒放熱會(huì)導(dǎo)致床內(nèi)溫度下降，如果將其誤判為缺煤，則會(huì)導(dǎo)致床溫進(jìn)一步下降。風(fēng)量的調(diào)整一般是隨著進(jìn)煤量的不同而改變的，風(fēng)煤的配比是運(yùn)行調(diào)整的關(guān)鍵，必須保證一定的進(jìn)煤量?？傮w來看，一次風(fēng)量和進(jìn)煤量的變化趨勢基本一致，在加煤過程中需要先吹風(fēng)，在減煤過程中需要后降風(fēng)，這時(shí)一次風(fēng)的調(diào)節(jié)效果并不顯著。在爐膛溫度為780～900℃的供煤量保持不變的情況下，大量的運(yùn)行工況分析結(jié)果顯示，一次風(fēng)會(huì)使床溫降低，而一次風(fēng)會(huì)降低床溫。在這段時(shí)間，一次風(fēng)能更好地調(diào)節(jié)床內(nèi)溫度。給煤和流化風(fēng)是影響床溫的主要因素，在鍋爐負(fù)荷和進(jìn)煤量比較穩(wěn)定的情況下，可以根據(jù)流化風(fēng)量的大小來調(diào)節(jié)床溫，但是，對(duì)流化風(fēng)的調(diào)節(jié)強(qiáng)度也有一定的限制，如果床溫過高、過低、要求大，就可以通過調(diào)節(jié)給煤量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。2.5床高從部分小型CFB鍋爐的實(shí)際操作結(jié)果顯示，可以通過降低床高使床層溫度保持在較高的水平。但是，有一些與之相反的操作資料顯示，床溫升高，說明大容量和小循環(huán)流化床的操作有不同之處。床料增大，不僅提高了儲(chǔ)熱性，而且還增大了料層的阻力，密相區(qū)的流化風(fēng)量減小，氣流進(jìn)入懸浮空間的粒子數(shù)量減少，密相區(qū)、稀相區(qū)都是低氧燃燒，導(dǎo)致了燃料的燃盡率下降，導(dǎo)致了燃燒放熱量的降低。隨著氣流流量的增大，密相區(qū)內(nèi)的氣固積累變得更加劇烈，粒子在空氣中的濃度也隨之升高，燃燒的放熱也隨之增大。2.6循環(huán)灰度循環(huán)流化床鍋爐單位時(shí)間的循環(huán)灰可以達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)的20～40倍。由于灰渣的熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煙氣的熱容，這種灰渣會(huì)嚴(yán)重地影響爐膛下部的溫度均衡。燃煤顆粒的燃燒過程中，煙塵與回爐灰同時(shí)被排出。循環(huán)系數(shù)降低會(huì)導(dǎo)致理論燃燒溫度升高。此外，在循環(huán)物料回送溫度升高的情況下，在其他參數(shù)相同的情況下，床層溫度會(huì)隨著床內(nèi)熱平衡而升高，以保持一定的床溫，這時(shí)應(yīng)該加大循環(huán)速率。循環(huán)流化床鍋爐的灰料流速是保持鍋爐穩(wěn)定的主要因素，同時(shí)也是鍋爐在設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中必須加以控制的一個(gè)重要指標(biāo)。目前，通常采用兩種方式：爐內(nèi)設(shè)置受熱面和外置流化床。兩種方法的溫度控制方式不同。第一種方案是通過調(diào)整回料量來調(diào)整床層中的固相濃度，改變壁面的傳熱，進(jìn)而改變床面的吸熱，從而達(dá)到改變床面溫度的目的。第二種方法是調(diào)整固體物質(zhì)在流化床交換器中的比例，并將其送回到燃燒室內(nèi)。3循環(huán)流化床鍋爐床溫偏高解決措施3.1合理控制床層厚度料層和爐膛壓力是物料循環(huán)的2個(gè)主要監(jiān)控指標(biāo)，直接影響爐體的質(zhì)量和回灰量，直接關(guān)系到鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。在正常工作時(shí)，一次風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和變頻器的開度保持不變，如果床層壓力差異增大，則表明料層厚度增大，可采用啟動(dòng)冷渣器排渣，減少爐壁厚度，一次排渣量不宜過大，以免影響流化。在排渣完畢后，要把排渣閥門關(guān)緊，防止冷氣外泄，造成渣管結(jié)渣。在排渣過程中，通常采用風(fēng)室靜壓，風(fēng)室靜壓等于布風(fēng)板的阻力和料層的阻力，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可以根據(jù)風(fēng)室的靜壓來估計(jì)物料的壓差和厚度。3.2返料溫度與返料量回料系統(tǒng)是循環(huán)流化床鍋爐中的一個(gè)關(guān)鍵部件，它的工作質(zhì)量對(duì)整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。旋風(fēng)分離器下面是一個(gè)回收機(jī)，兩個(gè)回收機(jī)都是鋼殼和耐火材料的內(nèi)襯?；亓蠙C(jī)內(nèi)部的松散氣流和回料風(fēng)均采用高壓冷氣，通過小型風(fēng)罩輸送?；亓下蕦?duì)鍋爐床溫度的影響很大。在回料量增大時(shí)由于循環(huán)材料的溫度比密相區(qū)的溫度低，因此，低溫循環(huán)材料會(huì)進(jìn)入爐內(nèi)，吸收熱量，降低床內(nèi)的溫度。循環(huán)物料升溫也會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)的溫度上升，使鍋爐的表面受熱更加嚴(yán)重，從而影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，合理的回料溫度有利于鍋爐的正常使用。3.3優(yōu)化風(fēng)量控制風(fēng)量控制是確保流化床溫度的關(guān)鍵，合理的風(fēng)量控制可以確保流化床溫度的穩(wěn)定。首先，要確定一次風(fēng)、二次風(fēng)的大小，以確保床內(nèi)溫度的穩(wěn)定，防止溫度失控，然后由控制人員根據(jù)鍋爐的燃燒情況來調(diào)整風(fēng)量。當(dāng)燃燒負(fù)載增大時(shí)，應(yīng)首先增大空氣流量，然后才能增大進(jìn)煤量?？刂迫藛T可以根據(jù)供煤量和系統(tǒng)參數(shù)來確定最大值，從而獲得最佳的風(fēng)量，從而有效地防止了風(fēng)量的急劇變化，并對(duì)鍋爐的風(fēng)量進(jìn)行了合理控制，減少了煤量的變化。3.4適當(dāng)提高床壓床壓力對(duì)控制床內(nèi)溫度有很大影響。而床層壓力的變化與其穩(wěn)定臨界壓力下降密切相關(guān)。當(dāng)保持空氣流量不變時(shí)，其阻力也不會(huì)發(fā)生變化，從而增加了風(fēng)盤的穩(wěn)定臨界壓力和風(fēng)盤的阻力之差，從而有利于鍋爐的正常工作。布風(fēng)板穩(wěn)定臨界壓力降與床高之比D/L關(guān)系密切，且隨床徑、床高比的增加而減小。因此，在確定了風(fēng)盤和爐膛結(jié)構(gòu)后，適當(dāng)增加床壓，可使床寬、床高之比減小，從而降低了布風(fēng)板的臨界壓力降；在保持流化風(fēng)量相同的條件下，布風(fēng)板的阻力保持不變，也就是說，增加了布風(fēng)板的阻力和穩(wěn)定臨界壓降之間的差值，從而保證了操作的安全性。3.5鍋爐壓火與停爐時(shí)的床溫控制在循環(huán)式流化床鍋爐的壓火作業(yè)中，必須及時(shí)停用供煤，當(dāng)床溫降到一定的下限時(shí)，必須立即關(guān)掉送風(fēng)設(shè)備，保證送風(fēng)設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài)，然后再關(guān)掉引風(fēng)機(jī)和回料器，減少壓火后床料的結(jié)渣現(xiàn)象。另外，在壓火過程中，還必須對(duì)爐床的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證壓火前的溫度不