淺談220t/hCFB鍋爐在燃用無(wú)煙煤摻燒煤矸石的運(yùn)行實(shí)踐

福建省安溪煤矸石發(fā)電有限公司     黃立亮

1    鍋爐概況

    福建省安溪煤矸石發(fā)電有限公司，是利用天湖山礦區(qū)無(wú)煙煤、煤矸石和臟雜煤等低熱值燃料資源建設(shè)的綜合利用發(fā)電廠，集節(jié)約能源、資源綜合利用與保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)為一體。是目前福建省單機(jī)容量最大的煤矸石發(fā)電廠?，F(xiàn)有2臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐是由濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)制造的單汽包自然循環(huán)、集中下降管、平衡通風(fēng)、汽水冷組合式旋風(fēng)分離器、兩級(jí)噴水減溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高溫高壓CFB鍋爐。

    鍋爐爐膛采用全膜式水冷壁懸吊結(jié)構(gòu)；爐膛內(nèi)布置有6片屏式過(guò)熱器，高溫、低溫過(guò)熱器采用懸吊結(jié)構(gòu)布置于尾部豎井上部，旋風(fēng)分離器采用汽、水冷組合式分離器，其中汽段作為過(guò)熱器受熱面的一部分，水段作為水冷系統(tǒng)中的一部分，分離器下部安裝由U型返料器，將循環(huán)物料送回爐膛燃燒；省煤器采用蛇形光管支撐結(jié)構(gòu)；管式空氣預(yù)熱器采用臥式結(jié)構(gòu)。

流化床采用水冷布風(fēng)板，大鐘罩式風(fēng)帽，設(shè)四個(gè)排渣口，通過(guò)滾筒冷渣器冷卻后由皮帶送入渣倉(cāng)。

2   混合燃用無(wú)煙煤及煤矸石的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)

2.1點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程

   針對(duì)福建無(wú)煙煤和煤矸石燃點(diǎn)較高，難于著火的特點(diǎn)，為了保證點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行并把溫升控制在合理范圍內(nèi)，鍋爐點(diǎn)火采用床上、床下聯(lián)合點(diǎn)火的方式。床下2組點(diǎn)火燃燒器，即在風(fēng)室后側(cè)一次風(fēng)的兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口各布置一組；床上靠落煤口處布置3組點(diǎn)火油槍。啟動(dòng)過(guò)程先投入床下油槍，按照鍋爐溫升要求逐步投入床上油槍，啟動(dòng)過(guò)程中床溫400℃左右，脈沖投入煙煤進(jìn)行引燃，當(dāng)床溫850℃左右即可逐步切換無(wú)煙煤燃燒。

2.2鍋爐燃燒特點(diǎn)

   因我公司兩臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)煤種為無(wú)煙煤（45%）+煤矸石（55%），設(shè)計(jì)低位發(fā)熱量為：2886Kcal/Kg。因此，機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)鍋爐入爐煤量及排渣量較大?？紤]福建煤矸石的碳粒子堅(jiān)硬難燃，較大碳粒子的核心很難燃盡，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)此必須采取加大物料量，增強(qiáng)爐膛熱惰性，使大顆粒碳粒子在爐內(nèi)停留時(shí)間加長(zhǎng)，促使較大碳粒子全部燃盡。本鍋爐的床面比一般爐型的床面擴(kuò)大30%，床面積達(dá)到32m2，實(shí)踐證明擴(kuò)大床面對(duì)于燃盡煤矸石及無(wú)煙煤非常有利。為保證物料正常流化，爐膛床面采用大鐘罩式風(fēng)帽，數(shù)量為1143個(gè)，并沿床面中心橫向布置4個(gè)排渣口。為便于灰渣中較大顆粒順利從爐底排出，床面風(fēng)帽布置四周略高于床面中心。

2.3旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

    循環(huán)流化床鍋爐性能的優(yōu)劣很大程度上取決于分離器分離效率的高低，提高分離器的效率是CFB鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。汽、水冷組合式蝸殼旋風(fēng)分離器是將分離器的上段（指從錐段下部以上）通過(guò)飽和蒸汽使之成為過(guò)熱器受熱面的一部分，而把錐段下部及回料腿部分作為水冷系統(tǒng)的一部分使其形成單獨(dú)的自然回路。

    旋風(fēng)分離器作為過(guò)熱器受熱面的部分在蒸汽流程上布置在屏式過(guò)熱器之前，起到冷卻分離器分離下來(lái)熱灰的作用，其冷卻效果明顯，上段殼體為蝸殼式結(jié)構(gòu)，分離器采用整體懸吊結(jié)構(gòu)便于整個(gè)分離器的膨脹。

    U型返料器的作用是將分離器分離下來(lái)的灰送回到爐膛，另一方面還要阻止?fàn)t膛內(nèi)煙氣反串到分離器內(nèi)。運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)分離器和返料器的循環(huán)灰溫度均在理想范圍內(nèi)，表明大量的循環(huán)物料能夠順利返回爐膛，保證了爐內(nèi)傳熱和床溫控制所需要的物料濃度，實(shí)現(xiàn)物料平衡和飛灰循環(huán)。

2.4蒸發(fā)器的特點(diǎn)及作用

    為了提高運(yùn)行中的爐膛溫度，滿足煤顆粒燃盡的要求，本鍋爐在設(shè)計(jì)中取消了爐堂內(nèi)的水冷屏，而改為在過(guò)熱器后設(shè)置一組自然循環(huán)的水冷蒸發(fā)器，蒸發(fā)器采用φ38×5螺旋鰭片管制成，煙氣橫向沖刷管束，具有良好的換熱效果。蒸發(fā)器能平衡過(guò)熱器后的高溫?zé)煔?，防止省煤器沸騰度過(guò)高，提高鍋爐給水質(zhì)量，延長(zhǎng)省煤器的使用壽命，降低排煙溫度等方面都有非常大的作用。

2.5二次風(fēng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的控制

    為了提高煤的燃盡率，降低耗氧量，解決好氧量在爐膛內(nèi)分布均勻的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中采用了較高的二次風(fēng)速，另外采用較大口徑的二次風(fēng)噴口，以增加二次風(fēng)的剛度和穿透能力。二次風(fēng)采用三層布置，可滿足在不同高度爐膛所需風(fēng)量的要求。這樣鍋爐在較低負(fù)荷時(shí)可將部分二次風(fēng)口關(guān)閉，以保持二次風(fēng)的壓力，保證二次風(fēng)噴口的風(fēng)速和穿透能力，達(dá)到良好的風(fēng)煤混合燃燒的目的。

2.6鍋爐防磨措施

    鍋爐防磨是提高循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要保證。CFB鍋爐在燃用福建無(wú)煙煤和煤矸石混合燃料時(shí)，磨損問(wèn)題顯得尤為重要。因爐膛灰渣濃度及內(nèi)循環(huán)灰量較大，貼壁回流的灰渣對(duì)水冷壁和衛(wèi)燃帶耐火材料磨損是不可避免的，特別是水冷壁與耐火材料結(jié)合處尤為嚴(yán)重，因此設(shè)計(jì)中采用了三種防磨措施：1、采取水冷壁讓彎技術(shù)，在四面水冷壁與耐火材料結(jié)合處使管子讓開(kāi)一定距離， 使管子避開(kāi)磨損區(qū)域。2、在讓彎區(qū)下的耐火材料部位沿爐膛四周澆注一道防磨圈梁。3、對(duì)磨損部位仍采取超音速噴涂耐磨合金材料。這樣三項(xiàng)防磨措施，基本保證水冷壁的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。另外，分離器及返料器均采用敷設(shè)耐磨澆注料以保護(hù)受熱面免遭飛灰的直接沖刷；尾部受熱面在防磨重點(diǎn)部位安裝防磨保護(hù)瓦。即使采取了以上措施，鍋爐磨損仍然是將來(lái)困擾鍋爐機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的首要問(wèn)題，也是同類型鍋爐努力改善和避免因磨損造成爆管的關(guān)鍵之處。

3性能測(cè)試

    2006年4月我公司委托杭州華電電力試驗(yàn)研究所對(duì)#1鍋爐進(jìn)行額定負(fù)荷下的鍋爐效率、空預(yù)器漏風(fēng)、鍋爐最大出力等幾項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

此處有圖，網(wǎng)站顯示不出

   從試驗(yàn)結(jié)果看，#1鍋爐的整個(gè)燃燒情況經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行和調(diào)整后，最佳鈣硫比下的鍋爐效率的達(dá)到84%左右。主要問(wèn)題是飛灰含碳量較高。一般運(yùn)行期間，飛灰含碳量值都在18%以上。主要原因是燃料采用福建無(wú)煙煤和煤矸石的混合煤種。

4運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題

4.1入爐煤顆粒度的問(wèn)題  

  由于煤矸石煤質(zhì)堅(jiān)硬，破碎較為困難，目前我公司采用的是齒輥式破碎機(jī)，該破碎機(jī)很難保證入爐煤的顆粒度，一般顆粒度≥10mm的高達(dá)15%以上，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)25%左右。主要原因是破碎機(jī)齒板磨損十分嚴(yán)重，間隙調(diào)整頻繁，故障率較高。因此導(dǎo)致入爐煤顆粒度難以保證。入爐煤顆粒度直接影響到鍋爐的正常流化及穩(wěn)定排渣，大顆粒沉積在爐膛底部容易造成流化困難及排渣不暢等現(xiàn)象發(fā)生。目前我公司正準(zhǔn)備對(duì)燃料破碎系統(tǒng)進(jìn)行改造，以滿足鍋爐對(duì)燃料顆粒度的要求，防止粒度過(guò)大或過(guò)細(xì)的情況發(fā)生。

4.2鍋爐尾部受熱面積灰問(wèn)題

   由于鍋爐沒(méi)有安裝吹灰系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐連續(xù)運(yùn)行15~20天左右，尾部受熱面積灰較為嚴(yán)重，尤其是過(guò)熱器管束上積灰較多，影響換熱效果，減溫水量急劇減少甚至關(guān)閉，主蒸汽溫度難以保證。現(xiàn)已通過(guò)安裝聲波吹灰器試運(yùn)行效果明顯。目前鍋爐吹灰系統(tǒng)正在完善之中。

4.3鍋爐原煤倉(cāng)堵煤?jiǎn)栴}

   煤倉(cāng)堵煤是一直困擾鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的難題，尤其是雨季，煤倉(cāng)中燃煤水份含量較高的情況下，煤倉(cāng)堵煤的情況更是頻繁發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)如疏通不及時(shí)，極易引起鍋爐滅火事故。目前通常是通過(guò)改變煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)、增加高分子材料的襯板以及安裝煤倉(cāng)疏通機(jī)等方法改善煤倉(cāng)堵煤的現(xiàn)象。另外嚴(yán)格控制入爐煤的表面水分含量是防止煤倉(cāng)堵煤的有效措施之一。

4.4煤矸石摻燒比例的控制及經(jīng)濟(jì)性分析

為了提高我廠兩臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐安全性、經(jīng)濟(jì)性，確保煤矸石綜合利用效益的最大化，規(guī)范燃燒調(diào)整、優(yōu)化鍋爐運(yùn)行操作，目前我們正在進(jìn)行對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃用福建無(wú)煙煤摻燒煤矸石的燃燒效果及經(jīng)濟(jì)分析等方面進(jìn)行全面的燃燒試驗(yàn)。因該試驗(yàn)正在進(jìn)行中，尚未完成，在這里不做深入探討。