略谈东锅DG35/3.82-17型循环流化床锅炉的改进和优化
栏目:锅炉设计 发布时间:2018-08-21

1.前言

福建省石狮热电厂新建的两台DG35382--17型循环流化床锅炉是东方锅炉厂在四川省二郎山电厂的DG3538216型锅炉(分离器为下排气旋风筒)的基础上根据福建无烟煤的特点和用户的意见改进设计制造的。两台锅炉于19991月移交试生产。运行一年多的情况表明该炉燃用福建无烟煤燃烧稳定、效果良好。19996月福建省电力试验研究院对两台炉进行测试,各项指标达到设计要求。这是继1997年浦城正大生化公司热电厂25th循环流化床锅炉(湘锅制造)之后,又一台较好的炉型,得到省内外专家好评。

福建省循环流化床锅炉经历了近十年漫长、曲折的探索过程,如今能取得这样的成果,可喜可贺。但还应清醒地看到我省今日所达到的水平,与能源的有效利用和我省经济发展的要求还有很大差距。如何总结成功的经验,克服缺点进一步提高循环流化床锅炉的整体水平,任务还十分艰巨。撰写此文的目的在于引起人们的关注和讨论,促进该型锅炉的改进、优化。同时对其它同类型锅炉也有所借鉴。

2DG3538217型锅炉简介

2技术规范

额定蒸发量      35th        热风温度    152℃

过热蒸汽压力    382MPa     排烟温度    148℃

过热蒸汽温度    450℃         锅炉效率    82745

给水温度        150℃

22 结构与技术特点(参见附图)

单锅筒自然循环  全悬吊结构  全膜式壁轻型炉墙  露天布置

中温分离Φ1620上排气旋风筒  J形返料装置

水冷布风板上布置“7”型风帽844

密相区四周布置带翅片的竖埋管受热面

水冷风室  热烟气发生器  床下油点火

二台螺旋给煤机和一台加石灰石螺旋

布风板设计风速lms(冷态)

悬浮段设计平均烟速34ms(热态)

表面式减温器  焓降5645KJkg

23 主要结构尺寸

锅炉外形(柱中心)      908、宽600  m

布风板面积           1955×415      m2

炉膛截面积           2755×475      m2

汽包中心标高         +2730            m

炉膛出口中心标高     +2350            m

卫燃带最高点标高     +1600            m

二次风口标高         +1000            m

给煤口标高           +780             m

运转层标高           +700             m

布风板标高           +691             m

24 辅机配套

送风机(一、二次风合用);风量49326m3全风压14936Pa

电机功率315kW    引风机:78450 m3h  3307Pa  电机功率132kW

罗茨风机(供返料用):风量750 m3风压98000Pa  电机功率55kW   配变频调速器调节返料风压

3.运行情况分析

3主要特点

31锅炉可靠性强、可用率高、连续运行时间较长。

19991月至今运行一年多来,燃用福建龙岩、天湖山等地无烟煤(煤质见表一)。总的情况是较好的,燃烧稳定、安全可靠。据1999年统计,1#2#两台35th锅炉全年累计运行时间分别为7529--~7191小时。99年热电厂全年供热时间为8424小时,1#2#锅炉可用率分别达8938%和8536%。锅炉最长连续运行时间(无压火)分别为2068~22225小时。所配6000kW抽凝式发电机组,在全年对外供热874977GJ的同时,发电377183Xl0kWh。机组设备年利用时数达6286小时.

表一

 

 31出力足、负荷调节性能好

锅炉所配飞灰分离和回送装置性能较好。炉内燃烧设计合理,燃烧正常并保持较高温度。不仅在沸腾层,而且在二次风口后温度都可达9501050℃,形成炉内两个高温区。炉膛上部烟温可达850~900℃。给福建无烟煤燃烧创造了很好的条件,同时也强化了炉内换热。锅炉最高出力可达39th并稳定运行。负荷调节幅度大。在保证蒸汽参数的情况下,最低出力可小于20th。由于循环灰量较大,它对锅炉的蒸发量起着重要作用。全部关闭返料时可使出力由35th降到25th以下。

313 燃烧系统密闭性较好

一年多运行实践表明该炉的密闭性较好。在空气预热器前测得烟气中过量空气系数为1314。不仅保证了锅炉的稳定燃烧,减少排烟损失,同时也保持了较好的生产环境。锅炉采用全膜式壁(含包墙管)结构和护板炉墙以及所有管道穿墙部分都有较好的密封结构是锅炉取得良好密闭性的重要条件。

314 炉内受热面和炉内砌体磨损正常

由于循环流化床锅炉的运行特点,炉内受热面和砌体都会受到冲刷磨损,这是正常的。该炉在设计时,选取了适当的烟气流速。对受热面采取了有效防磨措施。在密相区炉墙和分离器内衬均采用了较好的耐火防磨材料。所以运行一年多来上述部分的磨损轻微。冲刷最严重的埋管受热面,经检查除进煤口、返料口和炉门等处的翅片有明显的磨损外,管道本身磨损轻微,至今仍正常使用。这也是锅炉能安全稳定连续运行的重要条件。

3主要问题

32过热蒸汽超温

从锅炉一投入运行就发现,随着返料量的增加炉膛温度不断上升,蒸发量也逐渐提高。当炉膛上部温度超过850℃后,过热蒸汽就出现不同程度的超温现象。我们曾在1#炉进行不断地增加返料的试验。当炉膛上部温度接近950℃时,过热蒸汽温度已超过480℃。即便投足减温水也难以把汽温降下来。表二所列为随机抄录的运行数据,可见一斑。因此,运行人员除投减温水外主要依靠调节返料量来控制汽温。

表二

 频繁调节返料,不仅不能实现返料的自平衡运行,同时带来不良后果。

第一、 降低了锅炉效率

循环流化床锅炉最重要特点之一是可以收集大量飞灰并使之循环燃烧,提高燃烧效率。现因气温的原因要减少循环灰量来降低炉膛温度,这就直接影响通过炉膛飞灰的燃烬度。同时,因返料减少使得分离器收集下来的飞灰,不能全部循环燃烧,多余的部分就在分离器下部聚积。当达到一定高度时,就直接从分离器中心筒排到尾部。为什么至今该炉排烟中飞灰含碳量都在3237%甚至更高。1999年两台锅炉全年平均热效率仅75%。除了供热负荷大,两台炉经常超负荷运行的影响外,还与上述原因密切相关。

第二、 损坏分离器中心筒

由于不能确切掌握分离器内聚积的灰位,并及时从排灰管中排灰。大量的灰都从中心筒排出,造成对中心筒和出口转向管的严重磨损。一年下来不得不将1#炉已经损坏不堪的中心筒和转向管全部换掉。2#炉分离器出口的两个转向管也已更新。造成人力和物力的浪费。

造成过热蒸汽超温的原因,从设计资料了解到主要是原设计选取较低的循环倍率和较低的过热器进口温度,并布置了较多的过热器面积。而实际运行的情况远高于设计值。那么出现过热蒸汽严重超温也就在所难免了。从过热蒸汽超温的现象使我们注意到这台炉的一个重要特性,就是炉膛上部温度还可以调整到900℃以上,这对提高锅炉燃烧效率是非常有利的。因此,在处理过热蒸汽超温的问题上应当削减过热器面积,而不宜以降低卫燃带高度或放灰减少循环量降低炉膛温度来迁就原有设计。至于尾部排烟温度升高的问题,对新炉可以调整设计。对旧炉可降低给水温度。

322 风帽磨损严重

DG3538217型锅炉布风采用“7”型定向风帽,出风口直径为20mm。每台炉实际布置风帽844个。风帽出风口以一定的角度围绕布风板上两个排渣口布置。运行一段时间即发现大量风帽损坏。有的风帽口缺角,严重的头部全部磨穿。一年多来部分风帽已多次更换。其数达627(1#321个、2#306)。损坏的原因主要是风帽的节距仅为90mmX90mm,以及施工的偏差,以致部分风帽喷出的空气混合了炉渣直接冲刷前面的风帽。对现有的锅炉要改变风帽节距难度太大。最好的办法是把部分风帽换成蘑菇形(或柱形)风帽以分散气流,减轻对其它风帽的冲刷。新设计的锅炉则应重新布置并以不同风帽搭配使用。

323炉壁挂焦严重

在炉内二次风口以上形成的第二个燃烧高温段,有时温度会超过1100℃(中心温度更高)。而我们的燃料灰熔点较低,以致在炉膛中形成焦块,粘附在炉壁上。严重时形如大瘤。在炉内温度变化或焦块太大时就会落下,对安全运行造成严重威胁。对此除了对入厂燃料的灰熔点加以控制外,还需要加强对炉内温度的控制。

323 热烟气发生器过于庞大

为床下油点火配置的热烟气发生器直径达1米多,横卧在锅炉房零米层,占据了过大的地面和空间。不仅使零米层过于拥挤,而且迫使锅炉布风板标高提高到691m。如果采用两个小型热烟气发生器从两侧伸入风室,不但不需占用地面位置,而且可使布风板标高降到+45m左右。即使汽包中心标高不变,也增加了燃料在炉内的有效燃烧时间。

32炉内烟气温度不能如实反映

在运行中发现表盘上所反映出的炉内烟气温度除沸腾层外,大部分与实际不符。一般都偏低50~80℃,个别地方超过100℃以上。给运行造成误导.例如炉膛上部温度表盘上还不到800℃,我们用长热电偶伸入炉内测得的数值则达900℃左右。出现这种情况的原因主要有两个。一是测点的位置不当。有的在烟气流的死角或太靠近受热面。再者热电偶伸入炉内的深度不够,一般只有300mm,这里实际上还是烟气流的边界区。从实测情况看至少要伸入600800mm

32送风机选用不当,容量过大

锅炉选用的送风机(一、二次风合用),风量58720m3h,全风压179030Pa,电机容量315KW。在实际运行中,即便锅炉负荷达到40th,风量也只有40000m3h左右,风压不超过11000Pa10KV电机的电流不到13A,与电机额定电流23A相差太大。

4.改进DG35382--17型锅炉总体设计的意见

为使今后新设计制造的该型锅炉能更有效地燃用福建无烟煤,提高锅炉热效率并使锅炉结构更加合理。除了前文所述的问题应得到改进外,希望从总体设计上作一些调整。

4进一步改善燃烧条件

41改进的重点是提高炉膛温度,增大循环倍率。原设计对炉内烟速及燃料在炉内停留的时间已作考虑,可以不作大的调整。为了进一步改善燃烧条件,有必要提高炉膛上部温度和增大循环倍率。由于福建无烟煤的特殊性,要使那些在分离器中收集不下来的飞灰粒子一次性通过炉膛时都得以燃烬是困难的。因为从该炉看,其中一些粗粒子的粒径还比较大(>100μ),并非短时间所能燃烬的。而要无限制的降低烟速或提高炉膛高度是不现实的。因此,有必要进一步提高分离器的效率,尽可能把那些≥100μ的粒子分离下来,减小逸出分离器飞灰  粒子的平均粒径。也就是让更多的飞灰参加循环燃烧,提高燃烬度。

增大循环物料浓度不仅可以提高炉膛温度,同时还可以改善炉内温度分布。为了使循环灰进入炉内能迅速燃烧并有利于密相区的热平衡,有必要提高返料灰温。

曾有人认为福建无烟煤只适用于低携带率循环流化床锅炉。本厂今年4月投入试生产的75th中倍率(设计循环倍率为1822)循环流化床锅炉有助于澄清这种观点。该炉试运行的情况表明其出力可达80th,飞灰含碳量只有20%左右。目前还在进一步调整中。这一情况也为35th锅炉的改进优化提供了重要依据。

41改进具体要求

(1)炉膛上部温度应控制在950℃左右。

(2)分离器的分离效率至少要使飞灰中≥100μm的粒子大部分分离下来。

(3)返料灰温从现在的550'C左右提高到700750℃,也就是把中温分离改为次高温分离。

(4)由于炉膛温度比原设计提高,炉内实际烟速已增大。为保持或略低于原设计烟速,可相应放大炉膛截面积。

(5)炉膛温度升高,过热器面积减少,尾部受热面积也需作相应调整,以保持合理的排烟温度。

(6)循环倍率提高必然强化炉内换热,增大蒸发量。是否需要调整炉内埋管受热面要有所考虑。

4调整锅炉总体布置

42锅炉汽包中心标高不变,把布风板标高由+691m降到+450m左右。使燃料在炉内有效燃烧高度从1570m增为19m左右。其它相关设备标高作相应调整。

42旋风分离器的位置由原来低温过热器后移到高温过热器后。分离器出口排气转向管水平进入尾部竖直烟道上部转向室。

42由于分离器从尾部竖直烟道上移开,腾出了足够高的空间,在从上到下依次布置了低温过热器、省煤器和空气予热器之后,还给下部留出一定的空间,改变了原来零米层拥挤状态,便于设备运行管理和维修。

5.几点工作建议

为使这台锅炉得以完善,并发挥它应有的作用,建议:

5东锅厂和用户密切合作,尽快把那些影响锅炉性能和安全运行的缺陷,如过热蒸汽超温、风帽磨损、温度检测不实等问题进行处理。改进锅炉性能并给它一个完好的形象。

5东锅厂可以充分利用这台锅炉作为试验台,进一步摸清循环灰量、炉内温度、出力和锅炉效率之间关系以及有关问题。找出燃烧福建无烟煤的最佳条件,改进设计,推出性能更好的新炉型。

5请有关部门在适当的时候,组织深层次的研讨交流,对进一步发展和提高我省循环流化床锅炉的相关问题进行探讨,促进福建循环流化床锅炉技术水平在近期提高一个档次。

 6.结束语

东锅DG35382—17型锅炉的投入运行是循环流化床燃烧技术用于福建无烟煤的又一次重要尝试。它的意义并不在于该炉的某些成功。而是在运行中已经或将要揭示出的炉内结构、运行参数和实际效果间的内在关系。这些将有助于人们加深对循环流化床燃烧技术及如何有效地燃用福建无烟煤的认识。有利于促进我省循环流化床锅炉的发展。

希望改进工作能有效地进行,并总结出更多的好经验,为提高我省循环流化床锅炉的水平作出新贡献。

 

参考资料:

(1)东方锅炉厂陈金火等  DG35382--17型锅炉设计资料

(2)熊正德  提高我省循环流化床锅炉热效率探讨

 

DG35/3.82-17型循环流化床锅炉简图

 

文章作者:福建石狮热电有限责任公司 熊正德