为什么大型电厂多采用煤粉炉?

为什么大型电厂多采用煤粉炉?

循环流化床锅炉效率高、污染低、煤种适应性好.它几乎可燃用各种品质燃料,如泥煤、烟煤(包括高硫煤)、无烟煤、矸石、焦炭、工业废料、城市垃圾等.床内直接添加石灰石等脱硫剂,投资小、脱硫效率高(当Ca/S＝1.5～2.0时,脱硫效率可达85%～90%).这种炉型是目前环保节能型电厂的发展方向.国际上循环流化床锅炉已进入大型化、商品化生产阶段,国内越来越多的厂家也投入了循环流化床锅炉的研制和生产,安装循环流化床锅炉的坑口电站遍及全国各地.循环流化床燃烧技术是一种新技术,锅炉结构特殊,燃烧方式与煤粉炉有本质的区别,国内在安装技术方面与煤粉炉相比还有一定差距.本文只对几个突出的问题提出自己的看法,与煤粉炉类似的问题不再涉及.
1 磨损问题
循环流化床锅炉燃用粒径在13 mm以下的煤粒,流化风速很大(通常为5～10 m/s).磨损问题是该锅炉最大的问题.
1.1 燃烧带的磨损
炉膛布风板周围为四侧水冷壁,在布风板上部3.5 m高度范围内水冷壁的内外侧全部焊接销钉,整体浇注“耐高温耐磨浇注料”,外侧安装金属护板.向火面的浇注料层厚度通常为20 mm.这个区域称为“燃烧带”.
燃烧带包围的空间称为“燃烧井”,燃烧井是循环流化床锅炉燃烧的中心,进行煤粒流化、燃烧、燃尽全过程.燃烧带的磨损全部由耐高温耐磨浇注料来承担,浇注料的材质和施工质量是减小磨损的重点.
首先是选材问题,国内生产耐高温耐磨浇注料的厂家很多,材料的种类也很多,浇注料在不同温度下的耐磨度相差很大.有的材料在1 400～1 600℃范围内耐磨度最高,但在800～1000℃温度区耐磨度很低,故材料的选用很关键.循环流化床锅炉的燃烧温度为800～1 000℃,因此要选用在这个温度区耐磨度最大的材料.
施工质量也是一个重要问题,在施工中需注意以下几点：
(1) 水灰比必须控制好,一般浇注料加水7%～8%,要严格按材料使用说明书施工.加水量增加1%,浇注料强度降低20%左右(未加考证).施工用水必须洁净,酸碱度要符合要求.
(2) 搅拌要均匀,使用强制性搅拌机,搅拌至糊状.搅拌好的浇注料不可存放时间过长.
(3) 使用小直径振捣棒或片式振捣棒,将浇注料振捣实.
(4) 烘炉温升曲线严格按材料供应厂家提供的资料进行
1.2 水平烟道的磨损
水平烟道是烟气从炉膛进入旋风分离器的通道,结构一般为底面和两侧墙砌耐高温耐磨砖,顶部为耐高温耐磨浇注料.水平烟道入口四周的水冷壁,其向火面焊接销钉,敷设耐高温耐磨浇注料.高速烟气携带十几倍于进煤量的未燃尽的煤粒和飞灰,旋转90°进入水平烟道,在入口处对水冷壁形成冲击,因此在入口处水冷壁向火面必须敷设400 mm宽的浇注料.水平烟道通流面积小,烟气从炉膛进入水平烟道后流速增大.同时水平烟道截面为渐缩喷嘴状,烟气流速在水平烟道内逐渐增大,在旋风分离器进口风速达到12～18 m/s,对四壁的磨损很大,也有可能引起四壁振动.
此处耐高温耐磨浇注料的选材和施工要求与燃烧带相同.
耐高温耐磨砖和砌砖用耐火泥也存在选材问题,必须选用800～1 000℃温度区耐磨度最大的材料.选材的失误会造成永久的后患,严重影响电厂的安全经济运行.
水平烟道侧墙不可砌筑成单墙,增加牵连砖也不能解决根本问题,长时间冲刷、振动会造成墙体倒塌.侧墙与护板之间要用耐热钢筋连接,在高度方向每500 mm至少连接一道.无护板的墙体要将相邻两墙连成整体,同样在高度方向每500 mm至少连接一道.
1.3 旋风分离器和料腿的磨损
旋风分离器的作用是利用离心力分离烟气中的灰粒,分离后烟气进入后竖井；灰粒下降至料腿,通过返料器进入燃烧井再次燃烧.旋风分离器上部圆顶和下部锥体为耐高温耐磨浇注料,中部直筒砌筑耐高温耐磨砖,旋风分离器外部安装护板.料腿为一圆筒状,内部打浇注料,中部为料腿水冷套,外部安装护板.烟气夹带灰粒进入旋风分离器形成高速旋转气流,形成对分离器内壁的磨损,特别是水平烟道对面的部分筒壁,气流直冲,是磨损最严重的部位.
旋风分离器在安装过程中需注意几点：
(1) 分离器外部护板要保持同心度,托砖架、拉钩安装牢固且保证尺寸.
(2) 耐高温耐磨砖和耐高温耐磨浇注料除保证内在质量外,安装尺寸也要保证.筒体、锥体和顶部任一截面都要保证同心度,表面整齐光滑,避免发生局部严重磨损.与料腿的连接部位要平滑过度,避免发生喉部结焦,引起旋风分离器堵塞.
(3) 膨胀缝整齐、尺寸正确、填料合适.膨胀缝太小,机组运行中因膨胀不畅,造成炉墙或浇注料脱落；膨胀缝太大,会从膨胀缝引起局部磨损.
料腿内部敷浇注料,其选材和施工质量要求与其它部位相同.这里需特别指出的是,料腿内部空间很小,是保证施工质量的难点.往往因为质量问题导致料腿磨损,从膨胀缝破坏开始,直至露出承压部件.因此对料腿部位浇注料的施工质量需特别注意.
1.4 受热面的磨损
旋风分离器后部安装有过热器、省煤器等,管排与护板之间砌炉墙或浇筑耐火混凝土,管排与炉墙之间的间隙要严格控制.间隙过小影响受热面的正常膨胀,间隙过大会形成“烟气走廊”.“烟气走廊”内烟气流速比平均流速大3～4倍,磨损量与飞灰浓度成正比,与烟气流速的3.5次方成正比,如下式：
T＝Kμω3.5·τ
式中T——磨损量,g/m2；
μ——飞灰浓度,g/m3；
ω——烟气流速,m/s；
τ——时间,h；
K——磨损系数,K＝Cη；
其中C——飞灰磨损系数,与飞灰性质和管束结构有关；
η——飞灰撞击机会率,与灰粒所受惯性力和气流阻力有关.
在“烟气走廊”,磨损量比正常磨损量增大几十倍.省煤器区域管排密布,烟气流速较高,因此,消除“烟气走廊”是减小省煤器管排磨损的十分关键的环节.在管排施工期间,控制管排与立柱之间的间距,管排与护板之间的距离；在炉墙砌筑期间,控制托砖架、拉钩与管排之间的距离,最后控制炉墙与管排之间的距离.如果还有误差,可以把炉墙一层砖向内伸出一定距离,或加装防磨板,使各处烟气流通面积一致.
2 返料器
返料器是循环流化床主要的组成部分之一.烟气携带的灰粒和正在燃烧的煤粒,通过炉膛进入分离器,在分离器内大部分固体颗粒被分离下来,经返料器又回到炉内,而烟气则通过分离器上部进入尾部受热面.一般循环流化床锅炉的循环倍率为5～20,十几倍于给煤量的返料灰需经过返料器返回燃烧室再次燃烧,同时循环倍率的大小也靠返料器来调节.因此返料器是关系到锅炉燃烧、过热汽温和负荷的重要部件.
返料器的安装要点：
(1) 保证返料器与料腿的相对尺寸.
(2) 返料器各个风帽小孔的孔径不同,相互只差0.5 mm.一般情况下孔径大的风帽安装在返料侧,孔径小的风帽安装在料腿侧.风帽小孔必须全部畅通,最下一层孔与返料器下平面保持10 mm的距离.不分清风帽类型安装的返料器,返料不畅.
(3) 返料器内部几何尺寸要严格控制,上部舌板的高度和前后距离、下部返料板的高度和角度、上下两板的重合高度等都是关键尺寸,上下两板的重合高度一般为40～50 mm.这几个关键尺寸有一个存在误差,便会导致返料不畅或不返料.
(4) 返料器砌筑材料为耐高温耐磨砖,材料选用为800～1 000℃温度区耐磨度最高的材料.材料不合格,返料器不能承受持续高温而发生故障,只能停炉处理.
3 漏风问题
漏风问题对循环流化床锅炉影响很大.既给锅炉调节带来困难,又降低电厂的热效率,同时也污染环境.
3.1 流化床风室漏风
风室漏风使其不能形成等压风室,布风不均匀,流化床存在局部死区.死区内燃料着火缓慢,一旦燃烧后热量又难以及时带走,形成局部热点,导致结焦.
床下点火的锅炉,其风室易发生漏风部位及处理办法：
(1) 点火装置与风室连接处.点火装置在点火时受热膨胀,与风室炉墙以及护板之间留有一定的膨胀间隙,容易发生泄露.安装时点火装置与炉墙之间应将填料安装合适；点火装置与护板之间需加装膨胀吸收装置,密封焊接.
(2) 风室人孔门.风室在点火时内部温度很高,密封填料容易烧坏,人孔门在高温下会产生变形,这两种情况下都会发生漏风.因此,要安装耐高温的密封填料,人孔门增加刚度；点火时,适当缩短点火时间,控制点火温度.
3.2 旋风分离器漏风
旋风分离器内气流高速旋转,使飞灰及物料从烟气中分离出来.分离器漏风破坏了分离器内空气动力场,使分离器效率降低,旋风分离器出口飞灰浓度增大,尾部竖井磨损增大.消除分离器漏风的关键在于：
(1) 分离器外护板焊缝严密,炉墙砌筑砖缝不透风；
(2) 料腿观测窗密封严密.
3.3 一次风机出口挡板内漏
锅炉点火前须启动一次风机,观测流化,增加氧量.锅炉点火时关闭一次风机出口挡板,待点火器正常燃烧后开启一次风机挡板.如果挡板不严密,给点火造成困难,只能停一次风机后再点火.风机频繁启动,对风机安全运行不利.锅炉运行中需要不断调节一次风量和风压.因此出口挡板的严密性、准确性至关重要.
(1) 风机选型时,要考虑一次风机挡板的严密性和可调性.
(2) 风机安装后,调节出口挡板开度范围为0～100%,如果不能调节到零位,加装毡垫或胶垫.
4 风帽
流化床风帽应用较广的有蘑菇型和柱型两种,风帽上均匀开8～12个小孔,小孔直径一般为5～6 mm,所有小孔流通面积的总和与布风板面积之比叫做“开孔率”.通常开孔率为2.2%～3.0%左右.通过小孔的风速在30～40 m/s之间.风帽制造一般有两种方法：(1)整体式,风帽整体铸造一次成型；(2)加工式,风帽铸造后再行加工、钻孔、热处理.
停炉后检查,床面平整,但是经常会发现有的风帽自小孔处裂缝或脱落.分析其原因有3条：
(1) 加工式风帽热处理不彻底,有残余应力存在.
(2) 风帽破裂时间一般在停炉压火过程中(如果发生在运行期间,由于布风不匀会导致结焦),说明停炉压火方法不正确.
(3)启动点火时使用点火装置时间过长,风室温度过高,使风帽内部金相组织发生了变化.
因此,在安装过程中尽量采用整体式风帽,风帽下部与耐火层结合部位严密牢固.启动点火时严格控制点火时间和点火温度,停炉压火严格执行规程.
循环流化床的优点是燃料适应性广泛、有利于环境保护、负荷调节性能好、燃烧热强度大、炉内传热能力强、灰渣的综合利用性能好.缺点是大型化困难、自动化水平要求高、磨损严重.