双引风机对220thCFB锅炉燃烧效率的影响

双引风机对240t/hCFB锅炉燃烧效率的影响（陕西黄陵煤矸石发电公司发电运行部大学生班组研究课题一）课题成员：苏春岩卢伟杰刘梦娅胡庆峰王志杰焦腾飞郜志广摘要：本班组通过对黄陵煤矸石发电公司240t／h循环流化床锅炉进行燃烧调整试验，分析了几个主要的影响因素，并讨论了这些因素对飞灰含碳量和底渣含碳量的影响，在结合实际运行情况的基础上。给出了一个经济运行工况的参数范围，对我厂锅炉的经济运行提供了一定的理论依据。关键词：循环流化床锅炉；燃烧调整；底渣含碳量；飞灰含碳量；双引风机循环流化床锅炉是近20年发展起来的一种新型燃烧技术，它是由最初的鼓泡流化床锅炉发展而来。由于其具有燃料适应性广、负荷调节范围宽、脱硫效果好、运行成本低等优点，目前已经在电站锅炉、工业锅炉和废弃物利用等领域得到了广泛应用。循环流化床锅炉的燃烧调整是保证锅炉经济运行的重要手段，对它的研究也是循环流化床锅炉实际使用中的重要研究课题，在对其燃烧效率和热效率的研究方面已有一些研究报道，也有些研究者对循环流化床锅炉的燃烧调整进行了研究，这些都对循环流化床锅炉的经济运行起到了指导作用。循环流化床锅炉的飞灰含碳量和底渣含碳量是制约锅炉燃烧效率及热效率提高的重要原因，影响循环流化床锅炉飞灰含碳量和底渣含碳量的因素很多，运行方面的影响因素主要包括煤种特性、炉膛差压、料层差压、燃烧时间以及燃烧的氛围等。我厂两台240t/hCFB锅炉自2007年投运以来，飞灰含碳量和底渣含碳量偏高，飞灰含碳量一度曾达到14．5％，底渣含碳量达到2.5%，严重影响了锅炉效率。为此，我们对两台锅炉进行了燃烧调整试验，查找影响飞灰含碳量和底渣含碳量高的原因，在研究分析的基础上，提出相应的技术措施。本文所采用的主要调整手段是：通过调整炉膛差压、调整床温、调整料层差压控制床压、调整燃烧空气量等手段来降低飞灰含碳量和底渣含碳量，并总结我厂流化床锅炉的相关特性，为我厂运行人员提供一个经济运行的参照。1试验机组的系统及有关技术参数1．1锅炉机组的系统本文研究的机组是我厂的DGJ一240／9．8一11型循环流化床锅炉,本锅炉采用高压参数(9．8MPa，540℃)设计，与55MW汽轮发电机组匹配，可随汽轮机定压(滑压)启动和运行。锅炉水循环采用单汽包、自然循环，炉膛燃烧采用循环流化床燃烧技术，循环物料的分离采用汽冷式旋风分离器。1.2锅炉主要技术参数序号项目单位B—MCR1.锅炉蒸发量t/h2402.汽包工作压力MPa113.过热蒸汽出口压力MPa9.84.过热蒸汽温度℃5405.给水温度℃2206.饱和蒸汽温度℃3417.省煤器出口温度℃2908.空气预热器进出口温度℃20/2339.一次风率/二次风率%50/2810.排烟温度℃14011.床温℃88012.床压Pa800013.炉膛出口设计压力Pa-8700~+870014.炉膛出口烟温℃86715.炉膛出口过剩空气系数a1.251.3煤质特性及环境条件名称符号单位数据设计煤种校核煤种碳Car%34.655氢Har%2.375氧Oar%4.065氮Nar%0.57硫St.ar%0.73灰分Aar%52.465水分Mar%7.1挥发分Vdar%39.08低位发热量Qnet.v.arKJ/kg125452双引风机的燃烧调整试验与结果影响循环流化床锅炉飞灰含碳量的因素很多，下面分别讨论在燃烧调整试验中改变炉膛差压、料层差压、燃烧总风量、一、二次风量配比、床温等参数时，锅炉飞灰含碳量和底渣含碳量的变化情况。2.1双引风运行对炉膛差压的影响循环流化床锅炉燃煤粒度的分布特性对炉内炉膛差压有较大影响，过粗与过细的煤粒都不利锅炉的运行。在确定炉膛差压时，一要参考炉型，二要根据燃料性质。一般来说高循环倍率的循环流化床锅炉炉膛差压较大；低循环倍率的循环流化床锅炉炉膛差压较小；低挥发分和高灰分煤采用较小的炉膛差压(但不能低于下限500pa)，高挥发分和低灰分煤采用较大的炉膛差压（但不能超过上限2000pa）。我厂两台240t/hCFB锅炉自2007年投产以来一直以单台引风机运行（单台引风机能够满足负荷要求），炉膛差压一直维持在0.6kpa-0.75kpa之间运行，由于是单台引风机运行，炉膛差压调节范围较小，飞灰和底渣含碳量较高。经过课题组一年的分析研究，且通过大量的试验，终于在2011年找出飞灰和底渣含碳量高的原因之一是单台引风机运行使一、二次风量及炉膛差压调节范围较小造成，下面将试验过程作一介绍。通过改变一、二风与引风配比调整炉膛差压。第一次试验，调大引风使炉膛出口负压维持在-200pa以上，此时炉膛差压值为650pa。取样测得的飞灰含碳量为16.5%，底渣含碳量为2.8%。由循环流化床锅炉燃烧理论可知，一次通过炉膛没有燃尽而循环次数又不多的焦炭颗粒是造成飞灰含碳量偏高的主要原因。由于引风较大，炉膛差压较小使得飞灰在稀相区还来不及燃烧就随烟气排出炉膛。由于炉膛差压较小，飞灰在稀相区浓度较小，从而造成循环灰量减少，炉膛床温升高，底渣含碳量减小。炉膛的飞灰颗粒没有充分的燃烧时间是造成飞灰含碳量高的主要原因。床温提高是底渣含碳量减小的主要原因。因此，我们逐渐减小引风增大炉膛差压，使飞灰含碳量和底渣含碳量控制在最小范围内。如图1所示，经过多次试验我们最终得出炉膛出口负压控制在+50kpa,炉膛差压控制在1.25kpa时飞灰含碳量和底渣含碳量降幅最大。飞灰由14.3%降至12.5%，底渣含碳量由2.6%降至1.4%。但是由于我厂所燃煤主要以中煤、风井煤和煤泥为主，运行中有时煤质变化较大，灰份随煤质变化而变化，导致稀向区的飞灰浓度偏离原调整工况。在运行中我们时刻进行调整。我们认为，炉膛出口负压应控制在-50pa-+50pa,炉膛差压控制在1.25kpa-1.30kpa以内为佳。2.2双引风机运行对床温的影响循环流化床锅炉的床温受煤种、一次风量、二次风量及循环灰量等多种因素的影响，床温变化直接影响锅炉运行中的脱硫效率和Nox的排放量。由燃烧理论可知，燃烧反应的温度对于焦碳所参与的各级反应的反应速度都有很大影响，提高反应温度将使反应速度增大。在有限的燃烧时间内，使焦碳迅速燃烧，可以很大程度提高燃烧效率。前面已经讲到由于我厂两台240t/hCFB锅炉自2007年投产以来一直以单台引风机运行（单台引风机能够满足负荷要求，考虑到两台引风机运行会增大厂用）且一、二次风及引风调节范围较小，导致风煤配比调节范围小，使床温始终维持在790℃-810℃之间运行。飞灰含碳量为%，底渣含碳为%，课题组经过查阅大量资料，通过多次计算，决定打破思维定式，启动两台引风机运行。在给煤量不变的前提下，增大一、二次风量及引风量来提高床温，实施后平均床温提高了75℃，产汽量增大10t/h。课题组通过大量试验，试验数据显示改变一、二次风量、床压及总风量对改善飞灰含碳量幅度较小，但是提高床温可以有效降低飞灰含碳量。如图2所示床温从850℃升高到900℃时，飞灰含碳量下降了2.5个百分点，效果十分可观。因此通过改变风煤配比，提高运行床温可以有效地降低飞灰含碳量，讨论分析后床温控制在880℃-900℃之间。2．3双引风机运行对燃烧总风量调整的影响循环流化床锅炉飞灰含碳量和底渣含碳量与燃烧空气的总量也有关系。单台引风机运行时，总风量提不起来使炉膛出口氧量偏低，炉内燃烧空气缺乏，氧浓度较低，不利于碳颗粒的燃尽，造成飞灰含碳量升高；采用双引风机运行后不仅提高了炉膛出口氧量，而且保证炉膛内燃烧充分，使飞灰含碳量有效降低。课题组经过大量试后发现，炉膛出口氧量超过一定值后，提高锅炉过量空气系数，飞灰含碳量没有明显变化，如图3所示。从图3可以看出，炉膛出口氧量从0．6增大至3．5时，飞灰含碳量下降6．2个百分点，而氧量继续增大时，飞灰含碳量下降并不明显。2．4双引风机运行对一、二次风量调整的影响循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，床上密相区燃烧所需的空气主要由一次风供给，二次风主要供稀相区颗粒的燃烧。循环流化床锅炉运行时有大量的固体颗粒从密相区扬析出来，因此在炉膛中上部的气固混合对该区域内颗粒的燃烧及燃尽有很大的影响。单台引风机运行时，由于引风出力不足的影响，二次风量加不起来，导致稀相区固体颗粒燃烧不足，飞灰含碳量增大。课题组经过分析后，决定双引风机运行，提高二次风量。通过大量试验后，课题组发现在实际运行中对燃烧空气的调整，应在保证充足的燃烧空气条件下，提高二次风的刚性以增强二次风与固体颗粒的混合，如果存在下层二次风距离密相区较近，可以相应提高上二次风量，固体颗粒浓度较小有利于气固充分混合，使得焦碳燃烧更为充分。图4显示了不同上下二次风比例对飞灰含碳量的影响。由图4可以看出，上下二次比例的提高，有助于炉内颗粒的燃尽，降低飞灰可燃物含量。2．5双引风机运行对床压调整的影响课题组通过多次实际运行调整发现，双引风机运行时，随着床压的升高，固体未完全燃烧损失减少。在一定的流化风速下，床压升高，炉膛内床层相对较高，炉内物料浓度增大，使得随流化风从炉底向上运动的煤粒与床料碰撞的几率增大，延长了燃煤颗粒在炉内停留时间，提高了煤粒的燃尽度。综合考虑床层流化、排渣、风机电耗及炉内磨损等因素条件下，适当提高运行床压，有利于降低灰中的含碳量，提高煤粒的燃烧效率。如图5给出了调整床压时，底渣含碳量的变化情况。床压保持在6．0—7．0时，底渣含碳量稳定在1.0-1.5%之间。3.双引风机运行对厂用电率的影响课题组经过近一年的运行调整发现，单台引风机和双台引风机在满足外界满负荷的前提下，单台引风机达到满负荷运行时电流最大值为81A，双台引风机电流和为120A。通过大量查阅经济小指标得出，当把两台引风机电流调相同时（即各为58A）液耦出力最大，厂用电率增加值最小。双台引风机比单台引风机每小时多耗电：W=√3UIcosΨ=√3*6*(116A-81A)*0.86=312.74.结论经过对上述参数的调整，得到了各种运行参数对底渣和飞灰含碳量的影响，通过分析给出了我厂锅炉一个经济运行的参数变化范围：炉膛出口负压控制在：-50pa-+50pa；炉膛差压控制在1.25kpa-1.30kpa;燃烧总风量：炉膛出口氧量3.5%-4%；二次风的配比：上下二次风的比例保持在2-2.5之间；床温保持在：880℃-900℃之间；床压保持在6．0—7．0kpa.运行在上述工况下实测飞灰含碳量从原来的%降至%，底渣含碳量从%降至%。锅炉效率较调整前提高百分点，达到%。事实证明我们所采取的双引风机的燃烧方式，对锅炉的燃烧效率和热效率都有很大提高，具有非常可观的经济效益。产生的经济效益计算可得：已知本厂煤的灰分为Aar%52.465，飞灰和底渣渣比例为,4:6，单台炉耗煤量40t/h，每年按利用5000小时计算，可节约煤T=用煤量*52.465*60%*底渣含碳量下降百分比*+用煤量*52.465*40%*飞灰含碳量下降百分比。