论文-循环流化床锅炉冷渣器结渣分析

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循环流化床锅炉冷渣器结渣分析华觉琪（创成监理公司连州电厂Ⅱ期工程监理部）摘要：本文对连州电厂#3炉试运期间发生的风水联合冷渣器结渣现象进行分析，提出改进意见。关键词：循环流化床冷渣器结渣分析连州电厂Ⅱ期2×135MW机组，配备哈尔滨锅炉制造厂生产的HG-440/13.7-L.WM9循环流化床锅炉，于2004年2月10日顺利地通过72+24小时试运正式移交生产，投入商业运行。该锅炉自试运行以来一直存在着排渣不畅，经常因冷渣器结渣而影响锅炉的正常运行，主排渣口没有渣出，渣块堵住冷渣器底部的粗排渣口，不得不减负荷，用风镐将Ⅰ室块渣打碎，采用紧急排渣等措施。移交生产后，排渣问题依然存在，每班用两辆手扶拖拉机，十几个民工出渣。不仅劳动强度大，生产环境恶劣，车间灰尘浓度大，对设备安全运行构成严重威胁。1排渣设备概况和运行现状1.1本锅炉采用两台风水联合冷渣器，前墙排渣方式，前墙下部左右各有1个排渣口，通过锥形阀与冷渣器连接。冷渣器呈矩形，内有3个室（如图1所示），3个室的风帽、布风板经风室回风管进渣管排渣口粗渣管粗渣管紧急化风室流室流化风2室流化风13主出渣口图1冷渣器示意图图1冷渣器示意图与冷渣器流化风机风管连接。Ⅰ室采用气力冷却，Ⅱ、Ⅲ室内布置蛇形管，用凝结水为冷却介质，Ⅰ室Ⅱ室相通，Ⅱ、Ⅲ室中间由风冷隔墙隔开，Ⅲ室设置有主出渣口和回风口。当炉膛床压升高到设定值时，冷渣器进口锥形阀开启，渣从侧面进入冷渣器的Ⅰ室，在Ⅰ室的冷却风量作用下，部分758

1随渣进入的未燃烬的煤，得以充分燃烧，并应呈流化状态进入Ⅱ室。同样道理，在Ⅱ室的流化状态下，渣从风冷隔墙溢流到Ⅲ室；Ⅲ室的流化风又将渣进一步冷却后从主排渣口溢流到刮板输渣机。经风水冷却后的渣温能控制在150℃以下。冷渣器底部设有2个粗排渣口，也与刮板输渣机相连。1.2运行现状：在锅炉启动过程初期，冷渣器工作，基本正常，随着时间推移，排渣就发生问题，大小渣块开始形成，Ⅰ室的压头上升，主排渣口没有渣出，Ⅱ、Ⅲ室粗排渣口也只放出少量、很细的的渣粒，即使再增加风量，也无济于事。冷渣器结焦主要发生在Ⅰ室，渣的形状除了大小不同，从拇指，到拳头大小的渣团，和成片渣块，一层一层，严重时，直至进渣管内发生结焦。但其形状基本相似，呈蜂窝状的“煤渣”，中间以黑色的煤焦核，周围粘接灰渣，与链条炉或其它固定炉排锅炉的渣块极其相似，唯一差别在于含碳量，前者为烧透含碳量很低“煤渣”。2冷渣器结渣原因分析2.1结焦机理众所周知，当灰的温度超过其软化和熔化温度时，就呈现黏结性很强的流体，与温度较低的物体相接触粘结的同时，温度下降凝结为固体，形成结焦。从试运以来，对结焦的真正原因没能真正得到认识。以为结焦是煤质不好，灰的熔点太低，强调燃煤属于易结焦煤种；或者强调什么煤油混烧时间太长、低温结焦等等。其实，即使燃煤中灰的成分结焦性较强，其变形温度和软化温度都超过1200℃。在运行的床温和渣温条件下，不可能发生结焦现象。事实证明，调试人员在运行中，尽量把床温控制在较低的水平，850℃左右，认为这样做可以解决结渣问题，其结果并不如此，冷渣器仍然结焦，也没有丝毫改善。另一种似是而非的理论把这种现象解释为低温结焦。首先，需要认识一下何谓低温结焦？低温结焦是由于灰中的Na2O、K2O成分含量较高，而Na2O、K2O在700℃左右发生升华，在Na2O.K2O的气体扩散过程中遇到400℃以上“冷”的壁面接触，熔融并粘在其上面，能吸附粘结周围的渣，所形成的焦。焦的形成位置一般在壁面，而且锅炉燃煤灰的成分中Na2O、K2O含量小于2%。显然温度在800℃左右的冷渣器Ⅰ室不具有低温结焦的条件。其实只要发生结渣，其局部温度总是高于灰的熔化温度，不能因为看到测定的温度水平不高，就称为低温结焦。如前所述，这种烧透的“煤渣”与发生在固定床锅炉的煤渣极其相似。有理由说，冷渣器流化质量恶化，或者说是局部没有流化是结焦发生的一个因素。如果冷渣器内流化质量恶化，甚至不流化，在没有达到灰的融化温度前，还是不可能发生结焦。要使冷渣器内的局部渣温升高到灰的融化温度以上，渣之间必然存在有可燃烧物和空气。显然，冷渣器内具备了这些条件。锅炉流化床内存在强烈的搅动、混合，燃烧的煤颗粒运动极不规则，在排渣过程中难免夹杂少量的煤或没有燃烬的颗粒进入冷渣器，在流化空气扩散作用下，燃烧放热。正常情况下，由于强烈混合，热量迅速扩散，温度不会升高。当流化质量恶化或不流化时，造成料层中流化部分发生膨胀，其空隙率大于不流化部分，沉积的可燃颗粒缺氧燃烧，温度升高到还原气氛下的灰熔点以上，融化并粘接周围灰渣，形成结焦。759

22.2流化质量恶化的原因由于冷渣器内渣的颗粒组成级差较大，大颗粒沉积在底部，如不能从粗排渣口及时排除，形成上部小颗粒流化而下部大颗粒仍处于固定床状态，这是导致冷渣器结渣的主要因素。当Ⅰ室分层现象产生，结渣苗头形成，此时料层中大小颗粒的分布和空隙率并不均匀，气流速度分布也往往会不均匀的。阻力小的地方自然而然气流速度大，整个料层流化质量恶化。一旦流化质量恶化，少量煤的颗粒随着渣进入冷渣器，在空气和高温的作用下燃烧，形成渣核，把周围的渣黏结在一起形成结渣。结成渣块后的重量增加，又将下沉，流化质量进一步恶化，结渣现象自下而上发生、加剧，造成恶性循环渣越结越大。这种情况下即使气流速度大于流化速度，大量空气从沟流中通过，整个料层也无法流化。由于渣中的可燃颗粒分布不均匀，有多有少，因此，结焦大小不同，一层一层没有规则。2.3冷渣器内的颗粒直径与冷态流化试验用料明显差异冷态流化特性试验时，由于几次无法出渣，片面的强调床料太粗，后来用很细的沙子做流化特性试验，并以此确定流化风量，指导运行操作。而实际运行中渣的颗粒平均直径δavz，可通过粒径平衡来计算（见图2）：davfhdavdavz图2颗粒度平衡示意图图2颗粒度平衡示意图（1）假定石灰石系统不投。不考虑石灰石颗粒的影响。其实石灰石颗粒的影响可以略而不计，其粒径在炉内几乎不变；（2）假定回料循环倍率大于5，循环部分粒径不影响粒径平衡；（3）假定灰渣比为0.5，这与实际情况相差不大；当每公斤颗粒平均直径为δav，含灰分为A公斤的煤进入炉膛，它应该分成渣和灰两部分。即，渣的平均粒径分布为：0.5*A*100/（100-Cz）*δavz飞灰的平均粒径分布为：（1-0.5）*A*100/（100-Cfh）*δavfh则，δavA=0.5*A*100/（100-Cz）*δavz+（1-0.5）*A*100/（100-Cfh）*δavfh因为Cz≤1%，略而不计，通过换算得δavz=(δav-0.5*100/（100-Cfh）*δavfh)/0.5又因为飞灰的颗粒平均直径远小于原煤颗粒平均直径，即δavfhav＜＜δav因此上式近似为：δavz≈2δav760

3显然，渣的颗粒平均直径近似等于原煤颗粒平均直径的两倍。根据斯托克斯定理颗粒下落极限速度，或流化的临界流量与颗粒平均直径的平方成正比，与颗粒的真实重度成正比。见下式：22w=g(γp-γa)d/(18γaν)当直径增加1倍，若其它条件保持不变，则临界风速或风量，将增加4倍。颗粒平均直径的变化，运行调节手段理应随着变化，实际上调试人员仍按冷态试验的结果来指导操作，势必造成流化质量恶化，冷渣器结渣。2.4对粗渣口的作用认识不足冷渣器底部有两个粗渣口，是用来及时排除底部大颗粒冷渣。运行期间考虑到总或多或少有一些较大颗粒的渣进入冷渣器，沉积于底部，可以从底部的粗渣口及时排除，以消除分层现象。试运期间，精力几乎全部放到锅炉燃烧调整方面，无暇顾及冷渣器的正常运行，每当发生冷渣器排渣困难时，再想到用粗排渣口排渣，因为已经结了焦，难以排除，不得不采用紧急排渣。似乎这种运行方式在同类型锅炉中也是司空见惯的。认为这是由于冷渣器的设计不当，没有能认真分析和正确处理。以至于冷渣器结焦问题迟迟不得解决。运行人员没能根据实际情况来调节风量，而是一味按厂家推荐的意见作为调整依据，不管床上有没有床料，风始终保持一样。没有根据流化的需要来分配调整各个室的风量。需要风量的地方风量不足，不需要风量的室风量又很大，这也是造成流化质量不好的原因之一。2.5设计上的问题冷渣器底部粗渣口直接与刮板输渣机相接，要求出渣温度低于250℃。实际上，粗渣排放时，难免会超过该温度，这样势必限制了大颗粒的排放，而且运行中很容易造成输渣机的故障。同时，冷渣器内没有象锅炉的流化床一样布置足够床温、床压测点，运行中无法判断冷渣器底部渣温和床压。3结论和建议3.1引起连州电厂#3炉冷渣器内结焦的主要因素是流化质量恶化。3.2冷渣器结焦现象，与运行方式有关，建议电厂在适当时机对该冷渣器进行流化特性试验，确定实际床料下各个室的临界风量。冷渣器与流化床锅炉不同，不存在高物料循环，仅属于鼓泡状。由于隔墙的高度只有1m，如果保持床料为500mm，那么，只要保持膨胀比在2左右，床料就可以顺利地溢流到下一室。为了防止水冷管束磨损，可以适当提高料层厚度，降低膨胀比R。同样可以正常排渣。3.3运行中应该及时放冷渣，这里的冷渣含义是指底部大颗粒渣。由于大颗粒渣，流化质量差，与其它颗粒没有发生剧烈地搅动、扩散。自然下落在下部，其温度较低，即所谓的冷渣。这部分冷渣必须及时排出，冷渣器才能保持正常运行。因此建议，冷渣器底部的刮板输渣机拆除，冷渣直接从粗渣口排在小推车上。由于所排的冷渣温度较高，对输渣机的正常运行又可能形成威胁，而且其数量不多，一个班用小推车排几次就行。3.4建议在冷渣器内加装温度和压力测点。尤其是Ⅰ室。应该使运行人员能从表计读数中了解床761

4上、床下温度情况，以判断粗渣口渣板门开关时间。从床压读数中判断床料的高度，控制锅炉的排渣速度，提高冷却效果，不使出渣温度过高。3.5适当控制入炉煤颗粒直径：调节2级碎煤机出口的粒度小于5mm，不让过大的颗粒进入炉膛。3.6用压缩空气来疏松进渣管的方式并不可取。电厂运行人员认为进渣管堵塞，可以用压缩空气疏通。其结果相反，因为进渣管堵塞，是由于下部结焦堵死，无法进渣，只要下面一通自然可以下渣。若此时再通压缩空气让渣中夹杂的可燃物能得到氧气燃烧，放热，温度升高形成进渣管内结焦。3.7由于排渣中夹杂可燃颗粒的数量与排渣量呈正比，因此尽可能保持流化床料层高度在一定的值。运行中往往当床压过高时，把锥形阀开得很大，排渣量突然增加，夹带的煤量也增加，更容易结焦。建议运行中能尽量连续排渣。762