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新型燃煤型锅炉预防渣子的预设技艺

2011-07-23 03:55:47本站

  

  1锅炉屏区结渣机理和主要影响因素及防止措施

  1.1锅炉屏区结渣机理

  锅炉的结渣过程是一个不断积累、逐步恶化的过程,由沉积物的形成开始,大致可分为3个阶段:

  (1)初期沉积物,由小于10μm的灰粒构成的很薄的沉积层。其形成不受烟气速度高低的影响,可被其他固态灰分碰掉或被蒸汽吹扫掉。

  (2)内部烧结层,由粒径较大的灰熔点较低的灰颗粒的选择性沉积形成,这些灰颗粒具有粘性,约几毫米厚,不能被其他的灰粒撞击和蒸汽吹灰完全清除。

  (3)外部烧结层,由碰撞在内部烧结层上的全部灰粒子粘结形成,生成速度很快。由于内、外部烧结层之间的粘结十分薄弱,可通过吹灰清除,并常常因其自重而脱落,使管子恢复到第2阶段沉积终端的状态。

  如果吹灰不及时,随着烧结层厚度的增加,沉积物表面温度不断升高至接近烟气温度,则沉积物开始出现熔融相,继续粘结灰粒子,最终形成渣块。

  1.2结渣影响因素

  从上述锅炉屏区结渣机理可看出,影响锅炉结渣的主要因素是灰粒温度、灰成分和烟气温度。灰粒子的温度越高,其粘性越强,越易在受热面形成烧结层;灰的成分决定灰的熔点,烟气温度越高,沉积层所能达到的表面温度越高,超过其熔化温度时,便会发生结渣。

  1.3结渣防止措施

  (1)掺烧高灰熔点煤,改变灰成分,提高灰熔点;(2)炉膛放大,降低烟气温度;

  (3)加强吹灰,将外部

  烧结层沉积物及时吹掉,防止沉积物表面出现熔融相;

  (4)通过煤粉细化和均匀一次风煤粉质量浓度降低颗粒温度;炉内煤粉在燃烧时其颗粒温度要高于烟气温度,煤粉的粒径越大,其温度越高。

  1为某研究结果[1]:在与燃烧器距离一定的情况下,500μm粒度的颗粒温度最多可比烟气温度高240℃左右;100μm粒度的颗粒温度比烟气温度高100℃左右;而29μm粒度的颗粒温度比烟气温度高25℃左右,而且大颗粒煤粉由于燃尽时间较长,所以其保持较高温度水平的时间更长。

  炉内的换热方式主要是辐射换热,根据热力计算标准可知灰粒子的粒径与其辐射能力存在如下关系:

  K h=55900 T l''2 d h 2 3

  式中:K h为灰粒子的辐射减弱系数;T l''为炉膛出口温度,K;d h为灰粒直径,μm。

  根据式可发现灰粒子的辐射减弱系数与灰粒直径的2/3次方成反比,即灰颗粒越大,其辐射能力越弱。那么直径较大的煤粉颗粒由于在燃烧器区域就具有较高的温度以及在炉内较弱的辐射能力,必然在随烟气运动至分隔屏底部时与小直径的灰颗粒相比仍保持较高的表面温度。当灰粒温度超过其软化温度时,就会在受热面上沉积成渣。因而在同等条件下,由于粗煤粉具有较高的燃烧温度、较差的辐射传热性能及更易于在受热面惯性沉积,所以越易结渣。

  诱发结渣的另一个原因是一次风管中煤粉质量浓度偏差,它会产生局部高温煤粉火焰,局部高质量浓度煤粉火焰中的颗粒温度更高,同时局部区域的高热负荷会使受热面的管壁温度升高,对灰粒的冷却效果减弱,使灰颗粒到达屏底时的温度升高。

  2不同细度的神华侏罗纪煤的结渣特性

  通过煤粉中灰的物理变形温度以及灰成分的分析来判定煤的结渣程度,属于间接方法。相对而言,1MW半工业性燃烧试验炉能比较接近地模拟炉内燃烧工况,所以其试验数据更有实际意义。但也应看到,该炉作为一种实验设备,其容积热负荷远高于实际运行锅炉的容积热负荷,由于煤粉在炉内停留时间较短、颗粒温度较高,所以在该炉燃烧过程中判定为结渣严重的煤,在电厂锅炉的实际燃用过程中,其结渣程度会比实验结果轻微。

  西安热工研究院在3种煤粉细度下对神华侏罗纪煤进行的1MW半工业性燃烧试验结果。

  可看出,当煤粉细度R90降至8.1%、煤粉均匀性指数增至0.90后,在强化一级炉膛燃烧强度(火焰温度1410℃)的前提下,四级炉膛的渣型由熔融变成了微粘聚,结渣强度得到了明显降低。这说明煤粉细化对于防止炉膛结渣具有重要意义。

  3600MW锅炉运行情况3.1亚临界锅炉运行情况

  为台山发电公司1、3、4号炉满负荷运行数据。从3可看出:掺烧高灰熔点煤和屏区吹灰极大地减轻了炉内结渣状况;3号锅炉虽然经过了炉膛放大和受热面调整,但屏区吹灰器不能投入,所以运行工况不如1号炉好;4号炉由于增加了低温过热器受热面积,空气预热器入口烟温出现了较大幅度的下降,同时具有屏区吹灰的优势,因而运行参数较为理想。

  3.2超临界锅炉运行情况

  4为太仓发电公司8号炉的设计及运行数据。

  太仓发电公司在满负荷工况下保持20%的高灰熔点煤掺烧比例,在450MW负荷以下可做到完全燃用神华煤。

  4应用煤粉细化技术防止炉膛结渣应用实绩

  5为锅炉设计参数和煤粉特性对比。

  从5可看出:与台山发电公司的锅炉相比,福建后石发电公司的炉膛断面热负荷和容积热负荷较大,这对于防止结渣是不利的;但燃用的煤粉很细,大于200μm的颗粒几乎为零,这对于防止结渣是有积极作用的。上述设计产生的综合效果是:在主要燃用灰熔点为1350℃左右的神华混煤时,其屏式过热器没有结渣现象,无需吹灰,因此屏区也没有设计吹灰器。

  与福建后石发电公司的锅炉相比,台山发电公司燃用的神华侏罗纪煤的灰熔点在1100~1300℃变化,实际煤种的灰熔点有时低于设计煤种的灰熔点,这也是造成屏区结渣的原因之一。即使如此,其炉膛容积热负荷和断面热负荷都较低,这对于防止结渣是非常有利的,可是产生的综合结果却是屏区存在结渣。

  虽然无法在福建后石发电公司的锅炉上燃用灰熔点更低的神华煤以验证其防结渣性能,但是在台山发电公司1、2号锅炉上,采用分层燃烧方式燃用灰熔点为1350℃左右的神华低灰熔点煤与保德煤配制的混煤时,尽管其容积热负荷低于后石电厂的容积热负荷,分隔屏过热器仍需吹灰来保持受热面清洁。这一事实可以证明煤粉细化对于防结渣的重要。

  太仓发电公司的2台超临界锅炉与福建后石发电公司的6号炉同为采用ALSTON技术制造,在大负荷下同样燃用灰熔点为1350℃左右的神华侏罗纪煤与高灰熔点煤配制的混煤,但太仓发电公司锅炉却仍需每2d进行1次屏区吹灰才能保证锅炉安全、经济运行,这也说明煤粉细化对于防止结渣的重要性。

  5结语

  (1)造成锅炉屏区结渣的主要原因是灰颗粒的表面温度达到了其产生结渣的温度,粒径较大的灰颗粒具有较高的表面温度,是诱发结渣的根源,所以防结渣措施应围绕降低灰颗粒温度进行。

  (2)对于结渣性较强的神华侏罗纪煤,应采取综合治理手段才能保证锅炉安全、经济运行,包括在投产锅炉上进行掺烧、加装吹灰器、优化燃烧工况,在新建锅炉上进行炉膛放大、受热面调整、细化煤粉等措施。

  (3)根据运行实绩,在新建锅炉上综合采取炉膛放大和细化煤粉措施才更为经济、有效;同时对在役锅炉进行磨煤机动态分离器改造,细化煤粉、减少大颗粒,具有实现完全燃用设计煤种的可能性。

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