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煤泥、煤气、生物质和煤矸石掺烧问题与运行调整
对于大多数燃煤锅炉来说,掺烧一定量的煤泥、煤气、生物质都是可以的,其中以流化床的掺烧最为有利。在对锅炉本体未作受热面和空间几何尺寸改造时,其他炉型缺少CFB的高蓄热能力、非常高的灰粒浓度和良好的传热传质特性,使其掺烧比例或者煤种偏差一般不能超过15%~25%,而具备良好稳燃能力的CFB则可高达35%~40%甚至更高。
CFB炉型的炉膛内部传热主要以流态化的固相物料与受热面高频率接触的密相对流传热为主,其~℃的低温燃烧方式决定了其辐射传热比例很低的特点,其颗粒的强扰动传热特点,使其在炉膛内部高浓度颗粒群暴露的受热面,具有非常高的传热能力,因此其炉内的循环灰浓度、流化速度和水冷壁面积决定着水冷壁蒸发量,也间接影响了汽温的对应关系。一般来说,即使考虑局部固相的不均匀性,煤粉炉的炉膛灰浓度也仅有1~5kg/m3;而CFB炉膛内部灰浓度可高达10~30kg/m3,,稀相区的平均灰浓度约为10~17kg/m3。我们针对煤泥、煤气、生物质和煤矸石掺烧问题做以下简要的运行分析。
a煤泥掺烧
煤泥的掺烧的主要分析对象是含水量高达25%以上的煤泥的注入工艺选择、对炉内过程的影响以及煤泥量占总燃料量的比例问题。
目前的煤泥注入方式主要采用了蒸汽和压缩空气两种雾化喷射注入原理,也有的厂子采取简单的机械挤压式注入方法。煤泥的注入前预处理、喷射位置和数量、煤泥掺烧比例和单只煤泥喷枪出力、煤泥系统稳定性和喷嘴雾化效果是保证喷嘴射流注入类型最关键的内容。一般来说,煤泥泥浆的前处理系统要求掺入约1%含量的对应乳化剂和防沉淀填料,煤泥给料系统多配有原料罐、原料厂前泵站、搅拌混合罐、储料池、炉前煤浆泵、煤泥输送管组、切换阀组、高压雾化介质引入管组、煤泥雾化喷嘴等等。这些都与水煤浆的前处理工艺很相近,也很忌讳流通系统内堵塞、泄漏、冬季结冰和存储过程中的颗粒沉淀,雾化喷嘴的效果直接与着火和燃烧稳定性相关。泥浆泵的寿命和运转可靠性同样也制约着煤泥给料系统的安全经济性,作为容积泵其壳体过热和泵体曲轴磨损时不时地会给人们早些麻烦,因此泵的切换保护和定期检查维护十分重要。
系统中也配置了相应的温度、压力、流量测点和一些必要的控制装置,在控制室DCS系统中也都能引入远方控制系统和监控画面。
从目前的经验来看,炉膛高度小于25m的小容量CFB锅炉不推荐高位简单机械挤压給入和中间位喷嘴喷射方式,而宜采取低位密相区给料方式,这样做的好处是利用密相区高床压对极细的煤泥粉末进行空间限制,使其尽量减少在有限高度空间内做低功效的物料循环燃烧,遏制其μm以下细粉末未经循环燃烧过程充分燃尽就直接从分离器出口逸出,同时也创造了一个煤泥在小高度上易于干燥和快速着火的基本条件。密相区蓄热能力很强,那些相对粗大的颗粒热载体在高密度的充分流化过程中容易将热量迅速传递给煤泥使其水分蒸发,及时引燃煤泥颗粒,对细颗粒的捕捉很有好处,大大减少了飞灰可燃物含量。除此之外,煤泥着火后也使密相区和炉膛中部燃烧份额增加,有利于制约分离器附近上部炉膛和循环返料系统的燃烧份额,实现烟温控制,避免了该区域发生严重结焦的可能,而该区域的结焦问题在早期的CFB炉型上出现过很多,尤其是掺烧了煤气、煤泥、褐煤的炉子,最容易产生这种情况。
被雾化的煤泥泥浆炉前喷嘴处压力应低于该处雾化蒸汽或压缩空气压力,一般两者相差应为80~kPa以上,避免煤泥浆对压缩空气和蒸汽系统的污染,同时也有利于煤泥的充分雾化和喷射效果,我们推荐压缩空气压力不应低于0.7MPa,相应的煤泥压力为0.45MPa~0.6MPa;而采用蒸汽雾化时蒸汽压力不应低于0.9MPa,相应的煤泥压力为0.5MPa~0.75MPa。喷射速度以不低于15m/s为限,一般以15~65m/s为可适应的负荷调节范围。水分稍大的煤泥建议采用较高速度;较干燥的煤泥则可以考虑较低的流速,以杜绝局部沉降影响流态化效果的问题发生,使煤泥的干燥、着火、燃尽始终伴随着一个良好的物料流态化情况,尽量做到炉内的煤泥粉末均匀分布和炉膛烟温的一致性。
而对于炉膛高度超过25m的大中型锅炉,受限于床温床压的稳定性、整体燃烧份额分配的需求和返料腿给煤方式,往往不采用密相区底部给煤的煤泥注入方式,而采取中间高度给料方式。这种情况下,炉前返料斜腿、炉墙中下标高和炉顶煤泥给煤方式都是可采取的。一些工程甚至还尝试了给煤机直接在原煤中夹带煤泥入炉的做法,还有的CFB用户采用了炉顶以自由落体方式未经喷射雾化而直接注入煤泥的设计,实践证明这两种给料方式效果不好,容易造成飞灰含碳量剧增和给料不畅。事实证明,随着炉膛高度的增加,煤泥的注入点选择更加灵活可靠,完全可以根据各用户的实际炉型结构加以优化设计,并在实践中得以完善和改进,建议采用多点、分部位的立体布局方式为好。
b煤矸石掺烧
煤矸石掺烧是我国循环流化床锅炉项目立项报批时经常会利用的一个说法。事实上,也确实有很多的CFB炉子确实在大量燃用劣质的煤矸石燃料,并已在这方面取得了非常丰富的经验。煤矸石的热值差异很大,其低位发热量最低仅为~0kCal/kg(折合3.3~5MJ/kg),而某些高热值煤矸石低位发热量可高达~kCal/kg(折合10.9~14.6MJ/kg),这主要与煤的地质年代、碳化程度和原煤洗选工艺有关。
煤矸石的燃烧难度主要在于其块状物很坚硬,不易被破碎带来的颗粒度问题,其颗粒度很难达到8mm以下的常规物料颗粒度要求,对碎煤机和筛分装置的磨损非常严重。分享锅炉知识,
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