大型CFB锅炉启动床料添加系统的选择分析

1.1 炉内燃烧及灰循环系统

锅炉在正常运行过程中,大量固体粒子(主要是原煤)在炉膛和分离器组成的主循环回路中不停循环;在850℃~920℃的床温下,空气与燃料在炉膛密相区充分混合,煤粒着火燃烧释放出部分热量;未燃烬的煤粒被烟气携带进入炉膛上部稀相区内进一部燃烧｡燃烧产生的烟气携带大量固体粒子经炉顶转向后,通过中间分离器入口处的水冷分隔屏分别进入相对应的外置冷却式旋风分离器进行气—固分离,旋风分离器将大部分固体粒子从气固两相流中分离出来通过回料器回到炉膛实现循环燃烧｡一部分极细的粒子随烟气由旋风分离器中心筒引出,到达尾部烟道,作为飞灰进入炉后烟气除尘､脱硫系统｡

1.2 启动床料的作用

在锅炉点火启动阶段,为满足初始的物料循环,需用启动床料在炉膛布风板上及回料器处进行平铺和填充｡

另外,作为控制和调整床温及维持锅炉床压的主要措施,当运行过程中出现床温超温,应及时采取措施,在加大锅炉排渣量的同时,可通过添加适量粒度的床料进行相应调整｡当由于燃料灰分过低引起锅炉床压下降时,可通过添加床料,维持锅炉运行过程中正常的床压｡

1.3 启动床料的选择

启动床料主要采用石英砂､石灰石粒及炉底渣等介质｡

石灰石颗粒的硬度相对较小,价格比较低,且收集最为方便,但由于石灰石在炉膛内会对锅炉的热效率产生影响,因此,近年来一般不采用石灰石作为启动床料｡

对于新建机组,初次调试时可采用石英砂或炉底渣｡石英砂的缺点是硬度大且价格比较高,在运行过程中对受热面磨损程度大｡相比而言,循环流化床锅炉排出的炉底渣硬度适中且价格较低,近年来大多机组多采用炉底渣作为启动床料｡

循环流化床锅炉在冷态启动前,都需要向炉膛内填充床料｡对于大型循环流化床锅炉来说,所需启动床料数量多､填加耗时长,筛分劳动强度大｡目前常用的启动床料填加方式有以下三种｡

2.1 人工填加

所谓人工添加,一般是采用人工方式将启动床料运输至运行层(可采用电梯或利用专门设置的单轨吊),通过锅炉厂设置的加料口向炉膛底部添加启动床料｡这种添加方式简单易行,几乎不存在设备投资成本,且运行成本也比较低(人工成本),但缺点是劳动强度大,时间较长,不能满足运行时补料的要求｡因此在容量比较小的机组和自备电站中该方式比较常见,大型CFB机组基本不采用该方式添加床料｡

2.2 机械输送

机械输送方式对于不同的炉型,其系统工艺流程及布置方式也有所不同｡

2.2.1     利用给煤机添加

对于给煤口在后墙的CFB锅炉,一般在炉架内设置单独的启动料仓｡在料仓上部设置起升葫芦或设置斗式提升机,在料仓下部设置阀门,通过管道连接至给煤机的加料口｡启动床料经起升葫芦或斗式提升机落入启动料仓内,依靠重力作用(必要时可设置流化风如压缩空气等)通过阀门及管道进入给煤机,然后通过给煤机输送至炉膛内｡

对于给煤口在前墙的CFB锅炉,一般在炉架内设置斗式提升机和刮板输送机｡启动床料经斗式提升机和两级刮板输送机进入给煤机,然后通过给煤机输送至炉膛内｡

通过给煤机上料的系统相对较简单,且布置方便,目前被较多的用在大型CFB机组中｡

2.2.2     利用床料自重自流

在炉架内设置独立的启动料仓,利用斗式提升机将床料送至料仓内,然后通过管道连接靠床料自身的重力流入锅炉床料接口｡同时在自流管道上辅以压缩空气推动床料更好地流动｡

该系统设置方式相对独立,不受外界条件影响｡但由于要满足床料自流的需要,启动料仓要布置在足够高的位置,另外,自流管道占用的布置空间也较大｡受限于布置空间,该方案一般不容易实现｡

2.2.3     利用输煤系统填加床料

采用该方案的床料,通过煤场取料机械将床料运至输煤皮带,经皮带输送机卸至锅炉原煤仓内,卸入原煤仓内的床料再经给煤机､落料管排入锅炉炉膛｡

该方案利用电厂已有的输煤和给煤系统,不需额外增加设备初投资,且操作简单｡但如果发生事故停炉,且再次起炉时需重新填加床料时,由于原煤仓充满原煤,该系统不能投入运行,将影响锅炉的启动时间｡所以该系统在大型CFB机组设计时一般应谨慎使用｡

2.3 气力输送

采用该系统的方案比较多,常规方案是利用气力发送设备将启动床料通过耐磨管道,由压缩空气正压输送至锅炉炉膛内｡该方案可在锅炉房零米设置启动料仓或直接利用气力罐车直接进行｡

该系统较为复杂,运行维护水平要求较高,且投资较大｡另外由于系统的使用频率极低,运行时故障率较高｡

综上所述,对于前墙给煤的大型CFB锅炉机组,一般采用机械输送和气力输送两种方案｡对于350MW循环流化床锅炉机组,每台炉启动床料量为110t,该系统在5.5h完成锅炉床料填加｡

3.1 机械输送方案

系统描述如下｡

在渣库下部单独设1个接口接振动筛,底渣经过筛分,满足粒度要求的底渣自流至斗式提升机,由斗式提升机提升至布置在锅炉给煤机层的埋刮板输送机,经两级埋刮板输送机送至给煤机后进入炉膛｡在锅炉首次启动或渣库中底渣不能满足床料粒度要求时,也可人工向斗式提升机中填加床料｡

每台炉设1台振动筛,出力为20t/h;设1台斗式提升机,出力为25t/h,提升高度为35m;设两级埋刮板输送机,出力为20t/h｡

振动筛布置在渣库运转层,振动筛出口接斗式提升机,两级埋刮板输送机均布置在锅炉给煤机层｡

3.2 气力输送方案

渣库单独设1个接口接振动筛,底渣经过筛分,满足粒度要求的底渣自流至斗式提升机,由斗式提升机提升至启动床料仓,料仓下设气力发送设备,将床料送至锅炉床料添加口｡气力输送所需压缩空气由除灰压缩空气系统提供｡在锅炉首次启动或渣库中底渣不能满足床料粒度要求时,也可人工向斗式提升机中填加床料｡

每台炉设1台振动筛,出力为20t/h;设1台斗式提升机,出力为25t/h;设1座启动床料仓,有效容积V=20m3;设1套气力输送系统,出力为20t/h｡

振动筛布置在渣库运转层,振动筛出口接斗式提升机｡启动床料仓及气力输送设备布置在锅炉框架内23.00m层｡

3.3 技术经济比较

两方案的气动床料均使用炉底渣,为减少劳动强度,直接从渣库取料｡经斗式提升机送至床料填加层,因此只对斗式提升机之后的输送设备进行经济对比｡

3.3.1 技术比较

机械输送方案及气力输送方案技术比较见表1｡

3.3.2 经济比较

机械输送方案及气力输送方案经济比较见表2(1台350MW超临界循环流化床机组)｡从表2可看出,机械输送系统的初投资费用要比气力输送系统的低,且气力输送方案的运行费用要远远大于机械输送运行费用｡

通过对锅炉启动床料上料系统方案的技术经济比较可看出:机械输送方案较气力输送方案具有技术成熟可靠､对床料粒度适应性好､运行费用低､运行安全等优点,建议在大型循环流化床发电机组中优先采用｡

文献信息

齐玄,齐继玄. 大型CFB锅炉启动床料添加系统的选择分析[J]. 能源与节能,2016,03:182-184.