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常压循环流化床锅炉的床温控制

供稿:江苏华海测控技术有限公司 2008/2/22 9:27:00

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一、 概述
我国研究开发沸腾燃烧锅炉始于六十年代,至今已有三十年的发展历史,研制沸腾锅炉有两个主要目的,一是能向炉内添加脱硫剂进行脱硫和吹加二次风进行富氧燃烧,有效地降低烟气中SOX和NOX的排放,具有显著的环保效益,二是沸腾床燃烧的燃料是应性极好的,可以燃用常规锅炉所不能燃烧的劣质燃料,为充分利用低值能源开辟了新的途径,具有显著的节能效益。 随着工业的发展和人们生活水平的的不断提高,工业发达国家越来越重视工业发展所带来的环境污染问题,花大力气去解决这一日益尖锐的矛盾。我国也制定了一系列的规范和标准,以保护环境和控制污染。但经过多年的研究和试验,国内外为脱除炉外烟气中的SOX和NOX在高效率,低投资方面未取得突破性进展,因此,能进行炉内脱硫的沸腾燃烧技术已受到人们的普遍青睐。 我国先后进行了三代沸腾燃烧锅炉的研制和生产,第一代为常压鼓泡床锅炉,容量10T/H-13T/H热功率,7.82-121.3MW主要代表炉型为上海锅炉厂生产的35T/H和130T/H中温中压锅炉,第一代为常压循环流化床锅炉,容量35T/H-130T/H,热功率32.7-123.5MW更大容量的锅炉正在研制中,代表炉型为济南锅炉厂生产的35T/H中温中压锅炉和无锡厂生产的75T/H次高压锅炉,第三代为能实现两气循环的增压流化床锅炉,目前正由东南大学主持进行中试设计。 第一代的鼓泡床锅炉具有结构简单,煤种适应性好,脱硫率较高等优点,但也存在脱硫的CA/S比大,沉浸管磨损蚀等不足,由于鼓泡床锅炉有溢流热渣损失,使锅炉的热效率不很主,并因为鼓泡床的沸腾床速低(1-2.5M/S)燃烧反应进行得不够剧烈,使得锅炉的热功率/床面积比小,向高参数大容量方向发展存在较多的困难 ,第二代的循不流化床锅炉在鼓泡床锅炉的基础上作了较大修改,除保留鼓泡床锅炉的优点外还:
1、取消了溢渣口,;避免了热渣的无功损失。
2、受热面布置在炉膛的燃烧稀相区,避免了密相区的沉浸管磨蚀。
3、增设了炉内飞灰分离和再循环装置,提高了飞灰的燃尽率,改善了锅炉热效率,
4、大大提高了沸腾床速由(鼓泡床的1-2.5M/S提高到4-6M/S)使炉内燃烧反应加剧,有效地提高了锅炉的燃烧效率和降低了脱硫的CA/S比
1、由于沸腾床速的提高,使锅炉的热功率/床面积比有较大增加,为锅炉向高参数大容量发奠定了基础。
循环流化床锅炉分为内循环和外循环锅炉,图一为我国常用和外循环流化床锅炉简图。
从鼓泡床锅炉与循环流化床锅炉的对比可以看出,鼓泡床受其床速限制,适用于小功率范围的煤矿,化工厂等,而循环床锅炉更适用于中,大功率的电厂,是解决我国能源供应与环境污染矛盾的重要途径,因此,加强循环流化床锅炉的应用研究是十分有益的。

二、床温控制的意义
我国现在研制和生产的循环流化床锅炉的沸腾床温大都选在800-9000C的范围,选这一床温主要基于两个原因:一是该床温低于我国绝大多数煤质的结焦温度,能有效地避免炉床的结焦,二是该床温是常用的石灰石脱硫剂的最佳反应温度,能最大限度地发挥脱硫剂的脱硫能力。因此,将锅炉床温控制在一范围内是十分必要的。
循环床锅炉在实际运行中如出现床温的超温状况,可能产生不良的后 果:
1、脱硫剂偏离最佳反应温度,脱硫效果下降:
2、床温超过或局部超过燃料的结焦温度,炉膛内出现燃料高温结焦尤其是布风板上和返料阀处的结焦处理十分棘手,只能停炉后人工敲除
3、锅炉出口蒸汽超温,影响后继设备运行,现在生产的循环锅炉大都采用结构简单的面式减温器减温,调温范围有限,一旦出现床温严重超温而引起蒸汽超温,面式减温器将不堪重负。
循环床在实际运行中如出现床温的降温状况,也可能产生不良后果。
1、脱硫剂脱硫效果下降。
2、炉膛温度低于燃料的着火温度,锅炉出现低温熄火.
3、锅炉出力下降
由以上的分析比较可见:炉床的超温后果比降温后果严重得多。有鉴于此,循环床锅炉的床温控制应重点实行床温的超温控制。 三、床温控制的方式
依据炉床减介质不同,循环床锅炉的超温控制分为汽水灰渣和风四大系统,分述如下:
1、喷水(蒸汽)减温系统
2、喷水减温系统
喷水减温系统如图二所示
这种系统是通过引入高压给水(1050C或1500C),经炉床密相区设置的喷嘴向炉内喷射以达到降低床温的目的,喷水量靠调节阀控制,该系统操作方便,结构简单,而且因减温介质温度与床料温度相差很大,故降温效果显著又无时间滞后,但因循环流化床锅炉为进行炉内脱硫加入少量的石灰石,而石灰石及燃料在炉内的燃烧反应类似于水泥窑的焙烧过程,床料的水泥化倾向严重,减温水的喷入易于在喷嘴附近造成床料的局部冷结,进而堵塞喷嘴,使减温系统难以发挥效用,因此,这种系统的连续运行安全稳定性不好。
B、蒸汽减温系统
蒸汽减温系统如图三所示
蒸汽减温系统是将饱和蒸汽(2530C或2700C)自锅筒经调节阀进入炉膛密相区以降低床温。减温蒸汽量靠调节阀控制。这种系统结构简单,操作方便,因减温蒸汽与床料温差较大,减温效果显著,但因减温蒸汽带水,实际运行效果与喷水减温系统相似,故该系统的连续运行安全稳定性亦不好。
2、冷灰减温系统
冷灰减温系统分为小循环和大循环系统,如图四和图五所示。
小循环减温系统是利用炉体旋风分离器下的返料灰,经灰冷却器将热灰(8000C)冷却至3000C左右,再由二次风吹入炉床降温,冷灰返回量由灰管上的高温调节珠阀及返料风量共同调节。
冷灰减温系统因降温介质与床料相同,又是直接吹入炉床降温,降温介质温度与床料温度相差较大,故降温效果良好而又稳定,无时间滞后,是较理想的减温系统,但小循环减温系统需增设灰冷却温,设备投资增大,而且灰冷却器只能采用冷风或冷水间接冷却,单位面积上的传热量有限,换热面积较大,设备布置比较困难。但灰冷却器可兼作送风或给水预热器,锅炉的综合热利用率较高。
3、冷渣减温系统
冷渣减温系统如图六所示
冷渣减温系统是利用锅炉排出的废渣,经冷却至常温干 燥后,由循环床锅炉的给煤设备送入炉床降温。因该系统的降温介质与床料相同,又是向炉床上直接给入,冷渣与床料的温差很大,故降温效果良好而又稳定,但因需要经锅炉给煤设备送入炉床,有一定的时间滞后。
冷渣减温系统简单实用,可以最大限度利用锅炉的原有设备,而且降温介质的来源也广,除利用循环床锅炉的炉渣外,其它类型锅炉的炉渣亦可作为降温介质。为了减少温的时间滞后,冷渣加入口应选在尽量靠近炉床处.
热风减系统如图七所示。
热风减温系统实际上就是向炉床送入过量的二次风(-1200C)以降低床温。热风系统无需增添任设备,操作简便而降温又无时间滞后,但在投入过量二次风之前应谨慎判别炉床超温时燃料所处的燃烧状态,以免产生负荷应:
当锅炉床温超温时,如炉床上的燃料已充分燃烧,此时投入过量的二次风可以有效地降低床温,而且因热风与床料温差较大,降温效果良好稳定,如炉床上燃料未充分燃烧时出现床温超不曙(一般是燃料加入过多)此时盲目投入二次风只能使燃料充分燃烧,床温加速上升而产生炉膛的高温结焦,正确地操作顺序应是,炉床放渣 ——投入过量二次
热风减温系统最为简便实用,但在循环床锅炉实际运行中,准确地判断炉床上燃料的燃烧状态是十分困难的。因此,热风减温系统宜与其它减系统配合设置,工程设计时奕考虑二 次风送风机的减温风富裕量。
针对循环流化床锅炉的炉床降温状况,一般是采取适量向炉床添加燃料,适量增大沸腾床底的一次送风量和床上密相区的二次送风量,使床温稳定上升的方工加以改善的。 四、超温控制方式的比较
上节描述了超温控制的四种方式,四种方式各有其特点,下面就这些控制系统结合循环床锅炉的实际运行加以分折比较。
喷水(蒸汽)减温系统结构简单、操作方便,降温效果良好,但因该系统在喷水(蒸汽)时,极易造成炉渣的局部冷结以致于堵塞喷嘴,又因为减温水蒸汽的喷入量需借助锅炉的测温系统调节,一旦失调或测量不准,即可能造成减温水(蒸汽)过量喷入,使锅炉床料冷结或熄火。因此,除非锅炉配备精确可靠的测量调节系统,否则不宜在循环床的实用设计中采用喷水(蒸汽)减温系统。
冷灰小循环减温系统是在返料管上设一冷灰旁路,操作简便,降温效果良好而且稳定,是国外循环流化床锅炉常用的床温调节方式之一(如日本的三菱重工,美国的STRUTHERS WELLS公司等),该系统的关键是需设置灰冷却器,而我国在灰冷却器制造方面倘无成熟的技术和产品,故应在其制造技术完善的基础上再加以推广和应用。
冷灰大循环减温系统的降温效果与小循环送减温系统相当,特点是使用干式除尘器灰斗中的冷灰降温而不另设灰冷地器,是在灰冷却器制造技术尚未完善的条件下较好的减温系统,可以用于循环床锅炉的实用床温系统。
冷渣减温系统也是降温效果良好,操作简便实用减温系统,由于循环流化床锅炉运行需配备一套脱硫剂添加系统,故冷渣的 加入设施可与该系统一并设置,无需另增设其它设备,该减温系统的冷渣来源广泛,除循环床锅炉渣可使用外,其它锅炉炉渣也可用作降温冷渣,这也为其它炉锅的低热值炉渣的综合利用开辟了新的途径。该减温系统的实用性强,对兼有其它类型锅炉的锅炉房尤其适用。
热风减温系统操作简便,无需增设任何设备,但因炉床上的燃料燃烧状态难以确定,故该系统只可作床温关温的辅助系统使用,当床温超温时,先开启热风减温系统,如炉床温度仍有上升趋势,则应启动其它减温系统至床温恢复正常。 综上所述,要保证循环流化床锅炉的安全<

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