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分析200MW循環流化床鍋爐燃料的擇優選擇

來源:未知 2019-06-03 11:44

摘要:

  循環流化床鍋爐作為燃燒方式的一種,具有很多優點,例如,燃料適應性強、污染程度低以及效率較高等,可以在很大程度上提高電廠的經濟效益,并且不會對生態環境造成嚴重的破壞

  分析200MW循環流化床鍋爐燃料的擇優選擇

  摘要:循環流化床鍋爐作為燃燒方式的一種,具有很多優點,例如,燃料適應性強、污染程度低以及效率較高等,可以在很大程度上提高電廠的經濟效益,并且不會對生態環境造成嚴重的破壞。雖然循環流化床鍋爐在燃料選擇方面適應性較強,但并不是對燃料毫無要求。我國的煤炭供應情況將會直接影響循環流化床鍋爐的作業情況,我國煤源具有較強的復雜性,在燃料控制方面,需要將配煤與混煤有機結合,很難對運行煤種進行合理有效的選擇,長時間使用不當煤種將會嚴重影響機組的正常作業,因此,優化循環硫化床鍋爐燃料的選擇十分重要。

  關鍵詞:循環流化床鍋爐;200MW;燃料;擇優選擇

  本文以我國某廠的循環流化床鍋爐的煤源以及煤種進行了詳細分析,參考相關技術對燃料適宜性進行了有效驗證,包括燃料粒徑分布、水分、硫分、灰分、揮發分以及發熱量等,并根據驗證數據結果,對燃料選擇提出了合理的優化策略。

  一、鍋爐

  以我國某電廠的循環流化床機組為例,其功率為200MW,所應用的鍋爐為汽包鍋爐,具有固態排渣、平衡通風、一次中間再熱、自然循環以及超高壓等特點,設計參數如下所示:

項目

連續出力最大值(BMCR)

額定出力值(ECR)

床溫(/℃)

880

876

排煙溫度(/℃)

120

117

給水溫度(/℃)

261.3

260.1

再熱蒸汽的出口溫度(/℃)

520

520

再熱蒸汽的進口溫度(/℃)

341

332

再熱蒸汽的出口壓力(/MPa)

2.63

2.30

再熱蒸汽的進口壓力(/MPa)

2.81

2.62

再熱蒸汽的流量(t·h-1)

591.2

560.7

過熱蒸汽的出口溫度(/℃)

536

536

過熱蒸汽的出口壓力(/MPa)

14.18

14.18

過熱蒸汽的流量(t·h-1)

716

694

  表1 鍋爐的設計參數表

  該電廠的煤源具有較強的復雜性,鍋爐的校核與設計煤種分為煙煤與矸石兩大類,通過綜合煤質的方式對煤種進行設計,并以混煤的方式對煤種進行校核。鍋爐在燃煤粒度方面的要求如下所示:

  圖1 燃煤粒度要求示意圖

  基于鍋爐連續出力最大值的情況下,設計煤種的消耗量為187.3t/h,在出力值額定情況下,設計煤種的消耗量為181.9t/h。

  煤質評價指標

  揮發分

  如果鍋爐所應用的燃料是油頁巖、褐煤或是煙煤,由于具有結構松軟、揮發分量較大等特點,在受熱過程中,燃料的揮發分將會被分解釋放,致使燃料消耗速度大幅度上漲,但著火溫度較低;如果選用石煤、無煙煤等作為燃料,由于具有結構密實、揮發分量較小等特點,在受熱過程中,揮發分析出的難度系數較大,可以有效延長消耗時限、增大著火溫度。如果煤種的等級存在一定的差異性,將會很難實現完全互換,除此之外,煤種的等級差異性還會對煤種的燃燒產生直接影響,對煤種的經濟性能與穩定性能具有嚴重的制約作用。所以,在對煤種進行選擇時,要確保其揮發分與設計煤種的揮發分之間不會存在較大差異,如果差異性較大,則需要對一二次風配進行調整,但這種調整方式所能收獲的效果極為一般。

  發熱量

  如果鍋爐在生產過程中所使用燃料的發熱量與設計煤種之間存在較大差值,例如,實際發熱量<設計發熱量,密度相區的溫度將會大幅度下降,燃燒時限將會受到較大影響;如果所采用的燃料屬于低熱值,將會含有大量的折算水分與折算灰分,會對鍋爐內部的燃燒配額造成一定的影響,導致鍋爐熱效率較低。實際發熱量>設計發熱量,將會導致床溫大幅度上升,極易造成結焦問題。

  硫分

  應用循環流化床鍋爐,可以通過添加石灰石的方式,對二氧化硫的排放處理進行有效控制,不僅可以避免其污染大氣環境,還可以預防鍋爐被腐蝕,但是實際應用過程中,需要對煤種的硫分含量進行嚴格控制,確保含量值小于標準值。

  灰分

  灰分對循環流化床鍋爐的影響,主要體現在三個方面,一是,受熱面損壞程度較大,極易誘發爆管問題,給鍋爐作業帶來了巨大的安全隱患;二是,灰渣會出現較大的物理熱損失,除塵器與冷渣器在運行過程中,出力值較高;三是,飛灰會在受熱面后部沉積,不僅不利于傳熱作業,對鍋爐的效率也有較大影響。除此之外,鍋爐要想實現正常運行,灰分的作用也必不可少,床層物料以灰分為主,對灰分量進行有效控制,是循環效果的基礎保障。在對煤種灰分進行實際選取時,要綜合考慮除塵器與冷渣器的處理、分離器的效率以及入爐燃料的粒徑。

  水分

  如果煤種中含有大量的水分,會在很大程度上增大著火難度系數,爐膛溫度將無法達到預期值,固體將無法實現充分燃燒,熱損失量巨大,除此之外,還會擴大鍋爐內部的煙氣體積,加大引風機的電能消耗量與鍋爐排煙的熱損失量。水分種類有兩個,分別是外在水分、內在水分,如果煤種的外在水分含量較高,可以將其置于干煤棚實施預干燥處理,如果處理沒有經過預干燥處理便投入使用,將會導致燃料喪失流動性,堵塞輸煤管路與煤倉。

  三、燃料粒徑的分布指標

  循環流化床鍋爐在燃燒作業過程中,具有極大的復雜性,效果教育煤粉鍋爐而言,燃料粒徑在對鍋爐的經濟性造成不良影響的同時,還會影響鍋爐作業的安全性。燃料粒徑的產生這些不良影響作用的原因有三個方面,首先,燃料粒徑的分布情況直接影響著物料循環情況,為了實現正常循環,必須對其分布情況進行嚴格掌控,換句話說,流化速度明確的情況下,燃燒作業在稀相區的份額恒定,并將其作為床料,從而確保物料處于平衡狀態;其次,燃料粒徑的分布情況要符合燃料特性的相關要求,如果煤種具有較高的揮發分,例如,褐煤,粒徑值應偏大,如果煤種中揮發分的含量較低,例如,煙煤,粒徑值應偏小;最后,燃料粒徑的分布情況要具有良好的可調控性。在循環流化床鍋爐作業過程中,經常會發生中間顆粒份額較小、細顆粒/粗顆粒份額較大、破碎設備作業效果較差等問題,燃料粒徑的差別會對其燃燒效果造成較大的影響,因此,燃料粒徑的分布情況會直接影響鍋爐的作業情況。

  結果分析

  煤質分析

  根據該電廠周邊的煤源選取了11種,通過質量監督檢驗部門的分析,并遵循相關法律法規,對這些煤樣進行了質量標準劃分,從而對比煤源之間的存在的差異性。如下圖所示:

煤種來源

A

B

C

D

E

許廠煤礦

A3

B2

C3

D3

E4

葛亭煤礦

A3

B2

C3

D3

E4

唐口煤礦

A3

B1

C3

D3

E4

運河煤礦

A2

B1

很高

D2

E5

戴莊煤礦

A1

B1

C3

D5

E5

魯西煤礦

A1

B1

C3

D5

E5

新挑河煤礦

A1

B1

很高

D1

E5

楊樓煤礦

A4

B1

很高

D1

E4

田莊煤礦

A4

B1

很高

D1

E5

2號井

A3

B1

很高

D1

E5

3號井

很高

B1

很高

D1

E5

  表2 煤種來源質量劃分標準表

  粒徑分析

  燃料粒徑直接影響著循環化床鍋爐,篩分煤源過程中,煤樣的粒徑的分析結果如下圖所示:

  圖2 粒徑分析

  通過圖2可知,煤源不同,篩下粒度在分布情況方面也存在較大差異,除了許廠煤礦、葛亭煤礦以及唐口煤礦的煤種具有較高的粒徑,其它煤礦的煤種粒徑最大值均不超過2.5毫米,從圖上分析結果而言,無論是哪種煤源,都無可避免會存在粒徑小于1毫米的細顆粒以及粒徑大于10毫米的粗顆粒,兩級分化情況十分嚴重,在循環流化床鍋爐實際作業過程中,對于煤種中的粗顆粒,要采取有效措施進行破碎處理,在破碎過程中,要避免顆粒中含有細顆粒,一旦細顆粒受到高程度破碎,極易導致鍋爐無法正常作業。

  燃料優選及管理

  燃料優選

  表3是煤樣的綜合評價結果,如下所示:

煤種來源

A

B

C

D

E

粒徑

綜合評價

許廠煤礦

A3

B2

C3

D3

E4

偏粗

不適宜使用

葛亭煤礦

A3

B2

C3

D3

E4

偏粗

不適宜使用

唐口煤礦

A3

B1

C3

D3

E4

偏粗

配煤使用

運河煤礦

A2

B1

很高

D2

E5

偏粗

配煤使用

戴莊煤礦

A1

B1

C3

D5

E5

合適

單獨使用

魯西煤礦

A1

B1

C3

D5

E5

偏粗

單獨使用

新挑河煤礦

A1

B1

很高

D1

E5

偏粗

配煤使用

楊樓煤礦

A4

B1

很高

D1

E4

偏細

優先使用

田莊煤礦

A4

B1

很高

D1

E5

合適

單獨使用

2號井

A3

B1

很高

D1

E5

偏細

配煤使用

3號井

很高

B1

很高

D1

E5

偏細

單獨使用

  表3 煤樣的綜合評價表

  通過上表分析可知,來源于楊樓煤礦的煤種具有揮發分指標良好、灰分指標良好、硫分含量較低以及熱值較高的特點,在循環流化床鍋爐作業過程中,可以作為優先燃料;來源于戴莊煤礦、魯西煤礦、田莊煤礦以及3號井的煤種,具有良好的穩定性,在循環流化床鍋爐作業過程中,無需進行配煤處理,可以單獨作為燃料使用;唐口煤礦、運河煤礦、新挑河煤礦以及2號井,需要遵照相關配比要求進行配煤使用,在采樣分析過程中,唐口煤礦的中煤由于熱值較低,與矸石性質極為接近,因此,循環流化床鍋爐在作業過程中,也可以對中煤進行配煤處理;如果中煤的粒徑尺寸較大,在配煤過程中,要對矸石添加量進行嚴格控制,避免矸石量過多,如果中煤的粒徑尺寸較小,在配煤過程中,需要擴大矸石的添加量,除此之外,最好選用與中煤來源于相同煤礦的矸石進行配煤處理,這樣可以對燃料的質量進行有效控制。

  許廠煤礦、葛亭煤礦、唐口煤礦、運河煤礦中的矸石均不具有良好的發熱量,遠低于標準發熱量值而言,而且矸石中含有大量的硫分與灰分。將此類矸石作為物料對中煤進行配煤處理,不僅會在很大程度上擴大灰渣系統的出力值,致使循環流化床鍋爐遭到嚴重磨損,還會大幅度降低鍋爐作業效率,因此,不應采用這些煤源中的矸石作為配煤物料。

  參考電廠的實際作業需求,對煤種進行設計,燃料的發熱量應在11980KJ/kg左右,灰分含量應占總量的50%左右,而揮發分含量的總量比應為41.3%,硫含量的總量比最大值不應超過3%,對電廠周邊的煤源進行綜合考慮,煤質的實際水平可以略高于設計標準,這樣可以確保循環流化床鍋爐在作業過程中具有良好的安全性能與經濟性能。如果燃料的灰分含量較大或是發熱量較小,將會增大冷渣器與煤機設備的出力值,致使鍋爐在作業過程中,存在較大的安全風險;如果燃料的灰分含量較低,或是發熱量較大,床溫度將會大幅度上漲,甚至遠超于設計值,極易導致鍋爐內部受熱面溫度超出有效控制范圍,所以,在實際作業過程中,燃料選擇應遵循以下標準:

  Q=(14950±1150)KJ/kg,A=(50±10)%

  煤種中含有大量的硫分,將會擴大二氧化硫排放量,較長作業過后,鍋爐脫硫系統的出力值將會增大,鍋爐尾部極易被熱量侵蝕,根據煤源分析結果而言,煤種硫分含量不應超出總量的1.15%。上述煤源中的煤種均含有大量的揮發分,水分卻較少,且以外在水分為主,在鍋爐實際作業過程中,煤種揮發分含量不能高于10%,而水分含量不能低于20%。電廠周邊煤源存在洗中煤與煤泥,此二者含有大量的水分,且粒徑尺寸較小,在制取燃料過程中,應避免混入這兩種物料,否則極易堵塞鍋爐的輸煤系統。在煤種的粒徑尺寸方面,該電廠要求入爐粒徑值在1mm~8.5mm范圍內,中位粒徑值控制在1.3mm為最佳,參考周邊煤源的實際情況,在實際制取燃料過程中,要對粗顆粒進行破碎處理,處理完成后的顆粒粒徑最大值不能超過12mm,換言之,實際入爐燃料的粒徑要控制在1mm~12mm范圍內,中衛粒徑的值要控制在1.5mm~2.5mm范圍內。

  燃料管理

  要想全面提高循環流化床機組在作業過程中的安全性能與經濟性能,不僅要在燃料選擇方面進行有效優化,還要對燃料管理方面進行合理強化。通過相關調查可知,煤的發熱量與存儲時間呈反比,如果存儲時間過長,其發熱量將會極小,如果燃料的質量較好,在每年存儲時期后,也會損耗掉近1.5%的發熱量,因此,要想確保燃料具有良好的發熱量,要對其存儲管理進行有效強化。上述煤源的中煤粒徑尺寸較小,不適宜露天存放或是長時間運輸,因此,電廠應對其進行技術處理,例如,防風抑塵墻。該電廠的氣候雖以干燥為主,但降雨季節水分較重,因此,為了避免燃料水分過多,應對其采取合理有效的防蔽措施。

  結語:

  通過上述分析,循環流化床鍋爐在燃料選擇方面,應對煤種的粒徑、灰分、硫分、揮發分以及水分等進行綜合分析與嚴格控制,并對煤種存儲管理進行有效強化,才能確保鍋爐在作業過程中具有良好的安全性能,從而提高電廠的經濟效益。

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