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300 MW CFB锅炉外置式换热器特性分析点击：1893 日期：[ 2014-04-26 21:58:00 ] |
| 300 MW CFB锅炉外置式换热器特性分析 董志乾1,张聪1,赵发家1,洪青坤2,樊睿源3 (1.云南大唐国际红河发电有限责任公司,云南开远661600;2.云南火电建设公司调试所,云南昆明650032;3.北方联合电力公司蒙西电厂,内蒙古鄂尔多斯016100) 摘要：与小型循环流化床锅炉相比,300 MWCFB锅炉增加了外置式换热器。介绍外置式换热器的结构、作用及投停过程,并以燃烧理论为基础,结合实际投停外置式换热器的运营经验,对汽温、床温的控制方法进行探讨,并深入论述了外置式换热器在运行中出现问题的原因及处理方法。 关键词：CFB锅炉;外置式换热器;锥形阀 中图分类号：TK229.6+6文 献标识码：B 文章编号：1004-9649(2008)01-0063-05 0 引言 循环流化床(CFB)锅炉采用流态化的燃烧方式,是一种介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧 之间的燃烧方式[1]。云南大唐国际红河发电有限责 任公司2×300 MWCFB机组,分别于2006年6月3日和8月27日,相继完成168 h试运,投入了商业运营。该机组锅炉系哈尔滨锅炉厂有限责任公司采 用法国ALSTOM公司技术设计和制造的1 025 t/h 亚临界参数、一次中间再热、单锅筒自然循环、平衡 通风、半露天岛式布置锅炉。与670t/h以下CFB锅 炉相比,该锅炉增加了4个外置式换热器,解决了大 型CFB锅炉受热面在尾部难以布置的问题,其过热 蒸汽、再热蒸汽温度以及床温等参数控制与无外置 式换热器CFB锅炉区别较大。该文以实际运营经验 为基础,对300 MWCFB锅炉外置式换热器对参数 的调节特性做出分析。 1 物料循环系统 该炉物料循环由内循环与外循环组成。内循环 处于炉膛内部密相区,外循环系统则由炉膛、分离 器、回料阀和外置式换热器构成(见图1)。在一次风 的流化作用下,稀相区小颗粒物料随烟气进入燃烧 室左右两侧4个内径为8.3 m的高温绝热旋风分离 器,经旋风分离器分离,烟气中夹带的较大粒径固体 颗粒落入各自对应的回料阀。每一回料阀一侧与炉 膛相连,另一侧与对应外置式换热器相连。分离器分 离下来的高温物料,进入回料阀后,一部分直接返送回炉膛,另一部分进入外置式换热器,最终分别以高 温和低温物料的状态返回炉膛。回料阀为非机械型 单回路自平衡式,回料阀的作用是将分离器分离下 来的高温物料返送回炉膛,实现锅炉燃料及石灰石 的往复循环燃烧和反应。在锅炉运行时,炉内的物料 主要由床料、给煤、给煤中的灰、未反应的石灰石、石 灰石脱硫反应产物等构成。这些物料在从布风板下 送入的一次风和从布风板上送入的二次风的作用下 处于流化状态,部分颗粒被烟气夹带在炉膛内向上 运动。在炉膛的不同高度上,较粗的固体颗粒将沿着 炉膛边壁下落,形成物料的内循环,计算内循环量 为6000t/h左右;较细的固体颗粒被烟气夹带进入 高温绝热旋风分离器,进行气固两相分离,绝大部 分颗粒被分离下来,一部分通过回料阀直接返回炉 膛,另一部分通过外置式换热器再返送炉膛,形成 物料的外循环,计算外循环量为2 500 t/h左右。图1 为300MWCFB锅炉外置式换热器热循环回路。 2.外置式换热器结构及作用 外置式换热器实际上是一个细颗粒的鼓泡流化 床。4个外置式换热器对称布置于炉膛下部两侧,外 置式换热器装于构架钢梁上,与回料阀的膨胀差是 通过安装在连接灰道上的膨胀节来解决。外置式换 热器外壳由δ=8 mm碳钢材料制成,顶板和布风板 由δ=10 mm碳钢材料制成,内衬厚度为150 mm的 绝热材料和耐磨耐火材料。靠近炉前的2个外置式 换热器为高温再热器、低温过热器外置式换热器,由 3个分室组成。第1室为空室,不布置受热面;第2 室布置有高温再热器,用HTR表示;第3室布置有低温过热器,用LTS表示。高温再热器、低温过热器 外置式换热器主要作用是通过调整其进料锥形阀的 开度来调节再热汽温。靠近炉后的2个外置式换热 器为中温过热器外置式换热器,由2个分室组成。第 1室为空室,不布置受热面;第2室布置有中温过热 器Ⅰ和中温过热器Ⅱ,分别用ITS1和ITS2表示。中 温过热器外置式换热器的主要作用是通过调整其进 料锥形阀的开度来调节炉膛床温。外置式换热器各 室由水冷隔墙分隔而成,其内冷却水由冷渣泵提供。 每个分室都布置有布风板和风箱,流化风由高压流 化风机供给。外置式换热器的设置解决了随着锅炉 容量的增大,锅炉受热面布置困难的矛盾,使受热面 的布置更加灵活。外置式换热器入口设有锥形阀,通 过调整锥形阀的开度来控制外置式换热器和回料阀 循环物料的分配量,从而实现了床温和再热蒸汽温 度分开调节和控制的目的,使调节更方便可靠,更有 利于锅炉的低负荷稳燃,另外也避免了使用再热器 喷水减温时影响整个机组热经济性的弊端[2]。 3 外置式换热器的投运和停运 3.1外置式换热器的投运 3.1.1启动前加装床料 启动床料可用河沙或渣仓底渣。如果选用河沙做启动床料,应控制砂子中的钠、钾质量分数,以免引起床料结焦,并要求沙子最大粒径不超过 0.6 mm。如果选用渣仓底渣做启动床料,要求底渣粒径小于1mm,最大粒径不超过3mm。启动前通过外置式换热器门孔实现填充床料,初始床料的高度要低于受热面的顶部,约为受热面高度的80%。 3.1.2启动期间加床料 (1)启动期间回料阀填充床料是依靠物料的外循环来实现,外置式换热器是通过开启外置式换热器进料的锥形阀完成最终加床料。当循环物料量足够大时,回料阀的床料填满后,再缓慢开启锥形阀对外置式换热器填加床料。在此过程中必须保持炉膛总压降#P1不能降至15 kPa以下,必要时向炉膛投床料以维持炉膛总压降#P1恒定不变。当外置式换 热器所有风室压力不再增加,并趋于稳定在某一数 值,说明已完成了启动期间外置式换热器加床料。一般情况下,此过程在发电机并网后带低负荷20 MW之前完成,此时相应的床温将高于650℃。 3.1.3换热器投运 首先将所有锥形阀关闭且调至手动状态,投入所有锥形阀、分室隔墙冷却水。然后将二次风机入口 调节挡板和上二次风挡板打开,以建立锅炉风烟回 路自然通道。点火初期,外置式换热器内物料的温度很低,当蒸汽通过外置式换热器内受热面的时候,部分蒸汽将被冷凝,此时必须保持外置式换热器内受热面的疏水畅通。在开始任一个外置式换热器流化之前,必须强制开启高压旁路至最小阀位5%,防止外置式换热器干烧。当主蒸汽流量达到150t/h,开始 进行外置式换热器的流化,且根据汽轮机冲动对汽 温的要求,将相应的锥形阀置于10%~30%开度。检查 各外置式换热器流化风量:入口500 m3/h;空室 1 850m3/h;ITS室6600m3/h;LTS、HTR室7600m3/h。 在整个投运过程中,通过汽轮机高压旁路调节 过热汽压、低压旁路调节再热汽压,减温水量控制过 热汽温,外置式换热器锥形阀开度控制再热汽温等 调节手段对汽压、汽温、床温加以控制,从而顺利实 现汽轮机冲转、定速,发电机并网、带负荷。 热态启动过程中,为了得到较高的汽温,避免汽轮机负温差启动,必须投运外置式换热器,故而必须建立一个物料循环流态,且床温高于760℃,此时锅 炉燃烧强度必须足够大,初始燃烧强度大于20%。 3.2外置式换热器的停运 3.2.1正常停炉时的停运 首先减少给煤量,逐渐降低锅炉负荷和床温,同时适当关小外置式换热器进料锥形阀。逐步开启汽轮机高、低压旁路,按滑停曲线降温、降压、减负荷。 然后停运给煤线,保持风机运行,继续冷炉。打开各外置式换热器进料锥形阀,排空回料阀内的物料。如果准备对外置式换热器受热面进行防磨防爆检查,则打开事故排灰阀排空外置式换热器。 3.2.2压火操作时的停运 在压火处理锅炉缺陷时,要进行热态停炉,锅炉要保持能够再次快速热态启动的状态,还要防止外置式换热器中受热面过热超温,所以首先关闭外置式换热器进料锥形阀,停止外置式换热器的流化,再进行锅炉压火的操作。 4 外置式换热器对锅炉温度参数的影响和 控制 由于300 MWCFB锅炉独特的外置式换热器结 构设计,流经外置式换热器的风、烟、灰量将引起锅 炉各温度参数的变化,尤其过热汽温、再热汽温及床 温。因此,在运行中可利用这一特性,通过调整外置 式换热器的进料量分配,来实现对这些温度参数的 控制。 4.1 过热汽温 过热器系统由包墙过热器、过热器吊挂管、低温过热器、中温过热器Ⅰ、中温过热器Ⅱ、高温过热器组成。其中,中温过热器Ⅰ、中温过热器Ⅱ布置在中 温过热器外置式换热器中,低温过热器布置在高温 再热器、低温过热器外置式换热器中,其他过热器都布置在尾部烟道中。在低温过热器与中温过热器Ⅰ之间、中温过热器Ⅰ与中温过热器Ⅱ之间、中温过热器Ⅱ与高温过热器之间管道上,分别布置有一、二、 三级喷水减温器。 LTS和ITS所在外置式换热器腔室内物料量的变化,必然会导致过热汽温的变化,可通过喷水减温器来控制过热汽温在所需温度范围内。升降负荷时, 对汽温的变化趋势要提前做好研判,并适当超前开大或关小对应进料锥形阀的开度。为防止过热器管壁超温,过热器出、入口汽温应控制在以下范围内: 低温过热器入口汽温不高于361℃,出口汽温不高 于385℃;中温过热器Ⅰ入口汽温不高于381℃,出 口汽温不高于412℃;中温过热器Ⅱ入口汽温不高 于404℃,出口汽温不高于475℃;高温过热器入口 汽温不高于454℃,出口汽温不高于540℃。 4.2再热汽温 再热汽温通过改变高温再热器、低温过热器外置式换热器进料锥形阀开度来控制。开度增大,进 入其中的灰量增加,换热加强,再热汽温升高;反之 再热汽温降低。在低温再热器入口处设置有事故喷水,当再热汽温突然升高,且外置式换热器进料锥形阀已关至最小,但再热汽温仍有上升趋势时,可 用事故喷水。要谨慎控制事故喷水量,以防再热汽 温降得过快,而且投入时间不宜过长。再热汽温发 生波动,还可通过改变高温再热器、低温过热器外置式换热器的流化风量,增强或减弱再热器与循 环物料的热交换来实现对再热汽温的辅助调节。为了防止再热器管壁超温,再热器入口/出口汽温应控制在以下范围内:低温再热器入口汽温不高于327℃,出口汽温不高于416℃;高温再热器入口汽温不高于416℃,出口汽温不高于540℃。 4.3炉膛床温 床温由燃料放热与炉膛和外置式换热器吸热 的平衡关系所决定,床温设计值为850℃。各外置 式换热器进料量对床温有很大影响,高温物料进入 其中后经受热面冷却进入炉膛,影响床温。所以改 变其进料锥形阀开度可改变床温。由于高温再热 器、低温过热器外置式换热器用以调整再热汽温, 床温就由中温过热器外置式换热器进料锥形阀的 开度来调整。进料锥形阀开度增大,进入其中的灰 量增加,从而进入炉膛的冷灰量增加,床温降低,反之床温升高。 由于系统反应时间及其他因素的影响,这些锥形阀的开度与负荷成正比例关系,在改变锅炉负荷时,应及时调整布置有过热器的外置式换热器进料锥形阀的开度,从而控制床温趋于稳定。 此外,还有一些其他手段可对炉膛温度进行调 节控制,例如:改变一次风占总风量的百分比;改变 上部二次风占总二次风的百分比;改变炉膛总压差 #P1;改变过剩空气系数等。 调整床温的同时,要保证分离器出口温度在 900℃以下。分离器出口烟温出现偏差时,锥形阀的开度以及左右两侧过热器减温水量也将出现偏差,要及时调整外置式换热器左右两侧进料锥形阀的开度,必要时再通过改变两侧给煤量的偏置,使炉膛左右两侧床温趋于平衡。 5 外置式换热器异常原因分析及处理 5.1回炉膛非金属膨胀节爆破 5.1.1原因 (1)非金属膨胀节质量差,内衬不锈钢金属网破 损,从而造成非金属膨胀节最外层蒙皮撕裂。 (2)风燃器超温至950℃以上,引起外置式换热 器回炉膛非金属膨胀强度降低而损坏。 (3)锅炉“翻床”,外置式换热器回炉膛的物料 通道被堵塞,而流化风压一直维持在55 kPa,没有 按规定适当减少至30 kPa,导致外置式换热器内超 压,造成外置式换热器回炉膛的非金属膨胀节发生 爆破。 5.1.2处理 迅速关小外置式换热器进料锥形阀,减少外置 式换热器的进料,降低锅炉负荷,减少物料的外循环 量。根据检修要求,请示中调同意,按锅炉压火的预 案处理。 5.2不进料 5.2.1原因 (1)外置式换热器锥形阀打不开,锥形阀执行器 有问题。 (2)外置式换热器锥形阀口附近结焦或脱落的浇 注料堵住外置式换热器进料锥形阀。 (3)由于外置式换热器空室流化风量偏小,引起 回料阀至外置式换热器空室的斜管堵塞,导致外置 式换热器不进料。 5.2.2处理 安排检修人员检查、处理锥形阀执行器。频繁开 关锥形阀,反复用压缩空气吹扫,适当增加回料阀流 化风量,促使大焦块或浇注料松动后排入外置式换 热器,恢复外置式换热器进料。如果是外置式换热器 进料斜管堵塞,则关小锥形阀,适当提高流化风母管 压力,开大外置式换热器空室流化风调节档板,同时 借助外置式换热器空室压缩空气进行辅助吹扫。待 有流化风量指示后,说明外置式换热器恢复了流化。 关闭压缩空气吹扫手动门,再缓慢恢复流化风母管 压力,逐渐开大锥形阀开度至适当位置。若采取上述 措施仍无效,则开启外置式换热器空室事故排灰门 排灰,直至外置式换热器进料为止。 5.3不流化 5.3.1原因 (1)外置式换热器风室积灰严重。 (2)外置式换热器物料板结。 (3)外置式换热器各分室流化风压下降或流化 风门故障。 (4)外置式换热器隔墙耐火砖脱落。 (5)锥形阀异常,导致外置式换热器进料量过 大,造成外置式换热器无法流化。 5.3.2处理 通过提高外置式换热器流化风母管压力,用压缩空气吹扫、疏通,外置式换热器事故放灰等手段来处理。 若是外置式换热器隔墙耐火砖脱落,则采取将床料溢过耐火砖脱落的外置式换热器分室,促使床料在其他外置式换热器分室继续流化换热,待有停炉机会时再彻底处理。 如果是因为外置式换热器进料量过大,致使外 置式换热器无法流化,应采取关小锥形阀,逐室排灰 疏通的方法,直至外置式换热器恢复流化为止。 5.4锥形阀卡涩 5.4.1原因 (1)外置式换热器锥形阀执行器的问题,造成锥 形阀卡涩。 (2)锥形阀长时间大开度运行(50%以上),外置 式换热器内由于流化不畅或温度过高,在锥形阀口 形成一些焦块,造成锥形阀卡涩。 (3)浇注料脱落,恰好卡住锥形阀。 5.4.2处理 安排检修人员检查、处理锥形阀执行器。运行人 员打开卡涩的锥形阀压缩空气风门,吹扫5～10 min, 若锥形阀轻度卡涩,一般就能活动了。若采取上述措 施无效时,保持用压缩空气继续吹扫,就地手摇锥形 阀执行机构,来回活动锥形阀。如果仍不见效,应配 合检修人员用铰链强制开启或关闭锥形阀。在此过 程中,注意压缩空气吹扫时间不宜过长,锥形阀一旦 活动,应立即关闭吹扫风门,防止压缩空气吹扫时间 过长,造成外置式换热器锥形阀磨损吹坏。 5.5爆管 5.5.1原因 (1)受热面管材质有问题。 (2)安装焊接质量差。 (3)由于汽温控制不当,导致受热面管壁运行时经常超温、过热。 (4)外置式换热器流化风量偏大,局部形成烟气涡流,造成外置式换热器管壁局部冲刷磨损。 (5)过热蒸汽品质恶化,致使受热面管壁内部结垢、积盐、腐蚀。 5.5.2处理 立即关闭锥形阀,降低锅炉负荷至最低,申请中调停炉。汽轮机打闸后,开启汽轮机旁路,开启炉侧疏水,间断打开锅炉过热器出口PCV阀,对锅炉进 行泄压。继续保持风机运行,对炉膛、外置式换热器通风冷却。采用逐室增加流化风的手段,将外置式换热器的物料排至炉膛及冷渣器。先全开外置式换热器紧靠炉膛分室下面的流化风门,再全开中间分室 下面的流化风门,最后全开空室的流化风门。打开外 置式换热器事故排灰门排灰。汽包压力降至1.0MPa 时,对锅炉进行带压放水。床温降至54℃时,停运所有风机。做好检修措施后,抢修人员开始处理外置式换热器爆管。 6 结语 通过近1 a的实践,基本熟悉了国产化300 MW CFB锅炉外置式换热器的特性,逐步掌握了外置式 换热器故障的处理方法,为300 MW循环流化床锅 炉的安全、稳定、经济运行提供了可靠的保证。 参考文献: [1]党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行[M].北京:中国 电力出版社,2003. [2]岑可法,倪明江,骆仲泱,等.循环流化床锅炉的设计与运行[M]. 北京:中国电力出版社,1997.(责任编辑:孙家振) |
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