煤的种类、性质与燃烧参数(床温、分离器是否冷却、旋风分离器出口烟温、过量空气系数等)相结合,决定了循环流化床锅炉循环主回路和尾部对流受热面之间的热负荷分配。对于不同燃料,循环主回路和尾部对流受热面之间的热负荷分配是不同的,对于烟煤烟气携带了大约42%到44%的热量到尾部受热面,对于同一种煤种烟煤,发热量低,水份较高,锅炉带到尾部的热负荷高,这说明烟煤的发热量越低,水份越高,带到尾部的热量也就越多,当煤种的热质和水份接近时,含氢量高的煤,烟气带到尾部的热量也就高。对于贫煤,由于其成分与烟煤接近,因此烟气带到尾部的热量略高于烟煤。对于无烟煤,由于较难着火和燃尽,炉膛采用了较高的床温,因此进入尾部对流烟道的烟气温度高,携带的热量也高,基本上在46-49%左右,远远高于烟煤和贫煤;对于褐煤,由于煤种含水份高,热质低,但含水份高,再加上氢的成分亦高,生成的烟气中水蒸汽的含量高,因此进入尾部对流烟道的热量介于烟煤、贫煤和无烟煤之间,约为45-46%左右。因此对于不同煤种,循环流化床锅炉主循环回路和尾部对流烟道的热量分配差别较大,烟煤最小,大部分热量被炉膛和炉内受热面吸收,贫煤次之,无烟煤为最大。对于同种煤种,煤的发热量、水分、氢的含量对热量分配有一定的影响,总的趋势是发热量越低,水分和氢含量越高,进入尾部的热量越多,但在一定范围内差别不是很大。
煤种对循环流化床锅炉效率的影响主要在于以下几个方面:1)固体不完全燃烧热损失q4,煤可燃基挥发份和固定碳含量的高低影响细颗粒煤在一次或多次经过炉膛、旋风分离器后的燃尽程度,对于可燃基挥发份低、固定碳含量高的无烟煤和贫煤,由于难以着火和燃尽,一般固体不完全燃烧损失q4高达2.5%-4%,甚至更高。而对于挥发分适中的烟煤和褐煤则大都小于2%;2)锅炉排烟热损失q2,煤的水分和氢的含量影响锅炉的排烟热损失,对于锅炉排烟温度在135-140℃之间,对于烟煤、贫煤和无烟煤,排烟热损失基本在5.5-5.6%之间,而对于褐煤则超过6.0%;3)灰渣热物理损失q5,对于循环流化床锅炉,灰和硫的含量对锅炉的排渣热损失有较大的影响,因此在循环流化床锅炉的设计中,对于高硫、高灰的低热质煤,为了追求高的锅炉效率,通常采用流化床式的冷渣器,通过在冷渣器中布置受热面积来进一步吸收大渣的蓄热,降低排渣热损失,对于灰份、硫份高的煤,使用流化床冷渣器可提高锅炉效率0.4-0.5%以上.
低温腐蚀的机理
低温腐蚀是锅炉尾部烟道中低温受热面烟气侧产生的腐蚀。主要发生在低温空气
预热器的冷端。
产生低温腐蚀有两个要素,一是烟气中有硫酸蒸汽,二是受热面壁温低。燃煤中的
硫燃烧后生成二氧化硫,有一部分会再氧化成三氧化硫三氧化硫与烟气中的水蒸气结合
成为硫酸蒸
汽。当受热面壁温低于烟气中硫酸蒸汽的露点时,烟气中的硫酸蒸汽就会在金属壁面上
凝结成液态硫酸,对金属产生强烈的酸性腐蚀,即产生了低温腐蚀,故酸露点也称为烟气
露点。烟气露点可达140-160度甚至更高。
受热面的低温腐蚀与低温积灰往往相互影响而形成恶性循环。积灰后受热面壁温
降低,有助于硫酸蒸汽的凝结,而且在350以下被黏结的低温积灰能吸附三氧化硫,使腐蚀
加剧,同时又继续黏结飞灰;若腐蚀损坏受热面引起漏风,将使烟温进一步降低,从而加
剧腐蚀与积灰的进行。
低温腐蚀会造成空气预热器受热面腐蚀穿孔,使大量空气漏入烟道,既增大风机电
耗,又造成炉膛缺风,使燃烧恶化。低温积灰严重时将形成堵灰,不仅影响传热,而且可
能因烟道阻力剧增而锅炉出力,甚至被迫停炉。
防止或减轻低温腐蚀的方法
())提高低温空气预热器受热面的壁温。
)采用热风再循环。
(!)防止高温腐蚀的方法:
各类型高温腐蚀发生的条件可概括为:
))燃料的因素;
!)壁温的因素;
&)燃烧工况组织得不完善。
防止或减轻低温腐蚀的方法:还有
加入添加剂、用耐腐材料制造空气预热器、采用低氧燃烧等。
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几个影响汽温的特殊因素
1. 燃烧份额的影响
由于燃烧,流动、传热过程复杂,影响因素很多,故目前尚无法精确确定在密相区和稀相区中各燃掉多少燃料,即燃烧份额是受多种因素影响的末知数。在现有的循环流化床锅炉的设计中,密相区中的燃烧份额δ很大程度上是靠经验选取得数据。在实际运行中,δ与煤种、煤的粒度分布、送风量大小、炉温高低、给煤方式、分记器效率、循环倍率、操作水平等因素均有关系,故设计时选取的δ值与运行工况下的δ值难免会有差别。如实际运行时,因煤中细颗粒含量多、送风量大,使密相区中的燃烧份额δ减少,稀相区中的燃烧份额增大,稀相区出口烟气温度增高,出口汽焓上升,计算结果表明:当密相区的燃烧份额由0.7降到0.5,调温焓增加了86.6KJ/KG,相当于汽温增加了约35℃.可见δ的变化对汽温影响较大。
2. 烟气中颗粒浓度和粒度的影响
在对流受热面中,受热面同时接受对流和辐射二部分热量,飞灰浓度和粒度的变化将引起辐射热量的变化,从而引起汽温的变化。常规锅炉浓度在运行中变化不大,颗粒的辐射换热量较小(层燃炉)。然而在循环流化床锅炉中因烟气的飞灰浓度较大,辐射换热量在总传热量中所占比例较大,所以飞灰浓度的变化对传热量有较大影响,循环流化床锅炉运行中有很多因素会引起飞灰浓度的较大变化,如煤的粒度、分离器效率,送风量大小等,循环倍率越高,这些因素影响越大。所以必须给予以考虑。若飞灰浓度由0.06KG/M3kj/m3增加到0.16调温焓增大相当于汽温增加了约30℃。飞灰粒度由0.2MM。Ai下降到0.1MM增加了25KJ/KG,相当于汽温增加了约10℃。此外由于飞灰浓度大、粒度大,颗粒碰撞壁面时的接触传热增加。对汽温也会有一定的影响,但目前的计算中没有考虑这部分接触传热,这部分内容有待进一步研究。
3.燃料颗粒度的影响
我国流化床锅炉用煤约为宽筛分物料,一般要求为0-8MM或0-10MM的自然破碎粒度,但实际运行时,由于下述原因造成燃煤粒度不能保证要求。(1)制煤系统不合事,原煤末先经过筛分就进行破碎,造成细粉煤含量过多。(2)筛子运行不正常,运行一段时间后特别当煤较湿时,筛孔发生部分堵塞,使煤的粒度越来越细。(3)输煤系统上无吸铁装置或其运不下正常,使铁钉、铁块等进入流化床中。(4)破碎机运行不正常如,运行一段时间后,破碎效果不佳,粗颗粒煤含量增加,如破碎后煤不过筛,将造成大颗粒煤大量进入床中。(5)筛子和飞在粒度出现破损,使筛孔变大,也造成粗颗粒煤大量进入床中。总之制煤系统是保证提供粒度合格煤的关键。颗粒的大小会引起送风量、燃烧份额、飞灰浓度和飞在粒度的变化。从而影响汽温的变化,如燃煤的最在粒度大于8-10m(最大颗粒甚至达到50MM)且细颗粒含量较高时,若维持在设计风量下运行有可能使粗颗粒沉积而引起事故(这是我国流化床锅炉不能长期稳定运行的主要原因之一),为使粗颗粒流化,必需加大送风量,结果造成颗粒扬折率增加,密相区内的燃烧份额δ降低,稀相区内的燃烧份额增加,同时增大送风量又使过热器区域的烟增加,二都使汽温上升,严重时还可能在部分细颗粒煤在热器区域燃烧,而造成汽温大大增高。
4.负荷(送风量)的影响
一般中、高参数的锅炉上,过热器多布置为高、低二级纯对流过热器。这种纯对流过热器的汽温将随负荷的变化而变化,负荷增加,燃烧,风量,烟量,烟速增加,汽温随之增高。流化床锅炉中,煤粒是在流化的状态下燃烧的,所以风量的大小应同时满足燃烧和物料流化的两方面需要。在额定负荷左右,燃烧所需的风量与良好流化所需的风量要相当,但在负荷降低时(从保证水循环的安全性出发,最好不采用停床的方法),为保证密相区的良好流化,风量不能随燃料量的减少而降低过多,此时流化所需风量大于燃烧所需风量,因此在低负荷时流经过热器的烟气量相对较大,故汽温随负荷的降低比常规锅炉中汽温随负荷的低要小。中压锅炉上调温焓约在80KJ/KG左右,负荷低于70%额定负荷时,汽温便达不到设计值,但在低倍率循环流化床锅炉中,调温焓即使为化床锅炉负荷调量范围可大些。
5.调温方式对汽温影响
是参数循环流化床锅炉中,调温方式不外乎在二级过热器间设置减温器用面减式温器减温或用给水喷减温或用自制冷凝水减温,从后面的例子可看出,当几个因素同时汽温,采用面式减温器时汽温上升了100℃以上,如二级间采用喷水减温,则喷水量的大小将影响流经低温过热器的汽量,当温上升要求喷水量增大时,流经低温过热器的汽量减少,低温过热器出口汽温更高,所以选用水减温会使汽温上升更多。自制冷凝水量的大小,取决于过热器的压差,流经过热器的流量大,压差大,喷水量也大,由于在低负荷时,自制冷凝水量减少,若此时汽温升高要求有足够的喷水量减温这时就会感到喷水量不够。如果低温过热器吸热比设计偏大,这种矛盾将会更加突出。
6.炉内空气动力场对汽温的影响
与常规锅炉一样,炉内空气动力场过热器的汽温也有影响。在循环流化床锅炉中,影响烟含沿炉宽分布不均的主要有三个原因:(1)是循环流化锅炉的旋风分离器多布置在二级过热器之间或在过热器后,并在过热器区的水平烟道二侧引出烟气进入旋风分离器。这种布置必然会引起烟气流量炉宽方向的不均匀性,即二侧多中间少,从而引起各过热器管间的热偏差。(2)是循环流化锅炉的稀相区多布置有二次风,切向四角布置或对冲布置等,若二次风安装、高速不当、也会引起烟气沿炉宽方向的不均匀而造成各管间的热偏差。(3)是中、高参数的低倍率循环流化床锅炉一般高有几个床,现有35T/H-75T/H级的循环流化床锅炉多为2个6个庆在低负荷参数时若停止其中一部分床的运行,也会引起过热器各管间的热偏差,热偏差大时可能引起过热器局部管子超温。
综上所述,在循环流化床锅炉中影响过热器汽温的特殊因素很多,且各因素之间互相影响。实际运行中,一般都是几个因素同时起作用的。当几个因素合作用时,汽温可能有很大的变化。如在某次高压75T/H低倍率循环流化床锅炉过热器的计算中,同时考虑飞灰浓度、燃烧份额、飞灰粒度的影响即飞灰浓度U由0.06KG/M3变化到0.16KG/M3,燃烧分额δ由0.7减小到0.6,飞灰粒径DFH由0.2MM减小到0.1MM,计算结果表明,调温焓Ai由66KJ/KG增大到326.6KJ/KG(调温焓比设计值增大了5倍,相当过热器增加了约103C即使在60%的低负荷时,根据同样的计算,结是表明调温焓由9.5KJ/KG增加到183KJ/KG),即调温焓增大了近20倍,相当于汽温比设计值增加了近700C为此,对循环流化床锅炉中的汽温控制应给予很大的关注、并在设计、运行中给予尽量仔细的考虑。
过热器的设计要点及注意事项
综不所述,循环流化床锅炉过热汽温受多种因素的影响,且变化幅度可能很大,为保证过热器的安全和达到
计参数,结合我们的实践经验提出以下几点设计和运行中应重视的问题:
1、适当修正传热系数。目前普遍存在过热的汽温实测值大于设计值问题,这主要是由于过热器的传热系数计算不准确,设计的传热系数偏小,受热面偏多而引起的。故应在设计过热器时修合理正传热系数。
2、控制燃煤的粒度
如上所述,燃煤粒度的大小会影响风量、扬折率、飞灰的浓度和粒度、燃烧份额、分离器效率等,所以保证合格的燃煤的粒度对控制过热汽温十分重要。如某电厂选用混煤,虽然燃煤平均粒度以仅为1.04MM,但仍含有大的煤粒,加上大风量运行等其他因素,结果使果使减温喷水量大大增加。
3、应有一定的调节燃烧份额的手段
密相区内燃烧份额的变化对锅炉负荷、密相区烟气温度和稀相区出口烟气温度均有较大的影响,因此对汽温也有较有的影响。但在设计中,燃烧份额是一个凭实践经验估取的数值,由于影响因素多而复杂,其取值只能是粗略的。因此在设计时应考虑一些措施来调节燃烧份额。如采用负压给煤并在落煤口处设置播煤风口,播煤风道上安设调节阀,这样可根据运行工况通过改变播煤风量的大小和进风口的角度,在一定的落围内改变燃烧份额的大小,尽可能与设计值保持一致,避免因燃烧份额的改变而引起较大的汽温变化。
4、采用低倍率循环
在循环流化床锅炉设计中,分离器的效率与循环倍率紧密相关。分离器效率决定了循环倍率。当循环倍率较低时,分离器效率的变化对循环倍率的影响不大。当分离器效率较高时,分离器效率的少许变化便会引起循环倍率的很大变化。如表1所示,低倍率循环流化床锅炉的循环倍率一般在3-10之间(相当于分离器效率为70-90)可引起飞灰浓度成几倍的变化。在高倍率循环流化床锅炉中,分离器效率的变化对飞灰浓度的影响更大。因此采用低倍率循环容易控制汽温。
表1、
分离器效率 循环倍率
70 2.33
75 3
80 4
85 5.66
90 9
96 24
98 49
99 99
99.6 249
此外,设计时选用的分离器效率应与实际运行时的分离器效率接近,若偏低较多,会引起过热器汽温的上升。事实上分离器效率将受负荷,送风量等多个因素的影响,很难做到与设计值相同,在低倍率循环流化床锅炉中,这种差异对汽温影响的程度要比高倍率循环流化床锅炉小。
5、避免大风量运行
目前在流化床锅炉中,由于原煤粒度大的已超过8-10MM的规定值,为防止粗颗粒煤沉底而引发事故,通常用大风量运行,不仅在额定负荷下风门全开,而且在低负荷时也不关小风门,这种大风量的运行方式不仅能引起烟量,烟温的变化,还会因大风量而造成扬折量增大,密相区的燃烧份额减小,飞灰浓度增大等变化,影响到汽温的增高。因此,运行中操作风量应适当,以避免锅炉效率的降低和汽温的升高。
6、增大调温能力
循环流化床锅炉减温器的减温能力应比常规锅炉大,过热器减温焓的选取值应比设计推荐值低些,以增强多种因素对汽温影响的适应能力。
7、一、二次风的调
一、二次风选用同一个风机,可以在较宽的范围内调节一、二次风的比例,负荷降低时,为防止粗颗粒沉底和保证良好流化,可不减或减一次风,而适当减少二次风,这样就可以较好地满足流化和燃烧所需的二个风量之和基本保持一致,避免大风量运行。
二次风不宜过小,否则影响二次风区域的燃烧效率,并应注意二次风管的安装质量,进行冷态调试。运行时应监测锅炉二侧烟温,并作相应的调整,总之应保证二次风良好的运行工况,使炉内流场均匀。
四、结论
1、影响循环流化床锅炉汽温特性的因素很多,且相互关联,可能使汽温有较大的变化,还可能引起低温过热器出口汽温偏高。汽温控制常规锅炉复杂。
2、原煤粒度对过热汽温有较大的影响。应重视和完善供煤系统,保证供给合格的煤粒。
3、低倍率循环流化床锅炉比高倍率循环流化床锅炉汽温容易控制。
4、循环流化床锅炉在保证汽温达到额定值的条件下比一般锅炉的负荷调节范围可宽一些。
排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项,一般约为5%~12%。占锅炉热损失的6%—7%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度,一般情况下,排烟温度每增加l0℃,排烟热损失增加0.6%—1%,相应多耗煤1.2%~2.4%。若以燃用热值为20000kJ/kg煤的670t/h高压锅炉为例,则每年多消耗近万吨动力用煤。我国许多电站锅炉的排烟温度高于设计值,约比设计值高20~50℃。所以降低排烟温度对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。排烟温度升高的原因分为真实升高的原因和虚假升高的原因两大类,所谓真实升高的原因是指客观上确实使排烟温度升高的原因;虚假升高的原因是指表面上排烟温度比设计值高,但客观上并非如此。真实升高的原因又可分为两类。一类是可通过运行、检修、管理和结构改造可以消除的原因,而排烟温度升高原因分类一类是不易消除的。如折算水分和冷空气的温度是很难左右了的。锅炉运行中,当某些受热面上发生结渣、积灰或结垢时,烟气与这部分受热面的传热量减少,锅炉的排烟温度也会升高。因此,为了保证锅炉经济运行,必须经常保持受热面清洁。排烟温度的大小与燃料性质有关。当燃用水分和含硫量较高的煤时,为了避免或减轻低温受热面的腐蚀,不的不采用较高的排烟温度。同时燃煤水分增大,排烟容积也增大。结果都会使排烟热损失变大。炉膛出口过量空气系数 以及沿烟气流程各处烟道的漏风,都会影响到排烟的过量空气系数,因而也影响排烟热损失和排烟温度。漏风使排烟热损失增大的原因,不仅是由于它增大了排烟温度容积,同时漏风也使排烟温度升高。这是因为漏入烟道的冷空气使漏风点处的烟气温度降低,从而使漏风点以后所有受热面的传热量都减少,故使排烟温度升高。而且漏风点越靠近炉膛,这个影响就越大。下载本文