中國(guó)鋁業(yè)中州分公司熱電廠5#鍋爐于2003年12月20日投產(chǎn)。該鍋爐額定負(fù)荷為220t/h,露天N型布置,自然循環(huán)高溫高壓煤粉鍋爐,設(shè)計(jì)煤種為無(wú)炯煤,采用球磨機(jī)中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng),熱風(fēng)送粉。采用單汽包、單段蒸發(fā),集中下降管循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)。鍋爐前部為爐膛,四周布滿膜式水冷壁,爐膛出口處布置屏式過熱器,水平煙道內(nèi)裝設(shè)高低溫兩級(jí)過熱器,尾部豎井煙道交錯(cuò)布置兩級(jí)省煤器和兩級(jí)空氣預(yù)熱器,水平煙道和轉(zhuǎn)向室均為膜式壁頂棚管包墻管,富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐,生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
自鍋爐投產(chǎn)以來(lái)一直存在爐膛嚴(yán)重結(jié)焦的情況,囚大量焦渣而被迫停爐清理,運(yùn)轉(zhuǎn)周期不足2個(gè)月。嚴(yán)重影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行和氧化鋁的生產(chǎn)。
一、鍋爐結(jié)焦原因分析
在煤粉爐中,燃燒火焰中心溫度在1500~1700℃之間。燃料中的爐灰在這樣高的溫度下大多熔化為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)。南于水冷壁的吸熱,從燃燒火焰中心向外,越接近水冷壁溫度越低。在正常情況下,隨著溫度的降低,爐灰將從液態(tài)變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進(jìn)而變成固態(tài)。如果軟化狀態(tài)的爐灰碰到受熱面時(shí),由于受到冷卻而粘結(jié)在受熱面上,形成結(jié)渣(俗稱結(jié)焦)。
1.衛(wèi)燃帶敷設(shè)過量且布置不合理
5#鍋爐原設(shè)計(jì)布置的衛(wèi)燃帶如圖1所示,衛(wèi)燃帶面積達(dá)到96m2,較同類型鍋爐高出30%,例如山西陽(yáng)泉某電廠同型號(hào)鍋爐的衛(wèi)燃帶僅有62m2。大量衛(wèi)燃帶的敷設(shè)能夠維持較高的爐膛溫度,提高了噴燃器的著火穩(wěn)定性,同時(shí)也為結(jié)焦創(chuàng)造了條件。原設(shè)計(jì)衛(wèi)燃帶一直敷設(shè)到噴燃器的根部,而在噴燃器的根部的向火面和背火面,由于一、二、三次風(fēng)的強(qiáng)烈卷吸作用,氣流流動(dòng)比較混亂,是容易產(chǎn)生結(jié)渣的部位,噴燃器根部附近不適宜敷設(shè)衛(wèi)燃帶。
2.鍋爐設(shè)計(jì)燃燒器存在的問題
原鍋爐燃燒器采用了可調(diào)擋塊式水平濃淡燃燒器,從空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看,這種燃燒器存在的問題有:
(1)穩(wěn)定燃燒有一定的效果,但犧牲了后期混合,爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)紊亂。
(2)燃燒器噴口處鈍體角度太大,不能形成封閉回流區(qū)。在燃燒器設(shè)計(jì)中,為了增加穩(wěn)燃效果,穩(wěn)燃器鈍體角度(25。)和尺寸取得較大(圖2),同時(shí)噴口外殼尺寸較短,在實(shí)際運(yùn)行中,一次風(fēng)氣流在離開噴口后,未能形成封閉回流區(qū),使煤粉氣流分成上下兩股氣流,導(dǎo)致一次風(fēng)氣流剛度減弱。向上偏離的煤粉氣流刷墻結(jié)焦,向下偏離的煤粉氣流直接沖入冷灰斗,導(dǎo)致一次風(fēng)掉粉、冷灰斗溫度升高產(chǎn)生結(jié)焦。
(3)燃燒器沒有布置側(cè)邊風(fēng),在水冷壁處易形成還原性氣氛。
3.煤粉燃燒時(shí)不能及時(shí)得到充足的氧氣
雖供給了足夠空氣總量,但由于一次風(fēng)離二次風(fēng)較遠(yuǎn),燃料與空氣混合不好,某些部分空氣多一些,則燃燒就完全,有的地方空氣少一些則燃燒就不完全,從而造成煤在爐內(nèi)燃燒不良、煙氣溫度不均勻。在煙氣溫度高的地方,管壁溫度高,未燃盡的煤粉顆粒一旦粘結(jié)在上面繼續(xù)燃燒,將形成灰粒的粘附,燃燒不完全產(chǎn)生大量CO,使灰熔點(diǎn)降低,導(dǎo)致結(jié)渣。
綜合上述分析認(rèn)力,噴燃器設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致燃燒器一次風(fēng)動(dòng)力場(chǎng)不好,是引起鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦的首要原因。過量敷設(shè)衛(wèi)燃帶和布置的不合理是導(dǎo)致嚴(yán)重結(jié)焦的重要原因。
二、改造措施
1.對(duì)衛(wèi)燃帶的面積以及位置重新進(jìn)行布置
衛(wèi)燃帶布置面積5 8.61m2,減少37.39m2,位置及形狀重新布置,如圖3所示。
2.采用百葉窗水平濃淡燃燒器
哈工大的百葉窗水平濃淡燃燒器,其濃煤粉氣流的濃度比工程上常用的一次風(fēng)煤粉濃度一般高出30%—60%,具有穩(wěn)燃、防高溫腐蝕、防結(jié)渣性能。該燃燒技術(shù)包括了水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)的全部?jī)?yōu)點(diǎn),還可以靈活的控制燃燒區(qū)域水冷壁附近的煙氣成分,其綜合性能較好。
(1)合理布置鈍體角度和尺寸。鈍體角度由原來(lái)的25。減小到14。,使一次風(fēng)噴出后形成封閉的回流區(qū),達(dá)到穩(wěn)燃的目的。
(2)在一次風(fēng)口濃側(cè)增加兩塊40mmx40mmx40mm的穩(wěn)燃?jí)K,進(jìn)一步提高著火穩(wěn)定性。
(3)減少燃燒器的高寬比,由原來(lái)的1.4減小到1.04,增加氣流的剛性。
(4)增加410mmx46 mm的一次風(fēng)側(cè)風(fēng)邊口,防止氣流刷墻結(jié)焦。
(5)在兩個(gè)一次風(fēng)之間增加一個(gè)400mmx120 mm狹窄可調(diào)的二次風(fēng)噴口,提高對(duì)煤種的適應(yīng)性。
(6)三次風(fēng)噴口上增加穩(wěn)燃齒。穩(wěn)燃齒弧長(zhǎng)lOOmm、弦長(zhǎng)90mm、長(zhǎng)度200mm,共6個(gè),提高三次風(fēng)著火的穩(wěn)定性。
(7)減少燃燒器的切圓角,使切圓由∮700mm減小到∮513mm。
三、改造效益
改造后的5’鍋爐運(yùn)行至今,沒有發(fā)生一起因結(jié)焦嚴(yán)重而導(dǎo)致停爐的事故,最長(zhǎng)運(yùn)行周期達(dá)到了358天。經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也得到了明顯的優(yōu)化,在額定負(fù)荷下飛灰可燃物含量較改造前降低2.5個(gè)百分點(diǎn),排煙溫度較改造前降低6℃。
1.經(jīng)濟(jì)效益
(1)蒸汽煤耗較改造前降低了0.001t/t。鍋爐年產(chǎn)蒸汽148.5萬(wàn)t,煤炭?jī)r(jià)格每噸560元,每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為148.5×0.001x560=83.16萬(wàn)元。
(2)改造前鍋爐運(yùn)行周期2個(gè)月,每年鍋爐因?yàn)榻Y(jié)焦停爐6次,每次啟停爐需6萬(wàn)元,每年減少因結(jié)焦停爐造成的經(jīng)濟(jì)損失為36萬(wàn)元。
(3)每次清焦費(fèi)用約3萬(wàn)元,每年節(jié)省的清理焦渣費(fèi)用為6x3=18萬(wàn)元。
以上三項(xiàng)合計(jì)為13 7.16萬(wàn)元,不包括因停爐影響氧化鋁生產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。
2.社會(huì)效益
杜絕了因人工清焦所造成的各種傷害事故,減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。保證了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行,節(jié)約了能源,減少了粉塵排放量,富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐,而且還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的楊木木屑顆粒,楊木顆粒燃料主要供生物質(zhì)鍋爐燃燒使用。