生物質循環流化床鍋爐低過壓差變化的分析與技術改進建議

黃偉杰

廣東粵電湛江生物質發電有限公司 廣東 湛江 524300

引言

某生物質電廠的鍋爐型號是 HX220—9.8-IV1，是高溫高壓、單汽包、汽水自然循環、平衡通風鍋爐，露天布置；鍋爐采用循環流化床燃燒技術；循環物料分離采用絕熱式旋風分離器。從2018年起兩臺鍋爐的運行周期都受到尾部煙道過熱器壓差的制約，因此找出低過壓差變化規律，對運行技術加以改進，是延長鍋爐運行周期的必要手段。

1 運行數據跟蹤及統計

表1 #2鍋爐停爐前各差壓及機組負荷變化

續表

續表

表2 #2鍋爐重新啟動后各差壓及機組負荷變化

從運行數據的跟蹤可以統計出如下內容。

1.1 低過區域

①低過壓差從最初的0.6KPa上升至1.0KPa,用時28天，增長速率為0.014KPa/天；②低過壓差從1.0KPa上升至2.0KPa， 用時21天， 增長速率為0.048KPa/天；③低過壓差從2KPa上升到3KPa，用時12天，增長速率為0.083KPa/天；④從中可以看出，開始階段，積灰是較慢的，但隨著時間的增長，積灰速度越來越快。

1.2 空預器區域

①空預器壓差從最初的1.7KPa上升至2.0KPa，用時30天，增長速率為0.01KPa/天；②空預器壓差從2.0KPa上升至2.5KPa，用時22天，增長速率為0.022KPa/天；③空預器壓差從2.5KPa上升到3KPa， 用時15天， 增長速率為0.033KPa/天；④從中可以看出，空預器壓差的增長是比較均勻，平均每天0.01～0.02KPa之間。

1.3 負荷變化

從負荷曲線看，第50天后機組負荷明顯下降，平均負荷低于50MW，當時對應的空預器壓差為2.48KPa,低過壓差為2.11KPa。

2 壓差增大的原因分析

根據對鍋爐低過區域壓差的跟蹤調查，我們發現低過區域壓差的增長速度與原始的壓差有關。通過近幾次開機后的參數對比，我們發現有時開機后第二天，機組帶50MW以上負荷，有時低過區域的初始壓差為0.3～0.4KPa之間，有時低過區域的初始壓差卻為0.6～0.7KPa。從初始壓差的不同可以看出檢修過程中對低過區域沖洗的清潔度有所不同[1]。我們跟蹤了近兩次#2爐開爐后的低過壓差變化過程，發現兩次從初始的0.58KPa起增長到1KPa所用時間大致都為27-30天。說明初始階段積灰速度是一致的。

由于我們廠低過為臥式布置，管與管之間的間隙較小。這種設備布置結構本身就存在有容易積灰的缺點[2]。在鍋爐正常運行中，煙氣中不可避免地攜帶有灰塵，這些灰塵流過低過受熱面時受管子的阻力就會有部分灰塵黏結在管子表面，久而久之，灰塵越結越厚，舊的灰塵被新的灰塵包裹，逐漸就形成了包裹在管子外層的灰層。這些灰層由于是有時間段積聚的，每層灰層中所含飛灰可燃量不同，有些含可燃物較多的灰層被包裹在管子表面，時間長后，可燃物慢慢暗燃，可燃物含量較多，可能發生低過區域的二次燃燒（這種情況在幾年前曾經發生過多次，2018年后，低過區域強烈的二次燃燒現象就沒有再發生。）雖然沒有發生強烈的二次燃燒，但可燃物的慢慢暗燃還是不停地發生的。這些可燃物的暗燃就形成結焦。而這種結焦并不是燃燒理論中的高溫結焦，而是低溫結焦，這種低溫結焦主要是由于局部超溫或低溫燒結而引起的。這是我廠目前的設備結構和燃料結構情況下無法避免的。

隨著低過管子外層包裹的積灰越來越厚，管子間的間隙進一步減小，煙氣阻力加大，更進一步增加了低過受熱面表面積灰的可能性，這是一個惡性循環，是所有鍋爐都面臨的難題——特別是我們生物質鍋爐：本身爐子小，尾部受熱面布置密，受熱面管子與管子之間的間隙本來就小，積灰是無法避免的；再加上生物質灰中高含堿金屬成分，堿金屬元素有加快積灰的特性[3]。在生物質鍋爐中，積灰也叫沾灰或玷灰，是指溫度低于灰熔點的灰粒在受熱面上沉積，玷污可分為高溫灰沉積和低溫灰沉積兩種類型。高溫灰沉積的形成溫度處于灰粒變形溫度t1下的某一范圍內，這類沉積多發生在屏式過熱器、對流過熱器等對流受熱面上。低溫灰沉積則主要出現在溫度低于配露點的管壁表面上，如省煤器、空預器等，它是由酸液與飛灰凝聚而成。

3 積灰的變化規律

我廠對鍋爐尾部入口煙溫的變化進行了較長時間的跟蹤與分析，總結了積灰的變化規律如下：啟動初期，如果尾部低過區域用水沖洗，因為水沖洗后尾煙受熱面表面比較干凈，低過吸熱量增多，在該期間，就會出現低過金屬壁溫偏高，低過出口蒸汽溫度偏高（達488～500℃），而由于低過吸熱量較大，低過區域的煙溫并沒有多高，一般為640～670℃之間。

隨著鍋爐運行時間的增長，一般第7-10天就會出現低過出口蒸汽溫度下降，入口煙溫上升的趨勢，這說明低過受熱面表面上已經開始聚積了沉積灰，由于灰的傳熱系統低，低過受熱面吸熱量減少，入口煙溫相對升高，但這期間入口煙溫仍是可控制的。一般低于680℃以下。這個時期，低過區域差壓增長速度較慢，一般為0.01～0.02KPa/天。

隨著鍋爐運行進一步增長，一般運行第30天左右時，低過區域差壓逐漸增長至1.0KPa，這時期低過入口煙溫保持較穩定，平均值有緩慢上升，一般維持在680℃以下。

低過差壓上升至1.0KPa后，低過差壓上升速率明顯增加，從原來的0.01～0.02KPa/天上升至0.02～0.04kpa/天，繼續運行至第43天左右時，低過差壓已上升至1.5KPa以上。這時期低過入口煙溫平均值雖有上升，但仍保持在680℃以下。

低過差壓上升至1.5KPa后，低過差壓增長速率從0.02～0.04KPa/天上升至0.06～0.08KPa/天。隨著差壓的增長，這時期，低過入口煙溫平均值繼續增長，隨著灰中沉積的可燃物越來越多，還會出現可燃物暗燃或強烈二次燃燒的現象，表現為低過入口煙溫有時會短時間上升到690～700℃，二次燃燒時入口煙溫更高。

低過差壓上升至2.0KPa之后，低過差壓增長速度更加迅速。這時低過入口煙溫超過690℃的情況更多。

根據生物質灰的特性，隨著入口煙溫的上升，該區域沉積的生物質灰速度越來越快，所以低過差壓從2.0上升到2.5KPa只需要10天左右。

4 技術改進建議

4.1 控制適當氧量燃燒

保證鍋爐燃燒時有氧，使燃料在爐膛內充分燃燒；同時又要控制好氧量，使爐內的氧量不過多，提高燃燒效率，減少風機電流，達到最佳功耗比。

4.2 加強吹灰

為了更好的吹灰效果，采用乙炔弱爆吹灰。每班全面吹灰一次，當低過區域壓差達-1KPa時，每班除了全面吹灰一次外，還要單獨對低過區域再吹灰一次[4]。

4.3 改善鍋爐循環流化

當鍋爐運行周期較長后，爐膛內有床溫分布不均，爐膛內結焦導致流化不好的現象出現。這時鍋爐的循環不好，有未完全燃燒的灰分積聚在尾部區域暗燃，使尾部煙道壓差增大。為了解決這些現象，每隔一段時間更換床沙，改善鍋爐流化和循環。

4.4 控制入爐燃料品種和水分

對入爐的燃料按一定的配比混料，保證入爐燃料的品種和水分穩定。

5 結束語

通過對運行數據的跟蹤和統計，分析出生物質循環流化床低過壓差變化的原因及規律，并通過研究這些規律，找出了改進辦法，延長了鍋爐運行周期。提高了鍋爐運行的經濟性和安全性。