主页 > 火电 > 火电环保 >

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

        发布时间:2018-09-12 10:02        编辑:欢乐生肖APP

燕山石化热电厂西区热力作业部建设有两台循环流化床(CFB)锅炉,型号为FW-310/9.81-M,汽冷旋风分离器、单汽包、无再热自然循环式,最大连续蒸发量310t/h,额定压力9.8MPa,额定汽温540℃。炉膛布置水冷屏和屏式过热器、水冷布风板、风冷选择性冷渣器。燃料为石油焦与烟煤的混合燃料,设计燃料为100%石油焦,校验燃料为70%石油焦+30%贫煤,焦煤比允许波动范围一直处于试验摸索之中。

 

研究表明,石油焦具有“五高二低”的特点,即含碳量高(Car>80%)、发热量高(Qad>30000kJ/kg)、含硫量高(Sar>4%)、全水分高(Mar>8%)、杂质金属含量高(V、K等)、挥发分低、灰分低。因此在电站煤粉锅炉中燃烧时易出现着火困难、燃烧效率低、以及受热面金属高温腐蚀等问题。

 

该作业部燃用的石油焦和烟煤的工业分析及元素分析见表1。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

由表1可见,石油焦含碳量高达90.16%,挥发分仅为8.98%,着火较为困难,燃尽时间较长,所以需要良好的燃烧工况才可以使石油焦颗粒快速完全地燃烧;石油焦含硫3.6%,脱硫难度较大;石油焦的全水分Mar达到11.08%,水分含量较高。而烟煤可为炉内石油焦着火及稳定燃烧提供可靠的保障,同时烟煤燃烧后形成的灰分提供了充足的循环物料,为CFB锅炉的正常运行提供了必要的条件。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

表2给出了入炉石油焦和烟煤的粒径分布。石油焦粒径在4mm以下的颗粒占78.09%,1cm以下的颗粒占93.63%,大量的细小颗粒在未完全燃烧之前就被吹出炉膛,其中粒径小于分离器切割直径的颗粒将直接进入飞灰中,造成飞灰含碳量大幅升高,燃料利用率降低,锅炉效率下降。烟煤颗粒直径大多分布在106~5600μm之间,与锅炉设计燃料粒径分布较为接近,但大于1cm、小于106μm的颗粒存在,与设计粒径分布还有一定差距。

 

锅炉在运行中出现了飞灰含碳量高、效率下降、设计Ca/S条件下SO2排放较高等问题。因此,进行掺煤比的调整和优化,得到合理的运行参数,以提高锅炉效率,提高运行经济性非常必要。

 

掺煤比的调整过程

 

为准确研究锅炉运行中掺煤比的影响,尽量减小干扰因素,在性能调整试验中以基准工况为基础,保持锅炉负荷相对稳定,维持在275~320t/h,锅炉配风、氧量、炉膛温度、床压等影响锅炉燃烧效率的参数变化幅度较小,均在正常变化范围内,燃料系统运转正常,灰渣系统运转正常。

 

掺煤比试验过程具体实施如下:

 

1)掺煤比燃烧试验自2014年11月13日进行空白试验。

 

2)2014年11月20日,掺煤比提高到30%,进行为期1周的燃烧试验。

 

3)2014年11月27日,掺煤比提高到35%,因1#炉高加泄漏等原因影响,出现一些波动,12月4日,决定重新进行35%掺煤比的燃烧试验,12月11日结束。

 

4)2014年12月12日开始进行40%掺煤比试验,14日发生1#CFB锅炉西侧冷渣器出渣困难,经分析认为是燃料中含有煤矸石所致,随即将掺煤比降到35%运行;17日冷渣器运行正常后,重新进行掺煤比40%燃烧试验;2014年12月30日至2015年1月5日,进行掺煤比为45%的燃烧试验。

 

5)2015年1月6日至27日,进行掺煤比为50%的燃烧试验。

 

掺煤比的调整试验结果

 

锅炉灰渣碳含量随入炉燃料掺煤比变化

 

入炉燃料掺煤比对应低位发热量见表3。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

 

 

随着锅炉燃料掺煤比的提高,1#、2#CFB锅炉电、布袋除尘器的含碳量呈下降趋势,底渣含碳量基本保持平稳。其中在50%掺煤比工况下,1#炉电除尘飞灰碳含量9.92%,达到装置投用以来最低值。2#CFB锅炉电、布袋飞灰均有较大程度的下降,与空白试验相比,下降50%左右。

 

锅炉灰渣量随入炉燃料掺煤比变化

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

随着入炉燃料掺煤比的提高,燃料硫含量降低,灰分升高,炉内石灰石用量降低。由表4可看出,随着掺煤比升高,底渣产量略有降低、飞灰量略有增加,灰渣比例呈升高趋势。

 

其它影响

 

锅炉NOx随入炉燃料掺煤比变化

 

由于CFB锅炉炉膛燃烧温度较低(通常低于930℃),因此炉膛内不具备热力型NOx生成条件(≥1300℃),因此CFB锅炉原始NOx排放浓度较低。由于快速型NOx一般只在CHi基团浓度较高且较为贫氧的环境中生成,所以炉膛内快速型NOx生成量也较少。因此,CFB锅炉中生成的NOx主要是煤和石油焦中所含氮元素经复杂的化学反应生成的燃料型NOx。

 

西区热力作业部两台CFB锅炉燃料在50%掺煤比下,燃料氮含量为1.06%(煤中氮含量收到基为0.78,石油焦中氮含量收到基为1.34),主要以芳香型的吡咯、吡啶和季氮等形式存在。

 

石油焦(煤)颗粒投入炉膛后,随即在高温下进行脱挥发分过程,60%~80%的含氮化合物随挥发分析出,即挥发分氮,留存在焦炭中的氮化合物称为焦炭氮。挥发分氮在高温环境中的化学活性较高,快速分解为NH3、HCN等小分子化合物,在O2存在条件下,经NH2、NH、NCO等基团被氧化为N2、NO、N2O等。同时,生成的NO也会被NH3等中间产物还原为N2,因此最终的NO生成量取决于正逆反应相减后的净生成量。焦炭氮也会被氧化生成NO,但焦炭由于自身还原性而产生的抑制作用也不容忽视。图3为CFB锅炉中燃料型NOx生成路径示意图。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

研究表明,NOx生成过程主要集中在CFB锅炉密相区,尤其是在给煤口附近。NOx随烟气沿CFB炉膛高度方向向上流动,直至炉膛出口,质量浓度沿高度呈下降趋势。这是由于二次风的加入稀释了NOx的质量浓度,以及炉膛内CO和未燃尽焦碳与NOx发生还原反应,将其还原为N2。由于石油焦为低反应活性燃料,单位时间燃烧速率相对煤炭较低,因此炉膛床料或飞灰中碳存量较高,所以CFB炉膛内具有较高的还原性。

 

综上所述,燃烧温度和氧化还原气氛是影响CFB锅炉中NOx生成及还原的最主要因素。两台CFB锅炉NOx生成规律基本与理论相符,随着掺煤比增加,在锅炉额定负荷下氮氧化物的排放呈增加趋势,见表5。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

由表5可见,随着燃料中煤炭比例的升高,NOx生成量随之升高。

 

锅炉及灰渣系统运行分析

 

1)冷渣器运行试验期间,冷渣器总体运行正常,可以实现连续稳定排渣,对锅炉床压可以实现稳定有效控制。其中,2014年12月9日至13日,1#炉西冷渣器分离室温度高,排渣困难。检查发现底渣中含有煤矸石。因此,只要控制煤炭矸石量,高掺煤比工况下并不会使冷渣器出现运行风险。

 

2)炉内物料变化对受热面磨损的影响

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

通过表4与表6数据对比,在掺煤比50%工况下,飞灰量较设计值变化不大,且按照运行经验,在煤炭中不含有矸石的情况下,床料硬度并无明显改变,因此对锅炉受热面影响不大。经过约4000h运行,检查水冷壁等受热面并无明显磨损痕迹。经过6000h运行,未发生锅炉四管泄漏事故,锅炉连续安全生产,满足了石化企业蒸汽生产平稳要求。

 

结论

 

1)西区热力作业部两台锅炉掺煤比50%工况下运转正常,锅炉及附属设备、燃料输送、破碎系统、灰渣系统运行稳定,各项参数正常。

CFB锅炉煤焦混烧优化试验分析及结果

2)锅炉效率上升,灰渣总量基本持平,灰渣含碳量大幅降低。入炉燃料为20%、50%掺煤比时,两台锅炉灰、渣碳含量见表7。按照布袋飞灰量与电除尘飞灰量比例为14进行计算,1#炉飞灰含碳量下降43%,底渣含碳量下降17%;2#CFB锅炉飞灰含碳量下降39%,底渣含碳量下降6.6%。

 

3)经济效益显著。煤炭与石油焦价格见表8,掺煤比50%时燃料折标煤价格483.31元/吨,30%时燃料折标煤价格518.38元/吨,按照采暖季120天,两台CFB锅炉额定负荷运行,锅炉产汽178.56万吨,产汽耗标煤指标为97.5kg/吨,需标煤17.4万吨。按照以上数据计算,可节省燃料费用610万元。

TAG:煤焦 混烧 CFB 结果 锅炉 分析 试验 优化

上一篇:温度的变化对油污放电影响的分析 下一篇: “急刹车”之下的煤电产业图景

相关阅读

精彩推荐