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循環(huán)流化床鍋爐運行過程中存在的問題及處理方法

2012-04-10 18:52周治敏
化工設(shè)計通訊 2012年4期
關(guān)鍵詞:風(fēng)帽過熱器流化床

周治敏

(安順市宏盛化工有限公司,貴州安順 561007)

0 引 言

安順市宏盛化工有限公司是一家合成氨生產(chǎn)能力為200kt/a的煤化工企業(yè)。公司原有1臺20t/h循環(huán)流化床鍋爐,2007年因擴大生產(chǎn)能力又新上了2臺循環(huán)流化床鍋爐(1臺20t/h,1臺15t/h)。新上的2臺循環(huán)流化床鍋爐幾經(jīng)周折、整改后,才得以正常運行,企業(yè)不僅吃盡了苦頭,還造成了一定程度的經(jīng)濟損失?,F(xiàn)將鍋爐運行過程中存在的問題及處理方法簡介如下。

1 鍋爐的基本情況

以新上20t/h鍋爐為例進行介紹,其設(shè)計參數(shù)如下。

(1)額定蒸發(fā)量20t/h。

(2)設(shè)計蒸汽壓力1.6MPa(絕壓)。

(3)布風(fēng)板面積6.12m2,布風(fēng)板上設(shè)置1 146只風(fēng)帽(其中,每只風(fēng)帽鉆12個風(fēng)眼的有564只,鉆8個風(fēng)眼的有582只),風(fēng)眼直徑φ4.5mm,通風(fēng)面積S=0.181 6m2。

(4)蒸汽過熱器換熱面積116.2m2(60根φ38×3.5mm蛇形過熱管,蒸汽流通面積0.045 26m2,材質(zhì)12Cr1MoVG)。

(5)設(shè)計過熱蒸汽溫度350℃。

(6)設(shè)計燃料為Ⅰ類劣質(zhì)煤(9 797kJ/kg,約2 343kcal/kg)。

(7)鼓風(fēng)機風(fēng)量17 671~25 916m3/h,全壓11 668~11 771Pa,配用電機132kW。

(8)引風(fēng)機風(fēng)量66 349~72 381m3/h,全壓4 638~4 481Pa,配用電機160kW。

2 初期點火試燒存在的問題

新上20t/h循環(huán)流化床鍋爐在安裝、試壓、烘爐完畢后,于2008年4月25日進行試燒,多次點火試燒不成功;2008年5月21日鍋爐廠家技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)再次試燒,兩次亦未成功。試燒時出現(xiàn)以下情況。

(1)分離器頂部煙氣溫度高達1 000~1 050℃,引起分離器頂部結(jié)焦(燃煤粒度均在指標(biāo)范圍內(nèi))。

(2)沸騰段物料沸騰狀況不好,數(shù)次試燒均不到24h即發(fā)生結(jié)焦、“死爐”現(xiàn)象。

(3)下渣管處有結(jié)焦現(xiàn)象。

據(jù)試燒現(xiàn)象,結(jié)合設(shè)備狀況進行分析,存在如下問題。

(1)由于水冷壁管設(shè)置的防磨澆注料段過長(我公司為減少爐膛內(nèi)部膜式壁的沖刷磨損,在得到鍋爐制造單位同意的前提下,主爐膛內(nèi)的膜式壁全部澆注了防磨材料),減少了吸熱量而造成結(jié)焦。

(2)與鍋爐廠家技術(shù)人員商量,認為沸騰狀況不佳是因風(fēng)帽存在問題。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),風(fēng)帽孔徑設(shè)計圖上為φ4.5mm,實物為φ5.0mm,由此造成風(fēng)帽通風(fēng)面積過大,風(fēng)眼風(fēng)速不夠而引起沸騰段物料沸騰狀況不佳。建議減少風(fēng)帽,以期提高風(fēng)眼風(fēng)速而實現(xiàn)較好的沸騰狀態(tài)。

(3)下渣管處風(fēng)帽布置較稀。

3 整改措施

3.1 第一次整改措施

針對上述3個方面的問題,經(jīng)研究,決定采取如下措施。

(1)拆除膜式壁上1.5m長范圍內(nèi)的防磨澆注料,增加其吸熱量。

(2)拆除靠爐膛后端布風(fēng)板上的風(fēng)帽80只(其中,12個風(fēng)眼的40只,8個風(fēng)眼的40只),下渣管處增加6只12個風(fēng)眼的風(fēng)帽。處理后,12個風(fēng)眼的風(fēng)帽530只,8個風(fēng)眼的風(fēng)帽542只,總風(fēng)眼數(shù)為10 696個。

(3)爐膛后端拆除風(fēng)帽的布風(fēng)板處用耐火磚及耐火混凝土垂直往上砌筑500mm后,用耐火混凝土向上逐漸平滑過渡到與爐膛后墻相銜接,為防止沖刷,其表面澆上50mm厚的防磨澆注料。

按上述處理方法整改結(jié)束后,2008年6月3日再次試燒,試燒成功,鍋爐投入生產(chǎn)使用。

經(jīng)過20天的運行,發(fā)現(xiàn)爐子溫度不易控制,溫度波動很大,主要反映在以下方面。

(1)進入過熱器煙氣溫度仍然較高,一般為950~980℃。

(2)鍋爐比較 “嬌”氣,對燃料煤的粒度比較敏感,特別是對入爐風(fēng)量及料層的要求更為苛刻。據(jù)操作總結(jié)得知:入爐風(fēng)量一般必須控制在風(fēng)機額定風(fēng)量的55%~60%(即入爐風(fēng)量為14 254~15 550m3/h),且料層只能控制在400~430mm,鍋爐才能維持運行;當(dāng)料層高于430mm時,料層沸騰狀態(tài)很差;而料層控制過低,下渣時溫度波動很大,容易結(jié)焦、熄火;風(fēng)機額定風(fēng)量低于55%,料層沸騰不起來,控制在60%時則出現(xiàn)進入過熱器煙氣溫度過高的現(xiàn)象。也就是說該鍋爐的操作彈性很差,不易控制。

3.2 第二次整改措施

針對鍋爐操作彈性差的問題,分析問題還是出自風(fēng)帽上,風(fēng)帽風(fēng)眼處流速慢、壓頭低、風(fēng)量大,料層高了沸騰不好;料層低了能保證沸騰狀態(tài),但分離器頂部煙氣溫度高,下渣時,爐膛溫度上漲很快,容易結(jié)焦而熄火。

2008年6月23日停爐再次整改。將設(shè)有12個風(fēng)眼的風(fēng)帽各堵兩眼(下渣口處12個風(fēng)眼的風(fēng)帽除外),風(fēng)眼總數(shù)由10 696個降至9 648個(通風(fēng)面積S=0.189 3m2)。2008年6月26日鍋爐整改后投入使用。據(jù)操作總結(jié):鼓風(fēng)機負荷開到48%時,料層可以控制在470mm左右;鼓風(fēng)機負荷開到60%時,料層可以控制在650mm左右。也就是說,當(dāng)入爐風(fēng)量控制在風(fēng)機額定風(fēng)量的48%~62%之間時,通過對料層的調(diào)整,沸騰段物料的沸騰狀況能處于良好狀態(tài),下渣時爐膛溫度比較穩(wěn)定,鍋爐操作彈性已有較大的提高。

生產(chǎn)實踐表明,經(jīng)過風(fēng)帽風(fēng)眼的二次調(diào)整,操作過程中風(fēng)量及料層的調(diào)節(jié)范圍增大,鍋爐能正常、穩(wěn)定操作;同時,進入蒸汽過熱器煙氣溫度亦有所下降,一般為930℃左右(但仍然偏高)。

4 鍋爐投入生產(chǎn)數(shù)月的情況

鍋爐正常投入生產(chǎn)后,2008年11月5日出現(xiàn)了蒸汽過熱器一根管爆裂的問題。經(jīng)分析,其原因是,進入蒸汽過熱器的煙氣溫度過高,過熱器的蒸汽流通面積過大,蒸汽在管內(nèi)流速慢,并伴有偏流現(xiàn)象,過熱蒸汽溫度過高(390~400℃)。為了提高蒸汽在過熱器管內(nèi)的流速,消除偏流現(xiàn)象,同時達到降低過熱器管壁溫度的目的,當(dāng)月決定在集箱兩端共拆除19根過熱管。拆除后,按小時產(chǎn)蒸汽量20t計(絕壓12.8kgf/cm2,飽和蒸汽比容0.156 8m3/kg),飽和蒸汽在過熱管進口端的流速從19.18m/s提高到28.16m/s;生產(chǎn)中,過熱蒸汽溫度從原來的390℃降至340℃左右。在此條件下,2009年1月1日蒸汽過熱器管子仍有一根發(fā)生爆裂現(xiàn)象。2009年5月31日又有兩根蒸汽過熱管爆裂;停爐檢查,其中有2根管的外壁出現(xiàn)龜裂 “剝皮”現(xiàn)象,另一根屬焊接防磨片時 “咬入”母管過深而爆管。

4.1 蒸汽過熱器多次爆管原因分析

拆除19根蒸汽過熱管后,過熱器的壽命雖然有所改觀,但在不長的時間內(nèi)(2009年1月1日至2009年5月31日)仍然發(fā)生了兩次爆管事故。觀察爆管現(xiàn)象,多為管外壁龜裂剝落致使管壁厚度減薄而爆裂。這說明管子的壁溫仍然過高,而引起管壁溫度高的原因仍是管內(nèi)蒸汽流速不夠高(如上文所述)和管外壁煙氣溫度過高。

管外壁煙氣溫度高是鍋爐本身結(jié)構(gòu)所致。新上20t/h循環(huán)流化床鍋爐與舊20t/h循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)上存在一定的差異:舊鍋爐煙氣在進入蒸汽過熱器之前先通過一排爐水循環(huán)管,吸收熱量后再進入過熱器;新鍋爐沒有設(shè)這一排熱水循環(huán)管,造成蒸汽過熱器煙氣溫度比舊鍋爐蒸汽過熱器處煙氣溫度高55~65℃(舊鍋爐蒸汽過熱器處煙氣溫度860~870℃,新鍋爐蒸汽過熱器處煙氣溫度920~935℃),在相同材質(zhì)的情況下,煙氣溫度過高影響了蒸汽過熱器的使用壽命。

4.2 蒸汽過熱器的整改方案

(1)對現(xiàn)用過熱器采取再堵管并拆除過熱管的辦法,減小蒸汽流通截面,增大管內(nèi)蒸汽流速。2009年6月5日,再堵10根過熱管,飽和蒸汽在過熱管進口端的流速從之前的28.16m/s提高到37.18m/s(過熱器換熱面積60m2)。

(2)針對管外壁煙氣溫度高的問題,擬采用舊20t/h爐的結(jié)構(gòu),從根本上解決過熱器處煙氣溫度高的問題,即煙氣在進入過熱器之前先通過一排爐水循環(huán)管吸收一定熱量后再進入過熱器,這樣,進入過熱器的煙氣溫度可以降低55~65℃,但實施此方案工作量大(涉及到集箱的更換;爐水下降管的改造;爐墻打洞、堵洞;增加鍋爐管等),停爐時間長,最終沒采納此措施。為了保證鍋爐長周期、穩(wěn)定運行,通過減少燃料中細粉的含量來控制蒸汽過器處煙氣溫度,延長蒸汽過熱器的使用壽命。

5 結(jié) 語

新上鍋爐經(jīng)過幾次整改,現(xiàn)已正常使用2年,其溫度容易控制,操作彈性大,加減負荷相當(dāng)穩(wěn)定,過熱器也未出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

據(jù)我們的實踐經(jīng)驗,提出以下建議或意見。

(1)使用單位在選用循環(huán)流化床鍋爐時,要注意所選鍋爐的結(jié)構(gòu)是否合理、實用,主要可從以下幾個方面考慮:①換熱效果;②分離效果;③過熱器處的煙氣溫度;④過熱器設(shè)計的合理性,包括材質(zhì)的選用、管子規(guī)格及數(shù)量、換熱面積、蒸汽在過熱器內(nèi)的流速(據(jù)我公司的經(jīng)驗,飽和蒸汽在過熱管進口端的流速取40~42m/s為宜);⑤燃煤燃燒情況;⑥鍋爐排煙溫度;⑦ 人孔布置位置及數(shù)量能否滿足實際需要;⑧煙氣夾帶的粉塵對鍋爐部件的沖刷,沖刷大的地方是否采取防磨措施。

(2)鍋爐零部件進廠時嚴(yán)格按圖紙檢查其相關(guān)數(shù)據(jù),尺寸不符不但影響安裝進度,而且還嚴(yán)重影響鍋爐的正常操作,延緩開車時間,給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失。

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