循環(huán)流化床(CFB)鍋爐具有污染物排放量低、燃料適應(yīng)范圍廣、燃燒效率高、調(diào)峰能力強、灰渣綜合利用率高等優(yōu)點,受到世界各國的重視。近年來,由于我國開始執(zhí)行更為嚴(yán)格的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)以及大力推廣低熱值煤的綜合利用,CFB鍋爐機組相對于常規(guī)煤粉鍋爐的技術(shù)優(yōu)勢也越來越明顯,CFB鍋爐機組數(shù)量逐年增加,機組容量越來越大,進入CFB鍋爐的燃料和石灰石,經(jīng)過燃燒和脫硫后,粒徑較小的經(jīng)旋風(fēng)分離器,隨煙氣由尾部煙道的除塵裝置收集;另一部分粒徑較大的顆粒由爐膛底部的排渣口排出,形成底渣。由于CFB鍋爐底渣量較大,占總灰渣量的40%~60%,當(dāng)CFB鍋爐燃用高灰分低熱值燃料時,產(chǎn)生的底渣量更大。此外,CFB鍋爐排放的底渣為寬篩分的高溫顆粒。為了保持一定的料層高度,維持爐內(nèi)良好的流態(tài)化特性,防止大顆粒物料的沉積,CFB鍋爐需適時地放渣,大型CFB鍋爐一般采用連續(xù)排渣。由于CFB鍋爐在燃燒過程中,摻燒部分石灰石以提高爐內(nèi)脫硫效果灰渣量要大于同容量的常規(guī)燃煤鍋爐,且底渣中含有大量CaOCaSO4。如采用水力除渣方式,渣中的含Ca物質(zhì)將與水發(fā)生水合反應(yīng),由于反應(yīng)放熱,會引起底渣本身的膨脹,并且底渣遇水后會發(fā)熱、膨脹、變硬,失去活性,為了不影響底渣的綜合利用,不宜采取水力除渣方式。對于CFB鍋爐,我國主要采用機械除渣系統(tǒng),另外還可采用氣力除渣系統(tǒng)但氣力除渣系統(tǒng)不僅較為復(fù)雜,而且磨損嚴(yán)重,能耗高,還需配置空氣壓縮機站,使用較少。因此,設(shè)置合理的輸渣系統(tǒng),對CFB鍋爐的安全運行具有重要意義。由于CFB鍋爐機組主要采用機械除渣方式,但國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員并沒有對這種方式在實際運行中所出現(xiàn)的問題以及存在的缺陷進行較為全面地分析,也沒有對目前正在發(fā)展的高參數(shù)大容量CFB鍋爐機組除渣系統(tǒng)的選型提出合理化建議。
筆者在闡述傳統(tǒng)機械式除渣系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)上對CFB鍋爐機組常用的2種除渣系統(tǒng)實際運行中所存在的問題進行分析,同時提出解決方案。通過對比2種常規(guī)輸渣系統(tǒng),提出新建大型CFB鍋爐機組適用的較為經(jīng)濟和合理的輸渣系統(tǒng)。
1常用輸渣系統(tǒng)工作原理
國內(nèi)CFB鍋爐底渣輸送系統(tǒng)主要有3種:①埋刮板
輸送機加斗式
提升機;②帶式輸送機;③鏈斗式輸送機。
在3種底渣輸送系統(tǒng)中,系統(tǒng)1和系統(tǒng)2都是在全封閉的結(jié)構(gòu)中輸送底渣,而系統(tǒng)3是將冷卻后的渣直接掉落在鏈斗式輸送機上,底渣中的細灰在掉落過程中會產(chǎn)生飛揚,造成環(huán)境污染。此外,為了減輕設(shè)備磨損,鏈?zhǔn)捷斔蜋C輸送速度很低,由CFB鍋爐底渣排放經(jīng)常處于非常量的排渣狀態(tài),很容易造成部分鏈斗超量裝渣,造成部分底渣掉落。若將系統(tǒng)3改為全封閉結(jié)構(gòu),則底渣對鏈條和鏈輪有嚴(yán)重磨損,而且發(fā)生故障時不易發(fā)現(xiàn),造成事故擴大。
為了保證輸渣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,避免底渣輸送至渣倉的過程中對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染,設(shè)計時應(yīng)采用埋刮板機輸渣系統(tǒng)或帶式輸送機輸渣系統(tǒng)。
1.1埋刮板機輸渣系統(tǒng)
圖1為埋刮板機輸渣系統(tǒng)流程。在埋刮板輸送機中,物料在全封閉的矩形斷面殼體內(nèi),受到刮板鏈條在運動方向上的壓力及物料在自身重力所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力,克服物料在機槽內(nèi)受到的外摩擦力,從而產(chǎn)生穩(wěn)定的物料流動狀態(tài)。為了提高運行可靠性,埋刮板輸送機應(yīng)避免采用傾斜上升尤其是大傾角布置方式。因此,要設(shè)置斗式提升機,將底渣經(jīng)埋刮板輸送機輸送至斗提機底部后,由斗提機將底渣提升到一定高度,再進入渣倉。斗提機也可采用傾斜式,但牽引構(gòu)件在垂度過大時需增設(shè)支撐牽引構(gòu)件裝置,使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,因此,一般情況下多采用垂直斗式提升機。埋刮板機輸送系統(tǒng)運行流程如圖2所示。
CFB鍋爐主要采用TB式斗鏈提升機,主要采用重力式卸載方式,適用于輸送松、散大粒徑、溫度≤250℃的物料。斗提機截面尺寸較小、占地少,物料在封閉的機殼內(nèi)輸送,物料不揚塵,也不污染環(huán)境。
1.2帶式輸送機
圖3為帶式輸送帶輸渣系統(tǒng)流程。此系統(tǒng)主要將輸送帶繞過滾筒或鏈輪首尾相連,形成運送物料的閉合環(huán)路,利用牽引件的連續(xù)運動輸送物料。帶式輸送機在大型化過程中,主要發(fā)展高輸送能力、大傾角以及長運距,適應(yīng)輸送物料溫度較高的輸送機。具有較高輸送能力的大傾角帶式輸送機,其結(jié)構(gòu)是在平形橡膠運輸帶兩側(cè)粘上可自由伸縮的橡膠波形立式“裙邊”,裙邊之間與橫隔板組成閘形斗,使物料在斗中能夠連續(xù)輸送(圖4)。對于運送高溫物料時,可采用耐高溫的輸送帶,目前耐高溫輸送帶可以在≤250℃的條件下安全穩(wěn)定運行。
2存在問題及解決方案
2.1埋刮板輸渣系統(tǒng)
2.1.1存在的問題
1)埋刮板輸送機由于物料是在全封閉的矩形斷面殼體內(nèi)運動,鏈條埋在高溫的物料內(nèi),物料和鏈條直接接觸,物料溫度對鏈條的影響較大。特別是在冷渣器冷卻效果差,渣溫超過150℃時,高溫物料將影響整機的傳動。
2)埋刮板輸送機由于運行速度較高,且鏈條和導(dǎo)軌之間、物料與底板之間都是滑動摩擦,所以埋刮板輸送機易損件的壽命較短,整機磨損程度較嚴(yán)重。整機又是全封閉結(jié)構(gòu),發(fā)生故障不易發(fā)現(xiàn),往往造成事故擴大,特別是Z型埋刮板輸送機,故障不易排除。檢修維護工作量較大,維修成本高。
3)斗提機的主要問題是對過載的敏感性較大且料斗和牽引構(gòu)件易損壞。此外,埋刮板輸送機需與斗提機配合運行,才能穩(wěn)定輸渣。如進料過多,易造成物料在斗提機底部的堆積,使料斗上升阻力加,運行不暢,造成料斗脫落和變形。整機是全封閉結(jié)構(gòu),發(fā)生故障不易發(fā)現(xiàn),往往造成事故擴大,檢修維護工作量增多,維修成本提高。
2.1.2解決方案
1)由于底渣溫度過高不利于輸渣設(shè)備長距離運輸以及儲渣設(shè)備的的儲存,如埋刮板機可承受的溫度上限在150~300℃,因此,冷渣系統(tǒng)必須具有足夠大的冷卻底渣能力。受布置空間以及場地限制,冷渣設(shè)備應(yīng)具有較大的傳熱系數(shù)以及較為緊湊的結(jié)構(gòu)布置。由于我國循環(huán)流化床主要燃用低熱值煤,入爐煤量較大且灰分較高。因此,要求冷渣設(shè)備和輸渣設(shè)備也應(yīng)在設(shè)計時留有較大的裕量,以提高對底渣的處理能力。
2)為了降低埋刮板輸送機在輸送底渣過程中,因整機磨損嚴(yán)重,而造成輸渣中斷或輸渣不暢,影響CFB鍋爐的正常運行,在提高埋刮板輸送機易損件材質(zhì)前提下,提高單機的輸送能力,降低運行速度,可減少磨損。
3)對于斗提機,首先應(yīng)防止斗提機過載,適當(dāng)放大提升能力,提高易損件材質(zhì),避免料斗和牽引構(gòu)件損壞。其次,應(yīng)使斗提機底部物料保持適當(dāng)高度,使料斗可以均勻取料。
對于大型CFB鍋爐刮板加斗提機輸渣系統(tǒng),應(yīng)考慮一用一備。
2.2帶式輸送機輸渣系統(tǒng)
2.2.1存在的問題
1)由于帶式輸送機輸渣系統(tǒng)的牽引件為橡膠帶,對于輸送熾熱的底渣(一般情況下,底渣經(jīng)冷渣器后,渣溫≤150℃),如果輸送帶耐高溫性能較差時,將影響輸送帶的使用壽命,并且可能造成輸送帶燒毀,影響輸渣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
2)輸送帶是帶式輸送機輸渣系統(tǒng)的主要部件,輸送帶在運行中,可能出現(xiàn)整體向一側(cè)偏移的現(xiàn)象,影響輸渣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
3)如果帶式輸送機輸渣系統(tǒng)采用大傾角輸送帶(一般用于系統(tǒng)改造場合),對安裝和運行維護要求較高,且輸送帶的使用壽命相對較短。
2.2.2解決方案
1)對于輸送熾熱底渣的橡膠帶,提高其運行壽命及穩(wěn)定性的主要措施,首先是保證冷渣器的冷卻性能,使排出的底渣溫度穩(wěn)定在150℃左右,并且設(shè)置超溫報警和停止運行的措施,防止由于底渣超溫加速輸送帶的老化和燒毀輸送帶;此外應(yīng)選取耐高溫的輸送帶,保證輸送帶在≤250℃的條件下長期安全穩(wěn)定運行,以提高輸送帶使用壽命。
2)為了防止輸送帶跑偏,可采用調(diào)整承載托輥組的方法予以解決。根據(jù)輸送帶偏向,托輥組的一側(cè)朝輸送帶偏移方向移動,或另一側(cè)向反方向移動。此外,還可采取安裝調(diào)心托輥組等方法。
3)為了保證鍋爐主機設(shè)備的安全穩(wěn)定運行,對于大型CFB機組,宜雙套帶式輸送機輸渣系統(tǒng),實現(xiàn)一用一備。
3輸渣系統(tǒng)的技術(shù)性分析
輸渣系統(tǒng)對比見表1。
由表1可見,帶式輸送機系統(tǒng)較為簡單,運行維護量也較小,所需布置空間較小,能耗低,輸送底渣的經(jīng)濟性較好,但需選用承受高溫的輸送帶,此外也需考慮底渣堆積密度是否可以滿足帶式輸送機的輸送條件,適當(dāng)放大帶式輸送機輸渣系統(tǒng)的輸送能力,并防止輸送帶出現(xiàn)跑偏的問題。對于埋刮板輸送機加斗提機的底渣輸送系統(tǒng),系統(tǒng)較為復(fù)雜,輸渣能力卻較為穩(wěn)定且不受底渣堆積密度的影響,但部分構(gòu)件易被磨損,且故障不易發(fā)現(xiàn)并容易擴大,宜設(shè)置雙套系統(tǒng)。
在傳統(tǒng)的CFB鍋爐輸渣系統(tǒng)的設(shè)計中,為了防止輸送帶燒損,往往選擇埋刮板機加斗提機輸渣系統(tǒng)。隨著滾簡冷渣器技術(shù)提高,鍋爐底渣溫度控制在150℃以下是完全可靠的,因此對于大型CFB機組選擇埋刮板輸送機加斗提機輸渣系統(tǒng)和帶式輸送機輸渣系統(tǒng)都可行。
對于新建電廠,建議選擇帶式輸送機輸渣系統(tǒng),以提高輸送系統(tǒng)的經(jīng)濟性,同時在設(shè)計過程中應(yīng)保證此系統(tǒng)在輸送過程中的安全性和可靠性。如果系統(tǒng)設(shè)計之初選擇了埋刮板機加斗提機的輸渣系統(tǒng),由于系統(tǒng)布置方式以及布置空間的問題,很難實現(xiàn)帶式輸送機輸渣系統(tǒng)的改造。
4結(jié)語
為了保證CFB鍋爐機組輸渣系統(tǒng)具有穩(wěn)定以及連續(xù)可控的輸渣能力,對我國常用的3種底渣輸送方式進行比較,結(jié)果表明采用埋刮板機加斗式提升機和大傾角帶式輸送機2種輸渣系統(tǒng)較為合理。通過分析這2種輸渣系統(tǒng)的工作原理、存在的問題以及適用條件,表明埋刮板輸送機加斗提機的輸渣系統(tǒng)和帶式輸送機輸渣系統(tǒng)均適用于CFB鍋爐機組,但帶式輸送機輸渣系統(tǒng)簡單、維護量小、能耗低,更適用于新建大型CFB鍋爐機組。高效的輸渣系統(tǒng)不僅可以提高CFB鍋爐運行的穩(wěn)定性,以及CFB鍋爐內(nèi)的物料平衡,而且可以穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒,提高燃燒效率,保證CFB鍋爐機組的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。