大型旋风炉烘炉浅析

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  摘 要:根据锅炉耐火材料的脱水机理及旋风炉的结构特点,提出了旋风炉烘炉方法,并在260 t/h旋风炉得以应用,在实践中积累了大量经验,取得了良好的效果,提高了烘炉质量,保证了旋风炉运行的可靠性。
  关键词:旋风炉 烘炉 耐磨材料 耐火材料
  中图分类号:TF74 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2011)012-027-02
  义马环保电厂锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ260/9.8-1型自然循环、单汽包、立式旋风燃烧、液态排渣型旋风炉,是目前为国内最大的旋风炉。该型锅炉煤种适应性强,无烟煤、贫煤、烟煤等均能正常燃烧;负荷调节范围大,单筒在70%~100%负荷区间均可不投油运行,锅炉全出力可在35%~100%之间平滑稳定地调整。此外,该型锅炉还有启停迅速、燃烧强度大、飞灰可燃物低等优点。
  旋风炉为了在获得高温燃烧的同时对高热负荷区域受热面进行保护,在旋风筒内、过渡烟道捕渣管束、二次室下部均敷设有耐火磷酸铝碳化硅浇注料做内衬,对受热面进行有效的保护。为了提高内衬的强度和寿命,保证达到耐火防磨的效果,必须经过合理有效的烘炉。本文针对旋风炉碳化硅内衬烘炉方案、烘炉措施及控制要点进行了详细论述。
  1 WGZ260/9.8-1型旋风炉主要参数
  (1)额定蒸汽压力:9.8 MPa
  (2)额定蒸汽温度:540℃
  (3)额定蒸发量:260 t/h
  (4)给水温度:220℃
  (5)热风温度:380℃
  (6)排烟温度:140℃
  (7)计算锅炉效率:89%
  2 WGZ260/9.8-1型旋风炉简介
  (1)该型旋风炉在炉前布置有二只立式旋风筒,两筒中心距为4440mm。每只筒由188根 42€?mm管子构成直径 2812mm的圆形筒体,管子上下两端分别与 273€?0mm环形集箱相连,两集箱中心距13435mm。筒体管子向火面密布 10€?0mm的销钉,并敷设磷酸铝碳化硅耐火涂料。筒底设有渣栏,液态渣通过渣栏的壶口集中流出。
  (2)旋风筒下部通过过渡烟道与二次室相连,过渡烟道尺寸为高€卓?3600€?140mm;二次室截面尺寸为高€卓?7680€?200mm,下部为燃烬室,上部为冷却室,燃烬室四周管子向火面均焊有 10€?0mm销钉,也敷设有耐火浇注料,以利煤粉燃烬并对受热面进行有效保护。
  (3)该炉型突出特点是旋风燃烧,燃烧方式界于层燃和室燃之间,兼有并突出了这两种燃烧方式的优点,主要利用烟气~空气气流的涡流为基础,形成稳定、可控的旋转气流,使其扩大到燃烧室空间,引导燃料颗粒产生运动,完成高温燃烧。
  3 WGZ260/9.8-1型旋风炉燃烧方式特点
  (1)热强度高。燃烧室内的高扰动性能和高温(约2000℃)水平,强化了旋风炉燃烧的基础,创造了液态排渣的条件,旋风筒内断面热强度高达4.65~17.4)€?06w/m2,燃烧速度可达2~7.5m/s(煤粉炉约在0.2~1.0m/s)。
  (2)燃烧稳定。由于旋风炉入炉燃料有相当长的滞留时间,在燃烧室中存在一定的蓄积量,因而有助于维持燃烧过程的连续性;同时,筒壁附有灼热的高温熔渣膜,又是极稳定的燃烧床。因此,这两个因素使旋风燃烧方式具有稳定性高的燃烧特点。旋风炉适用煤种范围较广,燃烧工况及运行参数较普通煤粉炉稳定。
  (3)捕渣率高。旋风室具有很强的熔渣分离能力,熔渣捕集过程是一次性高效性的,因此旋风燃烧方式独具捕渣率高的优点,捕渣率一般高于70%。这促使极大比例的熔渣通过旋风筒下部壶口排至粒化水箱被冲走。
  (4)燃烧经济性高。在正常工况下,旋风炉的液态排渣量一般小于0.2%,如果燃用灰份稍低的煤种,飞灰份额比固态排渣炉更为降低,从经济上来讲,旋风炉燃烧经济性较高。
  (5)尾部受热面磨损小。旋风燃烧方式既允许提高对流受热面的烟速,而且并不增大对受热面的磨损,这是因为达到冷却室的烟气中的飞灰特别微细,浓度也已大幅度降低的缘故,尾部磨损降低,将使设备的利用率大大提高。
  4 旋风炉烘炉的重要性
  (1)旋风炉如要达到上述的各项优点,就必须在旋风筒、捕渣管、过渡烟道、二次室等区域敷设耐火防磨材料,形成坚固的碳化硅保护内衬。耐磨耐火内衬施工工艺要求非常高,浇铸完成后,在内衬墙体中含有一定的水分,如果不进行科学合理的烘炉,对旋风筒内、过渡烟道、二次室下部的墙衬进行干燥和烘烤,锅炉投运后内衬层将会出现变形、损坏和脱落。
  (2)旋风炉烘炉是耐火防磨内衬施工和使用的关键,烘炉方法得当,则水分排除通畅,衬体不会产生变形、裂缝或损坏,从而保证耐火材料的使用寿命,延长锅炉大修期;如果烘炉工作未做好,严重时将引起衬体大面积脱落,导致受热面管束超温爆管,缩短锅炉大修期限。
  (3)260T/h旋风炉是目前国内最大容量的旋风炉,其对锅炉炉衬烘烤质量和温度控制的要求也相应更高,不能简单采用小型旋风炉或CFB锅炉的烘炉方法,锅炉厂家及耐火耐磨材料厂均对烘炉过程提出了重点要求。
  5 烘炉方案及控制要点
  正确的烘炉操作是缓慢地驱逐内衬体内部的游离水和结晶水,不使之骤然发生应力,以获得耐火材料的高温使用性能。为了完成高标准、严要求的大型旋风炉烘炉工作,根据耐火耐磨材料厂家提供的内衬材料性能,借鉴同类锅炉烘炉经验,我们组织专业工程师编制了大型旋风炉烘炉技术方案,将烘炉过程分为自然养护、低温烘炉、中温烘炉、高温烘炉、高温烧结五个阶段进行了分别要求:
  (1)自然干燥:耐火材料衬体施工完成后,在点火烘炉前应进行自然干燥养护,其干燥程度主要取决于环境温度和经历的时间。一般要求在施工完成后,经过一周左右的自然干燥养护,期间可开启引、送风机档板利用自然通风进行干燥。
  (2)低温烘炉:炉衬中大量的游离水和结晶水必须经加热、干燥、烘烤排出,根据耐火浇筑料的性能特性,在60~120 ℃时表面水分开始大量蒸发,属低温烘炉阶段。这一阶段用启动锅炉通过底部加热进行,升温率1~1.5℃/min,先期维持炉水温度在60-80℃,持续时间20小时;之后继续升温至耐火材料测点温度达110~120℃时,维持时间36小时。这两个区段均用启动锅炉供汽维持炉水温度实现,是整个烘炉过程中相对容易控制的阶段。
  (3)中温烘炉:这一阶段需要启动本台锅炉,利用锅炉本身燃烧系统来进行,根据烘炉曲线,初期须控制小油量燃烧,将旋风筒内衬的临时测点温度以1.5~2℃/min的升温率缓慢升高至290~310℃,维持燃烧稳定运行12小时,这一阶段游离水和结晶水开始逐渐排除。
  (4)高温烘炉:中温烘炉结束后,逐渐增大燃油量,以1.5~2.5℃/min的升温率继续将内衬临时测点温度升到600℃左右,之后维持12小时;之后继续升温至800℃,,维持12小时。这一阶段内衬中的结晶水基本完全析出,耐火内衬层也已形成稳定的化学结晶体,干燥水分的过程基本完成。
  (5)高温烧结:这一阶段是旋风炉烘爐工作的最后阶段,主要是耐火内衬的烧结过程,以形成稳定的碳化硅结晶体内衬。完成高温烘炉后,继续将临时测点温度升至1000℃左右,稳定12小时,再升温至1200℃左右,稳定24小时。这一过程可以使锅炉带部分负荷,以减少热量的浪费。
  6 烘炉期间的燃烧调整及注意事项
  2008年4月30日,按照烘炉方案, #1炉的烘炉工作按计划启动,在浇注料施工结束后已完成自然通风干燥,本次烘炉从低温阶段开始,严格依据方案进行控制,并进行了有针对性的调整,至5月15日,完成了#1炉的烘炉工作。烘炉过程中,主要是针对启动锅炉加热蒸汽流量、临时测点温度、锅炉燃烧调整等的控制。
  (1)启动锅炉的运行:启动锅炉为燃油锅炉,启停和控制均比较方便,设定压力在0.5~0.8MPa范围内,即可满足低温烘炉对升温及控温过程的要求。
  (2)临时测点温度的控制:在锅炉点火烘炉期间,主要是按照耐火耐磨材料对烘炉控制温度的要求,温度提升速度和温度控制水平必须满足材料性能的要求,升温率严格按照方案进行,这样才能达到良好的效果。
  (3)燃油量调整:锅炉烘炉采用低成本的冷喷燃料油进行,燃烧调整较轻柴油更难以控制,要求也更高。为了获得较大的可调整范围,烘炉采用了出力在200~2500 kg/h范围内可调节的介质雾化油枪,实现了高效可控的燃烧调整,也保证了冷喷油的完全燃烧。当利用燃油调节阀提高油压受到限制时,再更换较大出力的雾化片,实现了油枪出力的有效控制。
  (4)雾化风及助燃风的调节:燃油雾化介质采用压缩空气,利用空气射流将冷喷燃料油抽吸并进行雾化,通过调节雾化风和油调节阀的大小,可调节雾化效果和火焰强度。助燃风则通过调节二次风门完成,保持油枪配风门80~100%的开度,以满足以油枪根部送风量,根據燃烧情况调整总风门、一、二次风门开度,保持合适的风量和风压,取得了满意效果,使初期的燃烧不完全现象得到解决。
  (5)烘炉期间主要调整状况如下:
  1)引风机勺管开度:8-15%
  2)引风机电流:53-61A
  3)送风机入口挡板:40-49%
  4)送风机电流:52-58A
  5)炉膛负压:-90- -150Pa
  6)油枪配风风门开度:80~100%
  7)空预器出口压力:2000-2400Pa
  8)一次风门开度:14-28%
  9)一次风母管风压:1800-2300Pa
  10)二次风门开度:10-24%
  11)二次风母管风压:2000-2500Pa
  12)预热器出口风温:140-150℃
  13)二次室出口烟温:380-420℃
  14)燃油母管油压:0.86-1.06MPa
  15)雾化空气压力:0.5-0.55MPa
  7 烘炉过程中必须注意的问题
  (1)旋风炉的耐火耐磨材料施工工艺要求高,烘炉工作不能急于求成,施工完成后的自然养护和低温烘炉期必须保证,这是烘炉工作的一部分。
  (2)烘炉准备期间,临时测温点的布置位置应有代表性,本次烘炉将温度测点设在烘烤温度最高、升温速度最快的部位,将热电偶端面缩进衬体工作面5mm,以保证真实可靠地反映内衬温度。
  (3)在点火烘炉阶段,120~300 ℃区间升温过程比较关键,因为水在110 ℃时大量变为水蒸汽,如果内水分大量气化将会产生破坏性蒸汽压力,造成浇筑料龟裂、脱落,因而,在这一阶段必须保证足够的烘炉时间。
  (4)烘炉温度到300 ℃时,结合水和结晶水逐渐变成气体,当300 ℃保温结束时,如水分仍未排除,应适当延长这个阶段的恒温时间。
  (5)在整个烘炉过程中,严禁临时测点温度急升急降,升温阶段要平缓,温度维持阶段要稳定,不得刻意追赶计划。对于耐火耐磨材料的烘烤一定要保证其连续性和稳定性,无论是在升温期还是保温期,温度变化范围必须控制在20℃以内。
  (6)在烘烤过程中应对燃油和压缩空气系统加强检查,避免因设备故障造成灭火现象,如烘炉期间遇到灭火,应采取保温措施,并尽可能在短时间内恢复燃烧。
  (7)燃烧调整不能只依据DCS控制界面进行,必须加强就地的检查与调节,根据实际燃烧工况进行切实可行的调整。
  8 小结
  义马环保电力有限公司在#1炉的烘炉过程中,组织到位、技术完善、控制得当,完成了近两周的烘炉工作。烘炉结束后,生产部门对旋风筒、二次室、炉膛及尾部受热面等处进行检查,墙衬上下各部位膨胀均匀,耐火材料表面平整、严密、炉体状况良好,且未发现有不完全燃烧形成的积炭,达到了预期效果,使#1炉具备了投入实际运行的条件,且为进一步做好#2、3、4炉的烘炉工作打好了基础。
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