21t/h中温中压CFB污泥焚烧锅炉爆燃问题分析与措施

 

本文作者:宁波格林兰生物质能源开发有限公司 张民强
 
摘要:污泥焚烧循环流化床锅炉是近年来迅速发展的燃烧技术。由于焚烧炉燃料的特殊性,特别是在污泥中加入中药渣和生物质后,运行中更易产生爆燃现象,而轻微的爆燃现象比较频繁,难以避免。锅炉爆燃是非常危险和有害的,轻则导致锅炉运行不稳定,参数不稳,严重时高温烟气从缝隙中漏出,使生物质燃料提前着火,甚至造成料仓着火。恶性爆燃能使炉膛变形、水冷壁撕裂。在多个生物质发电厂锅炉的试运中,有过撕裂水冷壁或烧毁输料皮带的事故案例。因此必须认真分析爆燃现象及产生的主要原因,吸取教训,制定专门的防范措施,防止爆燃事故的发生。
 

 

 

1. 我厂锅炉概述及燃料特性

 

1.1 本设备为21t/h中温中压一般废弃物焚烧炉,采用了近年发展起来的先进的循环流化床燃烧新技术和同类型锅炉运行的经验,精心设计的设备。

本体由燃烧设备、给料装置、床下天然气点火装置、分离和返料装置、水冷系统、过热器、对流管束、省煤器、空气预热器、钢架、平台扶梯、炉墙等组成。

1.2 焚烧炉参数

额定蒸发量:21t/h
额定蒸汽压力:4.0MPa
饱和蒸汽温度:400℃
给水温度:104℃
锅炉设计效率:81%
锅炉给水:符合GB/T12145标准

1.3 设计燃料

焚烧炉设计燃料为30%水分的干污泥+中药渣+生物质。
 

2. 焚烧炉燃料爆燃的原因

 
炉膛爆燃,主要是因未燃可燃物积聚,当氧量充足,温度达到,燃烧条件满足后剧烈燃烧而引起的一种燃烧现象。对于以污泥作为主燃料循环流化床锅炉,在燃料进人炉膛后,存在一个受热、水分蒸发烘干、挥发份析出,然后着火燃烧的过程。污泥颗粒的粒径越大,水分含量越高时,落入炉膛的料块会越大,燃料挤压越紧密,虽然播料风对人炉燃料有一定的松散作用,但大部燃料不会以喷射分散的状态均勻着火燃烧。燃料首先会落入炉床,依靠流化风把燃料层层吹散,最后全部进人流化燃烧状态。当流化风量不足、瞬时落入的燃料量太多、 燃料的水分太大、燃料挤压得较密实、燃料热值低及挥发份少等情况出现时,在炉床上会堆积大量燃料。这些燃料会在高温的辐射下蒸发水分、冒烟。如果这个燃烧过程相对平稳进行,不出现燃料突然散开的情况,尚不会产生燃料同时着火燃烧、烟气含氧量急剧下降、炉膛压力急升的现象。但是,当已经烘干,正在析出挥发份的燃料瞬时被流化风吹起进入流化状态时,燃料会迅速着火燃烧,出现炉膛压力急升,床温及炉膛温度上升,烟气含氧量降低甚至进入缺氧状态,这时就会产生爆燃。
爆燃现象:
(1)炉膛压力由负压变正压;
(2)下料口温度升高及炉前给料机处出现冒烟冒火;
(3)烟气含氧量发生比较大的变化;
(4)炉膛温度发生波动,体现在床温及炉膛中、 上部温度出现波动;
(5)过热蒸汽温度和压力产生波动;
(6)汽包产生虚假水位。
 

3. 爆燃的危害

 
炉膛出现不超过300Pa正压现象,或正负压持续波动,时间比较短,对锅炉安全没有危害,炉前给料机入口轻度冒烟。主要的影响是燃烧扰动厉害,炉膛压力波动,对炉膛压力自动控制的扰动大,控制参数波动大。
炉膛压力超过300Pa,但小于1000Pa时。这样爆燃虽然对锅炉本身的危害小,但炉内燃烧扰动的程度更大。高温烟气从给料口冒出。
严重爆燃时,炉膛压力可达到1000Pa〜3000Pa。当爆燃使炉膛压力达到1000Pa,并持续爆燃,或者爆燃使炉膛压力急升到3000Pa。此时,炉膛压力MFT保护动作,锅炉紧急停炉。此时的炉膛压力升高,虽然仍在锅炉设备的安全承受范围内,不会造成破坏,炉膛防爆门会动作。
炉膛压力超过3000Pa时,就可能对锅炉造成结构性损害。若压力超过锅炉设计的安全承受压力时,就会引起水冷壁的撕裂,特别是水冷壁四角处撕裂,严重时水冷壁管出现爆裂,炉膛产生变形。
 

4. 爆燃因素分析

 

4.1 设备因素

料仓断料、棚料,给料量不受控制,或大或小;

炉前给料机卡死、故障等出现时,易造成给料中断或给料不均匀;给料机单边运行,使单台给料机负荷增加,燃料会压得更密实,料口堆积燃料的概率增加,引起燃料爆燃。

4.2 燃料因素的影响

入炉污泥设计水分为30%,低位发热量600-1600kcal/kg左右,当污泥含水率大于40%或成稀泥时候,低位发热量降低,污泥进入炉膛很难燃烧,必须和生物质燃料混烧才能持续运行。生物质燃料设计水分为20%以内,燃料的低位发热量在2300kcal/kg左右。这种水分含量及发热量的燃料,表现有较好的松散度,在炉前给料机中,阻力会小些,燃料不会被挤压得很密实。进入炉膛后,燃料在流化风的作用下,容易松散与着火。但实际燃料的水分大大超过设计值。燃料水分增加需要更多的热量来蒸发,降低了床温,密相区的燃烧减弱,易在炉床堆积燃料引发爆燃。运行表明,在燃料设计水分附近的燃料,爆燃现象很少发生。但当燃料水分上升到40%以上时,炉膛压力超过300Pa的爆燃现象增加很多。

4.3 床温的影响
床温低,燃料水分蒸发、干燥所需要的时间变长,其挥发份析出慢、着火慢、燃烧强度低。如果进入炉膛的燃料水分高、发热量低、燃料被挤压成块情况出现时,燃料容易在炉内堆积而产生爆燃。在锅炉冷态启动阶段,规定床温升至550℃时投燃料,实际上床温达到350℃时即可投燃料,但床温低时的燃料量必须控制,天然气助燃不能过早切除,否则也容易产生爆燃。
4.4 运行操作的影响

不恰当运行方式主要有:

(1)锅炉给料管设计直径较大,燃料顺畅时,进料量非常大,难以发现,出现了氧量严重不足的时候,仍然往炉内大量进燃料,容易产生爆燃。

(2)床温不高或床温下降严重的时候,天然气助燃投用较晚,仍往炉膛大量进燃料,容易产生爆燃。

(3)炉前给料机故障或堵塞后,锅炉不减负荷,依靠单侧给料机加大进料量,造成炉膛热负荷不均,容易产生爆燃。

(4)补充床料时,造成床料大量随燃料落入炉膛,压住燃料,使其不能及时均匀燃烧,容易产生爆燃。

(5)当锅炉在较高的负荷时保护动作MFT后, 炉膛内会有很多未燃尽的燃料。这些燃料在炉内高温下会析出大量挥发份,如果操作不正确,未让这些挥发份安全排出便启动一次风机点火,极有可能引燃挥发份,并使剩余燃料迅速着火,产生爆炸。

(6)锅炉水冷壁泄露或爆管。

(7)启停天然气时,切断或启动负荷过大。

(8)返料器运行不正常,大量返料进入炉膛时。

(9)生物质加污泥掺烧时,污泥燃点颗粒度又和生物质特性不一样,一定要防止大量污泥瞬时加入炉膛,造成爆燃。

 

5. 预防措施

 

1. 运行人员上岗前,要经严格的培训,熟悉系统和设备,掌握运行规程;在同类型生物质锅炉经过实际操作训练,能根据燃烧状况及时进行燃烧调整;当出现炉膛爆燃的征兆时,会及时作出判断并采取正确的调整措施,防止爆燃进一步扩大。

运行人员在工作中,要注意力集中监盘,发现DCS上主要参数变化要有调节手段和预想。主值和现场人员沟通及时和方便。

2. 收集生物质锅炉试运期间出现的各种问题,特别是对于炉膛爆燃这种严重危及安全的现象,要认真分析和总结。在锅炉点火启动,应对运行人员进行详细交底;在锅炉启动试运期间,必须认真观察运行工况,对炉膛爆燃的预兆做出正确判断,及时正确地指导运行人员调整燃烧工况。

3. 对炉前料仓进行改造,如加装活化器及振动器,防止料仓棚料。给料机加装摄像头,确保设备安全可靠,尽避免经常断料或使设备单边运行。

对两个下料管加装防火门,避免出现爆燃,危及到料仓。
更换锅炉炉膛上部防爆门,使其炉膛达到1000pa,能够动作。

4. 正常运行应采用2个进料口均匀进料。出现设备故障或堵料时,应相应降低锅炉负荷,不要把全部燃料量转移到其它设备上,防止又出现堵塞,增加 爆燃几率。

5. 现场人员要随时监视给料情况,出现棚料堵料时,要及时汇报主值,并进行疏通。

6. 尽量保证燃料的水分及热值在合理的范围内,燃料不霉变、腐烂和发酵。

7. 在锅炉冷态启动时,床温达到550℃以上,采用脉冲法进行投料,提高安全系数。床温到700℃以上时可以稳定持续给料。

8. 再退出天然气燃烧器时,锅炉要运行稳定,锅炉料层差压要适中。退出时要逐步把火焰减小到小火,此时的助燃风量最小,才能安全把燃烧器停下,避免风量大幅度波动引起正压现象。

9. 锅炉出现爆燃现象时,首先要切断燃料。可采用联锁直接关闭给料气动插板阀或二级给料。

如果锅炉出现MFT动作紧急停炉时,禁止采用爆燃方式点火。应当通过引风机逐步排除炉膛的可燃气体,待氧量上升到炉内燃料基本燃尽状态时(氧含量达到19%以上),才可以重新启动。
 

6. 总结

 

由于污泥燃料加助燃的中药渣或生物质的特性,非常不利于燃料着火及稳定燃烧。针对设备缺陷进行改造,运行人员进行实际操作锻炼和培训。通过对锅炉爆燃现象分析和总结学习,采取正确的应对和调整措施,一定要杜绝锅炉爆燃事故发生。

 

供稿人:宁波格林兰生物质能源开发有限公司 张民强

 

创建时间:2023-02-24 09:21
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