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生物质锅炉结焦、结灰分析及应对措施 木屑颗粒机|秸秆颗粒机|秸秆压块机|木屑制粒机|生物质颗粒机|富通新能源 / 16-02-24

    摘  要:秸秆发电在我国是一种新生事物,我国近年先后投产了一批生物质电厂,但生物质电厂普遍存在着生物质锅炉容易结焦、结灰现象,影响安全经济稳定运行;笔者公司水冷振动炉排炉全燃生物质运行也存在结焦、结灰现象,但经过若干次停炉检修对结焦、结灰检查、处理和对焦块的分析,逐步了解生物质灰特性、生物质锅炉结焦、结灰的原因、基本掌握了生物质锅炉结焦、结灰处理及预防措施,本文主要介绍水冷振动炉排炉结焦、结灰分析及应对措施。
    关键词:生物质锅炉结焦结灰清理
1、概况
    1.1设备概况
    某生物质电厂秸秆水冷振动炉排炉系无锡华光锅炉股份有限公司制造的UG-75/5.3-J型次高压单汽包、集中下降管、自然循环、四回程布置的燃秸秆炉。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置水冷振动炉排。在冷却室过热器室分别布置了高温过热器中温和低温过热器。底部烟道中布置省煤器和空气预热器。干式排渣,布袋除尘。锅炉为钢架结构,半露天布置,点火方式设计为人工点火。
    1.2锅炉设计主要参数
2、生物质锅炉结焦、结灰的危害
    2.1影响锅炉长周期安全经济运行
    2.1.2锅炉高、低温过热器由于结焦往往影响烟气与蒸汽的热量传递,将降低锅炉出力和效率,连续运行一个月后将使主蒸汽温度严重偏低,引起蒸汽品质不合格,对汽轮机的安全运行造成很大的安全隐患;
    2.1.2高、低温过热器结焦在锅炉运行时很难清理,结灰严重时甚至会完全堵塞烟气通道,造成锅炉被迫停炉,严重影响锅炉安全经济稳定运行。
    2.2管壁垢下腐蚀严重
    生物质稻麦秸秆中含量最高的两种元素Si和K在燃烧时会形成低熔点的硅酸盐沉积在燃烧设备的金属管壁上造成管壁垢下腐蚀,因为金属的氧化保护层会溶解在沉积的熔渣中。
    2.3锅炉连续运行周期短,检修工作量增加,增加维护成本。
    锅炉人工清灰需要搭在过热器搭脚手架,脚手架高度较高、工作量大,清灰的人工较多,每次清灰费用较高;锅炉频繁启停也造成锅炉其他的检修费用和启停增加。
3、生物质锅炉结焦、结灰主要现象、过程及结焦、结灰主要部位
    3.1生物质锅炉结焦、结灰主要现象、过程
    秸秆水冷振动炉排炉1年多运行情况发现,生物质锅炉容易结焦、结灰,基本上锅炉连续一个月后主蒸汽逐步下降,排烟温度升高,吨汽秸秆耗将逐渐增加;一个半月左右主蒸汽温度将由
点炉时485℃降至430℃左右,排烟温度由点炉时140℃升至160℃左右,出力和炉效明显下降,锅炉将被迫停炉清灰。特别是掺烧稻麦秸秆比例较大时(占入炉燃料重量比的30℃左右),过热器结灰现象明显增快,尤其高温过热器纵向、横向管道之间焦块连成一片。
   3.2结焦、结灰主要部位
   3.2.1结焦主要在烟气温度较高的高温过热器和低温过热器等部位,过热器的对流受热面上往往黏附着灰色的黏稠或熔融状沉淀物(厚度1~1.5mm),管束上表面沉淀物相对松软,但紧贴管壁上有时存在着黏附力强、坚硬、难溶的磷酸盐结垢。
    3.2.2结灰主要在烟气温度较低的省煤器和空气预热器的管壁上,省煤器和空气预热器薄薄的结灰颜色也是灰色,灰与管壁之间没有黏附性,用压缩空气吹扫就能够清除。
4、过热器焦块成分分析结果
   过热器焦块成分分析结果见表2。
   根据过热器焦块成分分析结果可以看出焦的主要为硅酸盐、硫酸盐、氯化物和氧化钙,并且有少量坚硬、难溶的磷酸盐等。
5、结焦、结灰的原因分析
    5.1生物质灰的来源和特性
    5.1.1生物质中的灰分有两种来源:一是燃料本身固有的,即形成于植物生长过程中。本身固有的灰分是相对均匀地分布在燃料中,其中Si,K,Na,S,Cl,P,Ca,Mg,Fe是导致结渣积灰的主要元素;另一是燃料加工处理过程中带入的或人为恶意掺加的杂质,如:砂子、石头子、土壤颗粒等,其组分与燃料固有的灰分差别很大;后者常常是生物质燃料灰分的主要组成部分。
    5.1.2生物质中的Ca,Mg元素通常能够提高灰熔点,K,Na元素(碱金属元素)可以降低灰熔点,而Si元素在燃烧过程中与K元素会形成低熔点的化合物。木材等黑色秸秆本身的灰含量和K,Na等碱金属元素含量很低,对过热器结焦的影响较小,但稻、麦等黄色秸秆类中Ca元素含量较低,K元素(碱金属元素)含量较高(K20麦秸25.3%、稻草12.3%; S102麦秸55. 32a/0、稻草74. 67%),导致灰分的软化温度较低。
    5.2结焦、结灰的原因
    生物质燃烧过程中,碱金属、硫和氯元素以气体的形态挥发出来,碱土金属盐会和Si02发生化学反应,生成低共熔点的硅酸盐、硫酸盐或氯化物,高温过热器和低温过热器部位的烟气温度往往处于灰粒变形温度下的某一范围内,造成硅酸盐、硫酸盐或氯化物在过热器对流受热面上被冷凝形成结焦,在高温下熔化的硅酸盐、硫酸盐或氯化物又会吸附大量的生物质灰形成一定厚度的粘连层,而使积灰结焦层增厚。
6、结焦.结灰的主要处理方式和预防措施
    6.1定期人工清灰、清焦
    6.1.1公司在生物质锅炉投产后第1年公司主要采用运行期间每天蒸汽吹灰1次,并且定期(每1.5或2个月)停炉人工方式清灰、清焦。
    6.1.2人工方式清灰、清焦先用压缩空气(部分生物质电厂使用高压水枪冲,笔者认为长期使用可能对浇筑料和炉墙产生不利影响,不建议采用)吹掉受热面上的浮灰和相对蓬松的焦块,然后以人工用木条、竹条(最好不用铁器)对管壁的硬焦加以清除,但管壁的硬焦往往难以彻底清理干净。
    6.2锅炉添加除焦剂并辅以蒸汽吹灰,减少受热面的结灰
    6.2.1公司2009年6月份开始尝试锅炉运行期间添加除焦剂,并且将蒸汽吹灰次数由1次增加为2次,来减少结灰的影响。
    6.2.2除焦剂为谈蓝色液体,PH为4.0-7.0之间,除焦剂通过特有的加药设备,使药品在炉膛内雾化,均匀分散在烟气中与结焦物质起化学作用,降低沉结物的着火点,提高灰熔点,并使焦块松软,再利用蒸汽吹灰时清除。
    6.2.3公司水冷振动炉排炉从6月24日点炉到9月16日停炉消缺,锅炉实现了连续运行84天的新记录,主蒸汽温度一直维持合格范围之间,并且9月1日-16日主蒸汽日平均温度最高为471℃,日平均温度最低为461℃,平均温度为466℃,锅炉没有出现低汽温的现象,排烟温度也基本维持点炉时的温度,9月16日停炉后对炉内检查发现高温过热器没有结焦现象,仅中温过热器下部管道迎风面处略有轻微结焦,可见锅炉添加除焦剂并辅以蒸汽吹灰是能够解决生物质锅炉过热器结焦、结灰问题。
6.3生物质原料的选择与处理
6.3.1在所有生物质中由于稻麦秸秆灰中碱金属和氯的含量相对较高,而碱金属是造成高、低温过热器结焦,氯是造成锅炉腐蚀的主要原因,因此从控制锅炉结焦和腐蚀的角度出发,必须严格限制稻麦秸秆在锅炉总输入热量中所占比例不超过20%,多用碱性指数较低的稻壳、黑色燃料(树枝、树皮)等。
6.3.2生物质电厂在收购生物质时要严控质量关,尽可能减少生物质燃料加工处理过程中带入(特别是经销商人为恶意掺加)的杂质,如:砂子、石头子、土壤颗粒等,减少生物质燃料入炉时的总灰分,从而减慢锅炉结灰、结焦的时间。
6.4合理调节燃烧工况
   由于秸秆的灰熔点较低,通过合理调整锅炉一次、二次风的配比等燃烧工况来降低燃烧温度,控制高、低过热器室的温度,使其尽可能不超750℃(硅酸钾熔融温度为764℃,硅酸钠熔融
温度为874℃),可降低高、低过热器结灰速度。
7、结论
    某生物质电厂通过掌握生物质在燃烧过程中的结焦、结灰特性,利用调节生物质在锅炉运行中的燃烧工况,合理选择生物质燃料并且与添加除焦剂、蒸汽吹灰等辅助手段相结合,实现了减缓生物质锅炉积灰结渣,基本实现了生物质锅炉长周期、经济、安全运行。
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