循環(huán)流化床鍋爐存在的問題及改進(jìn)方法

李瑞團(tuán)

（神華神東電力有限責(zé)任公司大柳塔熱電廠，陜西 榆林 719315）

1 循環(huán)流化床鍋爐概述

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是潔凈煤技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，它通過燃料和脫硫劑的多次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，具有對(duì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)、燃燒效率高、污染控制好和負(fù)荷易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。

流化床燃燒技術(shù)以其獨(dú)特的燃燒方式成為了現(xiàn)在潔凈煤燃燒技術(shù)的主要方式。流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展迄今已經(jīng)歷兩代。第一代是常規(guī)燃燒流化床，也就是常說的燃煤鼓泡床，第二代為燃煤循環(huán)流化床。我國(guó)從六十年代起，為了解決能源短缺的問題開始在南方一些有化石燃料資源的地區(qū)發(fā)展流化床鍋爐。在八十年代中期開始投入力量積極從事循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究開發(fā)，清華大學(xué)、中科院物理所等科學(xué)研究所與國(guó)內(nèi)鍋爐生產(chǎn)廠家合作，在燃燒、傳熱、流態(tài)化、氣固分離、脫硫灰渣處理方面完成了大量卓有成效的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作。自第一臺(tái)燃燒油頁巖的流化床鍋爐在廣東茂明成功投運(yùn)以來，流化床鍋爐便開始在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，并不斷向大型化發(fā)展。此外，國(guó)內(nèi)一些部門引進(jìn)了和正在引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)和產(chǎn)品。總之，流化床鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)是：大型化方向發(fā)展，即向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展。

2 循環(huán)流化床鍋爐存在的問題分析

循環(huán)流化床鍋爐存在的問題主要分為三個(gè)方面：循環(huán)流化床鍋爐輔機(jī)問題、循環(huán)流化床鍋爐問題、循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中的問題。

典型循環(huán)流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)示意圖

2.1 循環(huán)流化床鍋爐輔機(jī)問題分析

隨著循環(huán)流化床鍋爐的大量投用，給煤系統(tǒng)故障成為影響機(jī)組正常運(yùn)行的主要威脅之一，目前大型循環(huán)流化床鍋爐給煤系統(tǒng)常見故障主要有：

輸煤系統(tǒng)堵塞。當(dāng)入場(chǎng)煤濕度過大時(shí)，造成輸煤系統(tǒng)堵塞，主要發(fā)生在碎煤機(jī)入口管段、碎煤機(jī)體內(nèi)即勻料裝置等處。如果堵塞時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)發(fā)生自燃，燒壞設(shè)備。

原煤倉堵塞。原煤倉內(nèi)邊壁上嚴(yán)重積煤，最后原煤倉的煤只有中間形成圓柱形煤流，靠近給煤機(jī)入口處近3m高煤搭橋。由于位置偏高，沒辦法進(jìn)行疏通有時(shí)煤倉四周邊壁加裝了疏松機(jī)，疏松機(jī)在開始時(shí)能夠起到一定疏松作用，但疏松機(jī)使用的高壓油系統(tǒng)故障率較高，如果疏松機(jī)故障則會(huì)嚴(yán)重阻礙原煤的順利流動(dòng)。

給煤機(jī)落煤管堵塞，皮帶燒壞。由于煤濕度過大或播煤風(fēng)太小，不能壓住爐膛內(nèi)的正壓，高溫?zé)煔夥锤Z，燒壞皮帶和落煤管。

2.2 循環(huán)流化床鍋爐本身問題

循環(huán)流化床鍋爐本身問題主要包括：鍋爐受熱面磨損、旋風(fēng)分離器分離效果下降、鍋爐回料器結(jié)焦及堵塞以及鍋爐過熱器爆管等。

循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損是對(duì)循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的三大威脅（磨損、給煤、排渣）之一，由于磨損造成的停爐事故接近停爐事故總數(shù)的一半，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)成為影響循環(huán)流化床鍋爐推廣應(yīng)用的主要障礙。循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損主要包括爐膛內(nèi)水冷壁管磨損、屏式過熱器、再熱器及旋風(fēng)分離器的磨損和對(duì)流煙道內(nèi)受熱面磨損。

2.3 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中存在的問題

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中的問題主要包括：鍋爐床面結(jié)焦、鍋爐飛灰含碳量大、鍋爐排煙溫度過高、氧量高低對(duì)鍋爐燃燒的影響等。

3 循環(huán)流化床鍋爐改進(jìn)的一些方法

3.1 循環(huán)流化床鍋爐防磨的主要措施

循環(huán)流化床鍋爐的固有特性決定了其對(duì)設(shè)備的磨損是不可避免的，但為了保證鍋爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，就必須采取可靠的防磨技術(shù)和措施，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和檢修周期。國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)流化床各部位的防磨進(jìn)行了許多切實(shí)可行的研究，采取了諸如選用合適的防磨材料、磨損部件結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，金屬表面特殊處理技術(shù)、合理施工等。防磨技術(shù)措施如下：

選擇合適的防磨材料。在循環(huán)流化床鍋爐中，碳鋼和合金鋼最重要的用途是制作鍋爐的承壓管，這些管子通常以各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)布置，包括：膜式水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器對(duì)流管束，用于支撐管束的吊掛管，較特殊的管子，包括流化床換熱器管束、燃燒室上部的懸掛屏、燃燒室的管屏（屏式受熱面）、水冷風(fēng)室、水冷或汽冷的旋風(fēng)分離器等。從大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)來看，還應(yīng)該注重開發(fā)用于循環(huán)流化床鍋爐的專用材料。

選擇合適的耐火材料。綜合考慮上述因素后，對(duì)常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐選用耐火材料作內(nèi)襯時(shí)應(yīng)滿足如下要求：內(nèi)循環(huán)渦流型湍流床內(nèi)襯，要求高耐磨、高耐溫和抗沖刷；中高溫外循環(huán)分離器入口段內(nèi)襯，要求高耐磨、高耐溫性；中高溫外循環(huán)分離器筒體，要求耐熱、保溫、熱惰性?。稽c(diǎn)火燃燒室煙道，要求抗熱沖擊；懸浮室要求抗熱沖擊、耐磨、熱惰性小。

例如，國(guó)內(nèi)某循環(huán)流化床為引進(jìn)的芬蘭奧斯龍公司410t/h Pyroflow型循環(huán)流化床鍋爐，檢修檢查中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)返料腿四個(gè)膨脹節(jié)幾乎被全部磨損完，大修時(shí)根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和膨脹核算，將原來耐火材料間隙由10～15mm擴(kuò)展到25～35mm，并用進(jìn)口耐熱不銹鋼制作了專用的模具，并在耐火材料中加了耐磨鋼針，效果較好。

3.2 對(duì)循環(huán)流化床鍋爐本身采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)燃料特性、鍋爐運(yùn)行狀況及各部位磨損機(jī)理等不同，對(duì)鍋爐的不同部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在循環(huán)流化床鍋爐中主要采用三種不同形式的襯里設(shè)計(jì)：水冷壁襯里，薄的或厚的非水冷壁襯里。

對(duì)材料工作表面進(jìn)行特殊處理。熱噴涂技術(shù)是一種材料表面保護(hù)和強(qiáng)化的技術(shù)，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到熔化或半熔融狀態(tài)，借助于火焰推力或壓縮空氣噴射而粘附到預(yù)先經(jīng)過表面處理的工件表面形成涂層，賦予工件以耐磨、耐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達(dá)到提高工件性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的一種技術(shù)。按熱源的種類可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂。

3.3 循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行防護(hù)

循環(huán)流化床鍋爐燃料顆粒組分是影響其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，對(duì)床層分布、燃燒效率、爐內(nèi)溫度、返料量、煙氣粒子濃度等都有交互影響，進(jìn)而對(duì)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的各受熱面及內(nèi)襯材料的磨損產(chǎn)生影響?，F(xiàn)對(duì)顆粒組分變化分析如下：

如果運(yùn)行顆粒組分中粗顆粒較多，燃煤粒徑分布達(dá)不到循環(huán)流化床鍋爐的要求，粒子循環(huán)量小，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒份額過大，還會(huì)使?fàn)t床超溫結(jié)焦。運(yùn)行中為防止粗顆粒煤沉底而引發(fā)事故，通常采用大風(fēng)量運(yùn)行，不僅在額定負(fù)荷下風(fēng)門全開，而且在低負(fù)荷時(shí)也難以關(guān)小風(fēng)門。這種大風(fēng)量運(yùn)行方式，不僅引起煙氣量、煙溫的變化，還會(huì)因大風(fēng)量而造成揚(yáng)析量增大、飛灰濃度增加等變化。同時(shí)，由于通過對(duì)流受熱面的煙氣流速上升，煙氣中粒子尺寸增大，還會(huì)加速受熱面的磨損。如果運(yùn)行顆粒組分中細(xì)顆粒較多，則床層不易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細(xì)的顆粒也被揚(yáng)析，加大尾部受熱面的磨損，同時(shí)也難以保證鍋爐煙氣出口的粉塵排放要求。

因此，在運(yùn)行中應(yīng)首先控制好床料及煤粒的篩分比，調(diào)整好風(fēng)量，降低煙氣的流速，降低煙氣粒子濃度和粒子直徑，以減少磨損。

[1]趙石鐵,楊海瑞等.循環(huán)流化床鍋爐燃煤的成灰和磨耗特性研究[J].潔凈煤燃燒與發(fā)電技術(shù)，2004.

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