循環(huán)流化床（CFB）鍋爐中“翻床”現(xiàn)象原因分析及應(yīng)對措施

宋 陽，曹福毅，張德天

（沈陽工程學(xué)院a.研究生部；b.科技處，遼寧 沈陽 110136）

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐獨特的燃燒方式使其具有燃料適應(yīng)性強、污染物排放量少、灰渣可以綜合利用、具有較高的蒸汽參數(shù)等優(yōu)點。目前，我國CFB鍋爐的單機容量、裝機規(guī)模、技術(shù)先進性均達到世界領(lǐng)先水平［1-2］。

雖然CFB鍋爐是一種很有前途的煤燃燒技術(shù)，但是在實踐運用過程中仍然有一些缺點，而“翻床”現(xiàn)象就是導(dǎo)致鍋爐運行效率低，不利于可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

1 循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的“翻床”現(xiàn)象

“翻床”現(xiàn)象發(fā)生在褲衩腿爐膛的兩床之間，這種雙床雙燃燒室的新型鍋爐與傳統(tǒng)的CFB鍋爐相對比，在爐型結(jié)構(gòu)上有很大改善。當(dāng)鍋爐在正常運行時，兩個支腿之間的床壓處于相對平衡狀態(tài)，但是由于床壓、床溫和給煤量等因素存在不同程度的偏差，導(dǎo)致這種平衡狀態(tài)被打破，則床料會從壓力較高的一側(cè)流向壓力較低的一側(cè)。當(dāng)沒有調(diào)節(jié)作用的干預(yù)時，床料的移動必然持續(xù)進行，進而發(fā)生“翻床”現(xiàn)象?！胺病爆F(xiàn)象發(fā)生時，主要表現(xiàn)如下：

1）一側(cè)塌死，一側(cè)吹空；塌死側(cè)床溫急劇下降，一側(cè)風(fēng)流量急劇下降甚至到0；吹空側(cè)床溫急劇上升，一次風(fēng)流量急劇增大［3-4］；

2）一側(cè)床壓明顯升高，另一側(cè)明顯降低，且呈正弦擴散狀波動的趨勢，振幅逐漸增大；

3）兩側(cè)平均床溫的變化率存在明顯偏差，床層壓力較高時，一側(cè)床層溫度明顯下降，另一側(cè)床層溫度迅速升高；

4）鍋爐輸入熱量不變，但鍋爐主蒸汽流量及負荷出現(xiàn)下降趨勢；

5）二次風(fēng)壓力不正常波動；

6）外置換熱器床壓異常波動；

7）蒸汽溫度、蒸汽壓力大幅波動，水位難以控制。

2 “翻床”現(xiàn)象原因分析

2.1 兩側(cè)一次風(fēng)流量存在偏差

當(dāng)床身兩側(cè)的壓力和風(fēng)量失去自動平衡能力時，左側(cè)床層受到抑制，相對阻力減小，風(fēng)量逐漸增大，使床層材料被吹向右側(cè)。這進一步增大了兩側(cè)床壓差，進而使得左側(cè)風(fēng)量快速增大，右側(cè)風(fēng)量減小，兩側(cè)床壓出現(xiàn)交叉波動［5-6］。

2.2 兩側(cè)煤質(zhì)不均勻

根據(jù)循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的燃燒特點，要求入爐煤的顆粒粗細均有適當(dāng)?shù)姆秶w粒級配有合理的比例。由于進入煤場的煤不均勻，給煤破碎程度的變化，加上煤在循環(huán)流化床（CFB）鍋爐內(nèi)燃燒、爆裂、磨損情況的不同，導(dǎo)致煤粒在形狀、密度、體積與尺寸等方面有較大差異，使其偏離設(shè)計值［7］，對鍋爐的流化工況、燃燒工況、床料的質(zhì)量等造成很大影響。

2.3 兩側(cè)床溫偏差過大

當(dāng)溫度不斷升高時，氣體的傳熱系數(shù)也隨之不斷增大，不僅造成顆粒的熱阻力減小，而且促使輻射傳熱逐漸增大。同時，爐內(nèi)氣體的密度越來越小，膨脹程度越來越明顯，導(dǎo)致兩側(cè)布風(fēng)板床壓不均勻，偏差明顯失衡，增大了“翻床”程度。

2.4 兩側(cè)給煤量波動，出現(xiàn)嚴(yán)重不均衡

給煤量的不均勻也是導(dǎo)致“翻床”現(xiàn)象的重要因素之一。在實際運行過程中，給煤量減少時，燃燒室阻力也隨之減小，導(dǎo)致鍋爐內(nèi)空隙率不斷增大，顆粒體積濃度減小，進而導(dǎo)致燃燒室內(nèi)通風(fēng)量增大；氣室內(nèi)壓差不穩(wěn)定，振蕩的頻率不斷增大。嚴(yán)重時造成兩側(cè)爐膛內(nèi)物料流動不對稱，兩床間的不平衡燃燒逐漸導(dǎo)致床層兩側(cè)床壓偏差的不平衡變化。當(dāng)單側(cè)床的壓力流動阻力達到一定程度時，會引起側(cè)翻。

2.5 爐膛兩側(cè)配風(fēng)不當(dāng)

一、二次風(fēng)配比的總原則是一次風(fēng)控制床溫，二次風(fēng)調(diào)節(jié)氧量。通過一次風(fēng)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對床溫的良好控制，滿足循環(huán)流化床（CFB）鍋爐料層溫度的要求。同時，二次風(fēng)良好的穿透能力保證了給爐膛橫斷面各處顆粒充分供應(yīng)氧氣，減少高濃度物料顆粒的貧氧區(qū)域。在鍋爐的實際運行過程中，當(dāng)一、二次風(fēng)量配比不合理時，造成爐內(nèi)煙氣流速不斷增大，致使灰循環(huán)異常［8］。當(dāng)爐內(nèi)循環(huán)灰量大量積聚時，如遇擾動則在很短時間內(nèi)迅速落入爐膛，造成單側(cè)大床“壓死”，引發(fā)“翻床”。

3 循環(huán)流化床（CFB）鍋爐“翻床”現(xiàn)象的預(yù)防

3.1 避免分離器和返料器的堵塞現(xiàn)象或循環(huán)不暢

由于循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在實際的運行過程中燃用的原煤含灰量較大，因而導(dǎo)致排灰量增大，影響鍋爐的運行效率。而細灰循環(huán)量倍率的波動在很大程度上影響鍋爐的運行效率，造成鍋爐“翻床”現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)回料器工作不正常時（例如回料器內(nèi)物料溫度超過灰渣熔點或者吹灰系統(tǒng)布置不合理），回料器內(nèi)結(jié)渣將難以避免。當(dāng)結(jié)渣到一定程度時，如遇到某種異常因素的干擾，則會造成回料器內(nèi)的積灰大部分塌落，從而造成大量的積灰落入分離器立管及回料閥中，不斷地造成回料閥壓力波動，誘發(fā)床壓失穩(wěn)、翻床。因此，要嚴(yán)格監(jiān)控循環(huán)流化床（CFB）鍋爐在實際操作過程中的各項指標(biāo)，檢查灰循環(huán)回路的旋風(fēng)分離器、返料器與外置換熱器的運行狀況，防止發(fā)生堵塞。如果出現(xiàn)堵塞，應(yīng)及時疏通。

3.2 隨時觀察監(jiān)控床壓參數(shù)

在CFB鍋爐運行期間，通過不斷改變床壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，進而控制兩側(cè)爐膛總壓差值的偏差。工作人員要注意加強對床壓的監(jiān)視，根據(jù)床壓的變化情況，不斷改變床壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，進而控制兩側(cè)爐膛總壓差值的偏差。當(dāng)床壓過高時，應(yīng)采取如下措施：

1）加強底渣排放，從而降低床壓，保持物料的穩(wěn)定循環(huán)，必要時降低負荷運行；

2）解除風(fēng)道燃燒器入口的一次擋風(fēng)板；

3）調(diào)整兩側(cè)一次風(fēng)擋板開度，增加高床壓一側(cè)的一次風(fēng)量或減小低床壓一側(cè)的一次風(fēng)量。

3.3 隨時觀測檢查一次風(fēng)量偏差

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐中的床料流化必須確保兩側(cè)雙支腿有足夠的一次風(fēng)量，因此鍋爐兩側(cè)的一次風(fēng)量必須確保均衡穩(wěn)定，不能隨意調(diào)整。也可以根據(jù)現(xiàn)場情況不同，適當(dāng)調(diào)整雙床兩側(cè)一次風(fēng)流量偏差或者一次風(fēng)機入口擋板偏差，同時檢查雙床兩側(cè)一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥開度以及自動動作情況，根據(jù)實際情況和需要及時調(diào)節(jié)一次風(fēng)流量、一次風(fēng)壓等實際運行參數(shù)［9-10］。

3.4 隨時觀察監(jiān)控床溫參數(shù)

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐床溫變化主要受由一次風(fēng)量、給煤量、循環(huán)灰量等因素的影響。床溫自動控制系統(tǒng)在設(shè)置時，應(yīng)以一次風(fēng)量為主，進行風(fēng)量引入負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計，合理配置風(fēng)量與給煤量的比例。循環(huán)灰量可以通過中溫過熱器外置床灰控制閥控制進入外置床的循環(huán)灰量。穩(wěn)定運行時應(yīng)將平均床溫控制在設(shè)定值偏差范圍內(nèi)，當(dāng)波動過快或者過大時，工作人員可以適當(dāng)增加（或降低）一次風(fēng)率或者調(diào)整外置換熱器灰流量。如果效果不明顯也可以減?。ɑ蛟黾樱┙o煤量，使鍋爐負荷發(fā)生變化。

4 “翻床”現(xiàn)象的處理措施

4.1 維持一次風(fēng)量平衡

運行過程中不斷調(diào)整兩側(cè)一次熱風(fēng)門，使雙床兩側(cè)一次風(fēng)量保持動態(tài)平衡，減少兩側(cè)風(fēng)量存在的偏差，從而避免由于一次風(fēng)配風(fēng)不合理而導(dǎo)致的“翻床”現(xiàn)象。

當(dāng)某側(cè)一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障導(dǎo)致失靈、一次風(fēng)量不準(zhǔn)、特性不好或者閥門出現(xiàn)故障時，工作人員應(yīng)該立即將該側(cè)一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥切換成手動控制，再根據(jù)床壓變化趨勢調(diào)整該側(cè)一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥，另一側(cè)一次風(fēng)流量采用自動跟蹤，盡量不采用將兩側(cè)一次風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥同時切換為手動的方式［11-13］。

4.2 維持給煤量平衡

給煤量平衡是提高鍋爐效率的關(guān)鍵因素之一，控制給煤量偏差對流化床鍋爐尤為重要。在實際操作過程中，由于各運行參數(shù)不斷調(diào)節(jié)，加上燃料粒度變化等因素的擾動，使循環(huán)流化床鍋爐給煤量平衡是一個連續(xù)的動態(tài)過程而非穩(wěn)態(tài)過程。當(dāng)兩側(cè)床層溫度偏差過大時，床層溫度較高一側(cè)的燃料進入爐膛后，反應(yīng)速度會自動加速到相當(dāng)大的數(shù)值并迅速著火，具有較長的時間來燃盡，從而導(dǎo)致該側(cè)爐內(nèi)空隙率增大；而床溫較低一側(cè)的煤粒著火慢，燃燒效率低，用時較長，從而導(dǎo)致給煤量出現(xiàn)偏差。

當(dāng)給煤量偏差過大時，布風(fēng)板因為兩側(cè)的床層壓差逐漸增大而導(dǎo)致失衡，隨后“翻床”現(xiàn)象發(fā)生。因此，工作人員應(yīng)盡量保證循環(huán)流化床鍋爐兩側(cè)的入爐煤在煤量、粒度、床溫、煤質(zhì)等方面保持基本一致，同時及時調(diào)整兩側(cè)的給煤量，確保兩側(cè)給煤量偏差不斷縮小，使兩側(cè)給煤量達到均衡。

4.3 維持兩側(cè)床壓平衡

工作人員對鍋爐床壓的監(jiān)視應(yīng)該以爐膛左右側(cè)平均總壓差為準(zhǔn)，該壓差反映了布風(fēng)板阻力、爐內(nèi)總床料量及流化的變化情況。在鍋爐正常運行時，應(yīng)將爐膛兩側(cè)床壓控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)，并確保兩側(cè)床壓的偏差值最小。

運行時，床壓過高或者過低都會影響流化質(zhì)量。當(dāng)鍋爐兩側(cè)的床壓出現(xiàn)較大偏差時，應(yīng)立即查看冷渣器排放量、回料量和一次風(fēng)量是否正常。當(dāng)鍋爐的冷渣器為滾筒式冷渣器時，可根據(jù)床壓給定值的大小自動改變冷渣器的轉(zhuǎn)速，從而改變排渣速率［14］。

5 結(jié)論

我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，但是隨著煤炭資源的過度開采，已經(jīng)產(chǎn)生制約經(jīng)濟發(fā)展和破壞生態(tài)環(huán)境的問題。因此，迫切地需求一種能高效燃用各種低發(fā)熱量、具有低污染及良好的調(diào)峰能力的新型高效燃煤技術(shù)。在這種市場需要的推動下，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐技術(shù)得到了大力發(fā)展，但是“翻床”問題影響了機組運行的穩(wěn)定性。因而，通過調(diào)整一、二次風(fēng)量偏差、調(diào)整床壓、及時調(diào)整給煤量等措施預(yù)防和解決“翻床”問題，減少由“翻床”帶來的損失。當(dāng)經(jīng)過多方調(diào)節(jié)無效時，說明鍋爐出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦，此時應(yīng)該按鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象處理［15］。