循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因及預(yù)防策略

李振東

摘要：循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行中具有很好的適應(yīng)性，且燃燒快、污染排放量不高。近幾年，我國(guó)的循環(huán)流化鍋爐雖然在設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是，在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些不可避免的問(wèn)題，其中，結(jié)焦事故就是運(yùn)行過(guò)程中最常見(jiàn)的問(wèn)題。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，必須保證鍋爐在安全的狀態(tài)下運(yùn)行，嚴(yán)格遵守操作流程，對(duì)投煤量進(jìn)行控制，調(diào)整好料層的厚度。對(duì)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該采取有效的措施，避免結(jié)焦事故更加嚴(yán)重。分析了循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦事故機(jī)理及其結(jié)焦原因，提出了預(yù)防結(jié)焦的有效措施。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;鍋爐結(jié)焦;預(yù)防策略

引言

生物質(zhì)能是除煤、石油和天然氣之后的第四大能源。我國(guó)每年生物質(zhì)能資源可折合15億t標(biāo)準(zhǔn)煤，主要包括農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物和生活垃圾等。生物質(zhì)能由于具有資源豐富、可再生、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。生物質(zhì)發(fā)電兼具經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)等綜合效益，不僅能大大減少我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中對(duì)煤炭資源的依賴(lài)程度，而且可廢物利用，有利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。目前循環(huán)流化床摻混多種生物質(zhì)廢棄物燃燒過(guò)程中，由于生物質(zhì)含有較多的氯和鉀等元素，導(dǎo)致生物質(zhì)鍋爐內(nèi)嚴(yán)重結(jié)焦、積灰。

1循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因

1.1鍋爐運(yùn)行氧量

鍋爐風(fēng)量配比是影響鍋爐結(jié)焦的重要因素之一。鍋爐正常燃燒運(yùn)行時(shí)，氧量一般控制于6%～9%之間，充足的氧分保證鍋爐燃燒處于非還原性氣氛，避免灰渣熔融點(diǎn)降低。但很多時(shí)候，由于垃圾組分的不穩(wěn)定性，易出現(xiàn)鍋爐負(fù)荷快速上升，一次風(fēng)未及時(shí)響應(yīng)的情況，此時(shí)爐膛燃燒氣氛由非還原性轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性，致使灰渣熔融點(diǎn)降低，增加了結(jié)焦的可能性。另外，在停止二次風(fēng)機(jī)向爐膛供風(fēng)或二次風(fēng)量較少時(shí)，煙氣中的未燃盡顆粒物未得到有效湍動(dòng)和充分燃燒，導(dǎo)致顆粒沉降而積聚在管束或爐墻表面，造成積灰結(jié)焦。

1.2爐內(nèi)燃燒狀況

鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中若入爐煤種與設(shè)計(jì)煤種相差過(guò)大，煤飛灰熔點(diǎn)過(guò)低;鍋爐負(fù)荷過(guò)高，爐內(nèi)斷面熱負(fù)荷、容積熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過(guò)高;煤粉細(xì)度較粗、均勻性下降，會(huì)導(dǎo)致慣性動(dòng)量過(guò)大或局部熱負(fù)荷過(guò)高;一、二次風(fēng)速與風(fēng)量分配不當(dāng)，煤粉提前燃燒或局部缺氧;鍋爐吹灰不及時(shí)造成焦子集聚長(zhǎng)大;鍋爐兩側(cè)氧量偏差大或總體氧量偏小，爐內(nèi)還原性氣氛強(qiáng);爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)不均等都是造成鍋爐結(jié)焦的原因。

1.3床料流化受阻導(dǎo)致結(jié)焦

a）循環(huán)流化床鍋爐燃料的組分主要是粒徑為10mm左右的煤燃料和灰渣，而流化不順暢則會(huì)導(dǎo)致廢料在流化排放管及燃料中堆積。床料中堆積的這部分廢渣本身就具有較高的溫度，再加上其余沒(méi)有燃燒部分的煤燃料，如果繼續(xù)進(jìn)行燃燒，則會(huì)使得鍋爐內(nèi)部O2含量急劇下降，熱量大量產(chǎn)生并且無(wú)法順利排放，使得鍋爐內(nèi)部溫度急劇升高，而當(dāng)這個(gè)溫度達(dá)到廢渣的熔點(diǎn)時(shí)就會(huì)使得廢渣變形，進(jìn)而結(jié)焦。b）假設(shè)煤燃料與廢渣同步燃燒，提升了燃料的導(dǎo)熱性，使得煤燃料與廢渣混合起來(lái)。如果形成的固體粒徑較大，則會(huì)黏結(jié)旁邊一部分的廢渣，粒徑越來(lái)越大。當(dāng)流化床的溫度高于黏結(jié)成塊所需要的溫度時(shí)，也會(huì)發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。c）在鍋爐工作過(guò)程當(dāng)中，如果床料的流化速度未能達(dá)到其臨界值，此時(shí)燃燒放出熱量但未能正常傳遞到鍋爐的耐熱面，就會(huì)使得周?chē)钠溆嗳剂先紵?，造成溫度急劇升高，也易結(jié)焦。

1.4廢渣熔點(diǎn)過(guò)低

高溫結(jié)焦是指鍋爐內(nèi)部燃燒溫度高，但其余各項(xiàng)功能正常所產(chǎn)生的結(jié)焦;而低溫結(jié)焦是由某一部位溫度過(guò)低燒結(jié)所導(dǎo)致的。燃燒床的溫度整體來(lái)說(shuō)沒(méi)有達(dá)到廢渣的變形溫度，而廢渣的組分是影響其熔點(diǎn)的直接因素，尤其是廢渣中包含一些金屬時(shí)對(duì)其熔點(diǎn)的影響尤為顯著。因此，廢渣熔點(diǎn)過(guò)低，當(dāng)溫度稍微升高時(shí)就會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦情況出現(xiàn)。

2循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦預(yù)防策略

2.1點(diǎn)火期間，控制好投煤量

（1）在初始點(diǎn)火階段，當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐的溫度達(dá)到了投煤的溫度時(shí)，工作人員要及時(shí)把煤放到鍋爐中去，控制好煤的投放量，等到煤燃燒穩(wěn)定后，可以適當(dāng)停止投放油。

（2）在應(yīng)對(duì)各種突發(fā)的故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)考慮是否需要停止加油，以縮短煤油的混合燃燒時(shí)間。避免出現(xiàn)結(jié)焦問(wèn)題。

（3）在火剛剛點(diǎn)著時(shí)，如果投入了大量的煤會(huì)使得循環(huán)流化床的溫度

一下上升，造成爆燃。

（4）在剛開(kāi)始投放煤炭時(shí)，可以進(jìn)行少量間隔性進(jìn)行供煤，嚴(yán)禁太快太猛。在溫度低于700℃時(shí)，盡量采用點(diǎn)動(dòng)投煤的方式進(jìn)行供煤，一定要參考氧氣量的實(shí)際變化數(shù)值，控制供煤量，選擇最佳的投煤時(shí)間。

（5）在點(diǎn)火的初期，工作人員要保證鍋爐內(nèi)空氣的分布均勻。在點(diǎn)火結(jié)束后，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間把鍋爐里面的廢渣清除干凈，從而不會(huì)因?yàn)槊涸榷绊戝仩t的正常運(yùn)行。

（6）為了避免低溫?zé)宫F(xiàn)象的發(fā)生，鍋爐內(nèi)易結(jié)焦區(qū)域要保持良好的流化狀態(tài)，從而讓煤顆?；旌暇鶆?。

2.2對(duì)煤的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制

在運(yùn)行時(shí)，要保證煤的穩(wěn)定性，特別是矸石、煤顆粒大小等，必須符合相關(guān)要求。點(diǎn)火前應(yīng)對(duì)流化進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，控制好底料的厚度和流化變化，使得底料的厚度和流化符合合格標(biāo)準(zhǔn)。另外，必須保證鍋爐內(nèi)部的空氣動(dòng)力始終處于一個(gè)良好狀態(tài)中，從而能夠控制經(jīng)由旋風(fēng)分離器處理過(guò)的二次燃燒，有效防止旋風(fēng)分離器、回料器和燃燒室因?yàn)闇囟冗^(guò)高而出現(xiàn)焦炭問(wèn)題，減少結(jié)焦現(xiàn)象。

2.3合理控制運(yùn)行氧量

通過(guò)控制一、二次風(fēng)比例來(lái)控制鍋爐運(yùn)行的氧量，通過(guò)控制爐膛氧量即可控制爐內(nèi)是處于氧化還是還原性氣氛，這將對(duì)鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如爐內(nèi)運(yùn)行氧量偏低爐內(nèi)將處于還原性氣氛，灰熔點(diǎn)將會(huì)下降，鍋爐會(huì)很容易結(jié)焦。但增加氧量與控制鍋爐出口NOx的和保證鍋爐經(jīng)濟(jì)性相矛盾，鍋爐運(yùn)行時(shí)的氧量控制要著眼于煤種燃燒時(shí)表現(xiàn)出的主要矛盾，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、NOx、結(jié)焦等多方面因素，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)選擇合理的氧量。

2.4嚴(yán)格控制好床溫

循環(huán)流化床鍋爐的溫度是采用獨(dú)特的床面垂直分布的形式來(lái)測(cè)量的，這樣能及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部過(guò)熱而引發(fā)的結(jié)焦現(xiàn)象。在使用過(guò)程中，通過(guò)熱電偶測(cè)點(diǎn)來(lái)檢查是否有異常情況出現(xiàn)。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)盡快采取應(yīng)對(duì)措施來(lái)解決。當(dāng)循環(huán)流化床的溫度過(guò)高時(shí)，必須立即增加一次風(fēng)量或減少燃料，從而使得床層的溫度降低。另外，還要根據(jù)溫度的變化，進(jìn)行風(fēng)量和投煤量的增減，使得床溫的變化不會(huì)太大，避免造成結(jié)焦。

2.5合理組織爐內(nèi)燃燒

通過(guò)控制一、二次風(fēng)的風(fēng)門(mén)開(kāi)度合理調(diào)配一、二次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)量以及鍋爐運(yùn)行氧量，確?？諝夂兔悍鄣牧己没旌?，盡量避免水冷壁附近形成還原性氣氛，控制鍋爐的著火點(diǎn)、燃燒全過(guò)程的氧氣供給和擴(kuò)散角度，防止火焰刷墻，在保證主參數(shù)合格情況下控制爐膛出口煙溫和受熱面壁面溫度。合理控制鍋爐負(fù)荷和每層燃燒器出力，防止鍋爐容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷超限?？刂泼悍奂?xì)度和均勻性在合理范圍，防止出現(xiàn)慣性動(dòng)量過(guò)大或局部熱負(fù)荷過(guò)高的現(xiàn)象出現(xiàn)。加強(qiáng)鍋爐吹灰，保證水冷壁壁面清潔程度。

結(jié)語(yǔ)

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行當(dāng)中，還要嚴(yán)格按照相關(guān)的流程控制好風(fēng)煤比，調(diào)整好料層的厚度，仔細(xì)檢查現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，防止結(jié)焦事故的發(fā)生。為了循環(huán)流化床技術(shù)能得以不斷發(fā)展，要對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)焦原因進(jìn)行進(jìn)一步的分析，提出有效的策略去避免結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生，從而減少鍋爐在運(yùn)行中結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生。

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