預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的措施

[摘" " 要]山西省是全國重要產(chǎn)煤基地，煤礦生產(chǎn)產(chǎn)生大量的煤矸石及煤泥，若不加以利用，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)資源。本文重點(diǎn)分析循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中結(jié)焦的原因，提出改變?nèi)济航菇Y(jié)特性，嚴(yán)格控制運(yùn)行參數(shù)，盡量縮短壓火時(shí)間等措施，并對相關(guān)維護(hù)提出建議，為機(jī)組的長周期安全運(yùn)行提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐;結(jié)焦原因;預(yù)防措施;維護(hù)

[中圖分類號]TK229.666 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）因燃燒原理特殊，具有燃料適應(yīng)性廣、蓄熱能力強(qiáng)、排放指標(biāo)低等眾多優(yōu)點(diǎn)，已成為火電機(jī)組的主流趨勢之一。影響CFB長周期、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素較多，例如，受熱面泄漏、返料系統(tǒng)工作不正常、爐內(nèi)結(jié)焦等。其中一些缺陷可以采取壓火停爐不停機(jī)的方式，維持最低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)完成消缺工作?？梢杂行П苊庖蛳痹斐傻姆峭＃瑫r(shí)還能使機(jī)組快速恢復(fù)至中調(diào)下達(dá)的負(fù)荷給定值。有些缺陷則需要停爐處理，如爐內(nèi)結(jié)焦，不僅檢修維護(hù)工作量大，而且耗時(shí)較長，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行，是一種需要避免的惡性問題。

1" "CFB結(jié)焦種類及原因

1.1" "CFB結(jié)焦的種類

（1）低溫結(jié)焦。低溫結(jié)焦是當(dāng)床層整體溫度低于灰渣的變形溫度，由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)引起的結(jié)焦，常在啟動和壓火時(shí)的床層中發(fā)生，并有可能發(fā)生在高溫旋風(fēng)分離器的灰斗內(nèi)，以及外置換熱器和返料機(jī)構(gòu)內(nèi)。

（2）高溫結(jié)焦。高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時(shí)所形成的結(jié)焦現(xiàn)象。特點(diǎn)是面積大，甚至波及整個(gè)爐床，而且從高溫焦塊表面上看是熔融的，冷卻后呈深褐色，質(zhì)地堅(jiān)硬，并夾雜少量氣孔。

（3）漸進(jìn)性結(jié)焦。漸進(jìn)性結(jié)焦是運(yùn)行中較難察覺的一種結(jié)焦形式，主要原因是布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量不好、給煤顆粒度超出設(shè)計(jì)值、運(yùn)行參數(shù)控制不當(dāng)、風(fēng)帽錯(cuò)裝或堵塞等。

在檢修過程中發(fā)現(xiàn)，在爐內(nèi)上述3種結(jié)焦形式不是獨(dú)立存在的，沒有明顯的區(qū)別界限，不論哪種類型的結(jié)焦，一旦焦塊形成，隨著時(shí)間推移將會越來越大，最終堵塞排渣管直至被迫停爐。

1.2" "CFB結(jié)焦原因分析

CFB結(jié)焦的主要原因是床料局部或整體溫度超過灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度，以及爐內(nèi)流化工況不良等。

1.2.1" "燃料的影響

若煤的灰熔點(diǎn)低，當(dāng)煤顆粒在爐膛內(nèi)較高溫度下熔化成液態(tài)或軟化狀態(tài)時(shí)，相互粘結(jié)，且自身燃燒放出的熱量無法及時(shí)傳出，就會產(chǎn)生結(jié)焦（煤炭中各種成分的熔化溫度見表1）。其次，運(yùn)行中給煤量過大，導(dǎo)致料層中含煤量過多，料層溫度升高，燃燒氣氛更加趨于還原性氣氛，煤的灰粒容易達(dá)到熔融及軟化狀態(tài)而結(jié)焦。另外，煤種變化太大，燃料制備系統(tǒng)選擇不當(dāng)，煤粒度太大，或粗顆粒份額較多，也會嚴(yán)重影響床層的流化，導(dǎo)致密相區(qū)超溫而結(jié)焦。

1.2.2" "運(yùn)行參數(shù)的影響

為了控制爐內(nèi)NOx的生成量，運(yùn)行中總是追求低氧運(yùn)行，如一次風(fēng)量偏小或低于臨界流化風(fēng)量，會造成料層流化不好而出現(xiàn)局部溫度過高的情況。一旦局部出現(xiàn)結(jié)焦就會粘結(jié)周圍的顆粒而使結(jié)焦擴(kuò)大。料層差壓是一個(gè)反映燃燒室料層厚度的參數(shù)，在鍋爐運(yùn)行中，料層厚度會直接影響鍋爐的流化質(zhì)量，如料層厚度過大，引起流化不好，造成爐膛結(jié)焦的概率就大。

1.2.3" "返料的影響

物料回送系統(tǒng)對CFB的燃燒機(jī)理和傳熱機(jī)理至關(guān)重要。返料系統(tǒng)正常與否直接決定該爐型的接帶負(fù)荷能力。若運(yùn)行中返料風(fēng)過小或返料器堵塞，都會造成返料器返料異常，進(jìn)而導(dǎo)致床溫過高而結(jié)焦。若此時(shí)再通過加煤來維持參數(shù)，則床溫在返料未回爐膛及加煤的雙重作用下會急劇上升而導(dǎo)致超溫結(jié)焦。若運(yùn)行中返料溫度過高或循環(huán)物料中可燃物含量大，還可能會造成返料器內(nèi)結(jié)焦。

1.2.4" "結(jié)構(gòu)方面的影響

等壓風(fēng)室結(jié)構(gòu)不合理、布風(fēng)板變形開裂、風(fēng)帽布置不合理或損壞，會造成流化床布風(fēng)不均，導(dǎo)致部分床料不流化而產(chǎn)生結(jié)焦。另外，返料閥設(shè)計(jì)不當(dāng)，返料風(fēng)可能導(dǎo)致閥體內(nèi)可燃物的燃燒，從而使返料溫度升高造成返料器內(nèi)結(jié)焦。

1.2.5" "運(yùn)行操作人員問題

運(yùn)行人員的操作是預(yù)防鍋爐結(jié)焦的重要保障。工作中，要勤分析、勤調(diào)整，依靠豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，處理果斷、準(zhǔn)確，就能預(yù)防結(jié)焦。一旦錯(cuò)過問題發(fā)生后的最佳處理時(shí)機(jī)，都會帶來嚴(yán)重后果。

2" "CFB結(jié)焦損失計(jì)算

CFB密相區(qū)局部超溫，有結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)時(shí)操作不當(dāng)往往會引起大面積結(jié)焦。此時(shí)應(yīng)及時(shí)加大一次流化風(fēng)量，加強(qiáng)床料流化能力，即在同一負(fù)荷下，加大一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的出力。以300MW機(jī)組帶240MW負(fù)荷為例，數(shù)據(jù)見表2。

（1）鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，投煤量：200t/h，機(jī)組運(yùn)行所消耗的風(fēng)機(jī)功率：

，其中，cosφ為功率因數(shù)，cosφ=0.875。

（2）鍋爐中一點(diǎn)發(fā)生結(jié)焦，設(shè)鍋爐一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處結(jié)焦，其他條件不變情況下，機(jī)組運(yùn)行所消耗風(fēng)機(jī)功率：

。

（3）結(jié)焦前后功率損失。P，=P2-P1=545.596kW。功率損失比例φ2=（P2-P1）/ P1≈10.71%。設(shè)結(jié)焦72h，則總熱量損失W=P，72≈3.93×104kW·h。結(jié)焦停爐后當(dāng)相鄰兩點(diǎn)的床溫同時(shí)超溫，且出現(xiàn)床溫先高后低的現(xiàn)象，兩點(diǎn)溫度低至接近一次風(fēng)溫時(shí)，經(jīng)加大一次風(fēng)量調(diào)整無效導(dǎo)致停爐。按7天檢修時(shí)間計(jì)算，損失數(shù)據(jù)見表3。

3" "預(yù)防CFB結(jié)焦的措施

3.1" "運(yùn)行方面

（1）從源頭上改變?nèi)济旱慕菇Y(jié)特性，或者采取不同特性的煤種摻燒，以達(dá)到控制灰熔點(diǎn)的目的。

（2）鍋爐啟動前認(rèn)真檢查風(fēng)帽、風(fēng)室，清理雜物，防止風(fēng)帽堵塞。啟動時(shí)，應(yīng)進(jìn)行冷態(tài)流化試驗(yàn)，確認(rèn)床層布風(fēng)均勻，流化良好，確定臨界流化風(fēng)量，運(yùn)行中避免一次風(fēng)量低于該風(fēng)量。

（3）加快啟動速度，盡量縮短油煤混燒時(shí)間。點(diǎn)火初期當(dāng)床溫達(dá)到投煤溫度時(shí)，應(yīng)立即投煤，燃燒穩(wěn)定后果斷斷油，防止結(jié)焦。

鍋爐升溫升壓期間，床溫達(dá)到500℃以上可加入少量的煤以提高床溫。剛開始投煤時(shí)，不要過快過猛，應(yīng)遵循脈動給煤的原則。若發(fā)現(xiàn)密相區(qū)床溫急劇升高，說明底料有結(jié)焦的趨勢，則應(yīng)該減少給煤量，增加風(fēng)量，防止結(jié)焦。

（4）綜合考慮控制NOx的影響，床溫應(yīng)控制在850～950℃，燃燒調(diào)節(jié)要平穩(wěn)，避免床溫大起大落，更要避免超過1000℃。通過調(diào)整風(fēng)煤配比、返料量、入爐煤粒徑、床壓等進(jìn)行控制。雖然分級配風(fēng)有利于控制熱力型NOx的生成，但不可以將一次風(fēng)控制到臨界風(fēng)量以下。

（5）運(yùn)行過程中，保持合理的一、二次風(fēng)配比。運(yùn)行中一次風(fēng)量不得低于對應(yīng)料層厚度下的最低臨界流化風(fēng)量，以保證床料充分流化。二次風(fēng)補(bǔ)充燃燒中氧的不足，應(yīng)根據(jù)入爐煤揮發(fā)分含量及機(jī)組負(fù)荷調(diào)整二次風(fēng)量。

（6）需要用壓火處理缺陷時(shí)，首先停止給煤機(jī)，待床溫降于800℃時(shí)，立即停止所有風(fēng)機(jī)，并迅速關(guān)嚴(yán)各送風(fēng)門。使得料層從流化狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止堆積狀態(tài)，與空氣隔絕，動作越快越好。

（7）對于高溫分離器，保證任何時(shí)候含氧量不低于3%～5%，以降低飛灰可燃物含量，防止分離器和返料機(jī)構(gòu)內(nèi)發(fā)生二次燃燒而超溫。運(yùn)行中要定期查看返料的情況，監(jiān)視返料器床層的溫度是否正常。

3.2" "維護(hù)方面

（1）鍋爐停運(yùn)后，首先要檢查爐內(nèi)密相區(qū)、外置式換熱器、返料系統(tǒng)等各處澆注料的完整性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有澆注料松動甚至脫落現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，防止大塊澆注料沉積在床面，導(dǎo)致局部流化不良，并且對脫落部位進(jìn)行修補(bǔ)，防止脫落面積擴(kuò)大。檢修施工時(shí)要確保合格的施工措施及工藝，防止修補(bǔ)區(qū)域二次塌落。

（2）每次停爐，都要檢查布風(fēng)板的完整性、風(fēng)帽的暢通性，以及配風(fēng)管的平整性，防止布風(fēng)均勻性變差，堵塞的風(fēng)帽要及時(shí)疏通。對磨損嚴(yán)重的風(fēng)帽及時(shí)進(jìn)行更換，配風(fēng)管變形的要更換。將床面雜物清理干凈。啟動時(shí)，應(yīng)進(jìn)行冷態(tài)流化試驗(yàn)，確保床層布風(fēng)均勻，流化良好。

（3）相關(guān)備品備件材料要過關(guān)，確保在維護(hù)周期內(nèi)運(yùn)行平穩(wěn)。

（4）經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在設(shè)計(jì)不合理之處，應(yīng)及時(shí)調(diào)研、取證，確保下一次停爐時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行技改，避免相同的異?，F(xiàn)象再次發(fā)生。

4" "結(jié)語

CFB結(jié)焦不僅會影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)p壞設(shè)備。在鍋爐運(yùn)行中，要認(rèn)真做好冷態(tài)試驗(yàn)，保證良好的流化質(zhì)量，要認(rèn)真調(diào)整好煤量、風(fēng)量，嚴(yán)格控制床溫及料層差壓等運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)，做好日常維護(hù)，確保維護(hù)質(zhì)量，可以有效避免流化床鍋爐結(jié)焦。

參考文獻(xiàn)

[1] 周政. 火力發(fā)電廠鍋爐結(jié)焦的原因及對策分析[J]. 科學(xué)創(chuàng)新報(bào)，2013（3）：106.

[2] 楊新宇，高山，任龍順，等. 煤粉爐結(jié)焦的原因分析與預(yù)防措施[J]. 山東電力技術(shù)，2007（6）：45.

[3] 周慶峰. 鍋爐燃燒器結(jié)焦原因分析及解決方案研究[D]. 天津：天津大學(xué)研究生院，2015.

[4] 艾百仁，王春禮，趙輝，等. 鍋爐結(jié)焦的原因及應(yīng)對措施[J]. 電站系統(tǒng)工程，2010，26（4）：64.

[5] 高巖峰. 鍋爐結(jié)焦的原因、危害和解決辦法[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，25（11）：161-162.

[6] 陳振煜. 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因分析、處理對策及預(yù)防措施[J]. 輕工科技，2014（2）：40-41.

作者簡介

藺偉東（1986—），男，陜西寶雞人，本科，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ιa(chǎn)。