循环流化床 (CFB) 锅炉是八十年代发展起来的高效率、低污染和良好综合利用的燃煤技术, 由于它在煤种适应性和变负荷能力以及污染物排放上具有的独特优势, 使其得到迅速发展。循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式, 这是一种介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式。因此循环流化床锅炉有以下几个主要优点。
高脱硫效率;低氮氧化合 (NOX) 物排放;高碳燃尽率;长燃料停留时间;强烈颗粒返混;均匀的床温;燃料适应性广;高操作灵活性。然而, 尽管循环流化床有这么多的优点, 但在运行中还有许多弊端, 其原因是多方面的。主要表现在锅炉磨损严重、炉膛结焦、排渣困难、返料器返料不正常等。若对此有清楚了解, 则可以及时采取相应的预防措施而加以避免。
1 锅炉磨损
循环流化床锅炉, 在运行期间, 由于磨损 (受热面管、耐火材料层、风帽等) 造成的停炉, 接近事故停炉总数的50%, 而且磨损造成停炉事故的比较长。下面分别针对各个部位, 对受热面磨损及防止方式作一介绍。
(1) 布风装置的磨损。循环流化床锅炉布风装置的磨损主要有两种情况。第一种情况是风帽的磨损, 其中风帽磨损最严重的区域发生在循环物料回料口附近。其原因主要是由于较高颗粒浓度的循环物料以较大的平行于布风板的速度分量冲刷风帽。另一种情况是风帽小孔的扩大, 这类磨损将改变布风特性, 同时造成固体物料漏至风室。目前均采用钟状型风帽代替其它风帽设计。
(2) 炉膛水冷壁管的磨损。水冷壁管的模型是循环流化床锅炉锅炉中与材料有关的最严重的问题。炉内水冷壁管的磨损可分为四种情况:炉膛下部密相区耐火耐磨层卫燃带与水冷壁管过渡区域壁管的磨损、不规则区域壁管的磨损、烟气泄露对管子的磨损。
炉膛下部敷设卫燃带与水冷壁管过渡 (交界) 区域的壁管磨损。循环流化床锅炉炉膛下部都敷设耐火材料, 高度、厚度通常随机组的大小而不同, 在其交界区域形成45度或圆滑过渡。这类磨损的机理有以下两个方面:在过渡区内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运行方向相反, 因而在局部产生旋流。
(3) 炉内受热面的磨损。在循环流化床锅炉炉膛内, 除布置炉膛水冷壁外, 在许多设计中还布置有屏式再热器、屏式过热器、水冷延伸墙等。它们的磨损机理与炉内水冷壁管的磨损机理相似, 主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性等只要采取适当区域防护, 一般不会产生严重磨损。
(4) 炉顶受热面的磨损。炉顶受热面的磨损主要是由于气固流在离开炉膛时, 在炉膛顶部区域转弯, 产生离心作用, 将大颗粒物料甩向炉顶造成的。随着循环流化床锅炉容量的增大, 炉膛高度也增加, 因而炉膛顶部受热面磨损问题也变得不严重。炉膛顶部受热面的磨损问题可通过将炉顶与去旋风分离器的水平烟道拉开足够的距离解决。
2 炉膛结焦
炉膛结焦是一种常发生的燃烧事故, 无论点火或正常运行中都可能发生, 原因也有多种。结焦的直接原因是局部或整体温度超出灰熔点或烧结温度。常将结焦分为高温结焦和低温结焦两种。当床层整体温度低于灰渣变形温度, 而由于局部超温或低温烧结而引志的结焦叫低温结焦。要避免低温结焦, 最好的方法是保证易发地带流动良好, 颗粒混合迅速, 或处于正常的移动状态 (指分离器和返料机构内) , 保持温度均匀, 并控制床温低于灰熔点100℃~150℃。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量较高时, 如未能适时调整风量或返料量来抑制床温, 就有可能出现结焦。与硫松的带有许多嵌入的未烧结颗粒的低温焦块不同, 高温焦块从表面上是熔融的, 冷却后呈深褐色, 并夹杂少量气体。
另一种较难察觉的结焦是运行中的渐进性结焦, 此时床温和观察到流化质量都正常, 这时焦块是缓慢生长的。渐进性结焦的主要原因有以下几点: (1) 布风系统制造和安装质量不好; (2) 给煤中存在大块; (3) 运行参数控制不当等。需要强调指出的是, 当给煤粒度超出设计值时, 应对大块进行分离和二次破碎后方可入炉, 否则会因流化不良造成结焦。新建机组投运初期, 应检查风帽及风帽小孔有无错装或堵塞。点火投煤初期, 给煤机一定要间断给煤, 一般可以投30s, 停1min, 观察床温变化, 及时调节风量, 直到撤油投煤正常后由一台给煤机连续投煤, 最后过渡到正常给煤。大多数点火结焦事故是因无经验, 投煤过多, 造成床温飞升超温造成的。防止高温结焦的关键是不能强带负荷, 当床温超过许可值时, 要立即停止给煤, 加大风量, 待床温恢复正常时, 要调节风量和煤量在正常范围内。
3 排渣困难
冷渣器是CFB安全运行必不可少的辅机设备, 目前电站的冷渣器结构形式有:滚筒式冷渣器 (旋转性冷渣器) 、链条刮板式冷渣器等。滚筒式冷渣器由头部进渣管、冷渣器主体、尾部排渣管等组成。冷渣器本体由水冷绞龙螺旋排渣机外加动力设备 (传输链条及电机) 组成, 滚筒的旋转速度可控, 从而达到控制渣量排放的多少。冷渣器排渣困难主要表现在冷渣器进渣管 (即炉膛排灰管) 堵塞、冷渣器排渣温度高、冷渣器排灰管堵塞等。通过经验分析, 我认为下列几方面是需要注意的。
(1) 在冷渣器进渣管上增设控制阀 (最好用内通冷却水并耐高温和耐磨的锥型阀) 来调节冷渣器的进渣量, 并在进渣管上增设输送吹扫风 (用压缩空气) , 设定安全运行程序。这样即可控制进渣量, 也可防止进渣管的堵塞。运行前, 先开冷却水、冷却风;关闭前, 先关热渣, 后停冷却风、冷却水。
(2) 防止冷渣器排渣管堵塞是最有效的办法是把排渣管设计成“上小下大, 天圆地方”的喇叭型。“上小下大, 天圆地方”相当于一个缩放口, 只要物料由上至下、由小到大流动, 通道就越来越宽, 物料就会越来越松散, 流动性也就越来越好, 排渣相应就顺利。而在流化床式冷渣器排渣管上必需加装密封良好的给料机 (最好用旋转式带内冷却的给料机) , 便于控制排渣量和给各分室建立床压。
4 返料器返料不畅
循环流化床锅炉无论使用何种固体物料回送装置, 总是与分离器、燃烧室等组成一外循环回路。循环回路中的压力变化对固体物料回送装置的运行产生很大的影响。运行中返料器正常工作是实现物料循环的关键。造成返料器运行不畅, 除了耐火材料塌落造成堵塞之外, 主要还有以下几个问题。
(1) 返料器内二次燃烧。一般通过控制炉膛燃烧温度的方式解决对立管进行冷却, 降低灰温。
(2) 阻力过大, 返料器不能工作。一般通过提高返料风总压力解决。
5 结语
总之, 循环流化床锅炉应在设计、安装和运行之间做好协调, 既整个系统各部件的设计、安装及其相应的控制应一体化考虑, 并要考虑在系统运行寿命期内的人机联系。定期比较分析设备装置的技术状态, 从而消除缺陷, 使设备更安全、更可靠。
摘要：循环流化床锅炉虽然具有高效率、低污染、操作灵活等优点, 却存在锅炉磨损严重、炉膛结焦、排渣困难、返料器返料不正常等弊端。应在设计、安装和运行之间做好协调, 提高安全性。
关键词：循环流化床锅炉,弊端,预防措施