440t/h循环流化床锅炉结焦原因分析及对策

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1、概述



近9年来，先后有百余台国产410-450t/h高温高压或440-480t/h超高压再热CFB锅炉在近六十多个发电厂相继订货、安装并少量投运。大型CFB锅炉是近几年才发展起来的电站锅炉，它的设计、运行都有待不断积累经验去完善，运行中难免出现一些问题。通过对我国十余台已投产440t/h级大型CFB锅炉的调研发现，相对于常规煤粉炉，CFB锅炉结焦已是一个最为普遍的且是比较严重的问题。处理不好势必严重影响CFB锅炉的安全经济运行，也影响到CFB锅炉的进一步发展与应用。因此对循环流化床锅炉结焦原因的分析并提出解决办法，会不断提高大型CFB锅炉稳定运行水平。




2、结焦现象




2.1 结焦现象主要有：⑴ CRT显示床温、床压极不均匀，燃烧极不稳定，相关参数波动大，偏差大。床温测点有数个出现偏差大(差值大于150℃)，并且大幅跳动；两侧床压值偏差大，有时达到3kPa左右。⑵ 结焦初期(局部)料层差压下降，结焦严重时，料层差压急剧增加。⑶ 氧量快速下降，几乎近于零。⑷炉膛负压增大，一次风量，风室风压波动大。⑸ 负荷、压力、汽温均下降。⑹ 排渣不畅，床层排渣管发生堵塞，单个或多个放渣口放不出渣或放渣中有疏松多孔烧结性焦块(局部结焦)；⑺ 从看火孔观察流化床内有白色火花，可见渣块，床料在炉内不正常的地运动；⑻ 料层差压突然增高(达10KPa左右)，短时后很快下降（判断为炉内浇注料大面积塌落）。




2.2 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起的结焦称低温结焦，低温焦块是疏松的带有许多嵌入的未烧结颗粒。床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象称高温结焦，高温焦块表面上看基本上是熔融的，冷却后呈深褐色并夹杂少量气孔。运行中的床温、床压和流化都正常情况下出现的缓慢长大的焦块称渐进性结焦，这种结焦是较难察觉的。炉内结焦是由于高温结焦、低温结焦、渐进性结焦和油煤混燃时间较长以及流化不正常引起的结焦，不论是哪种原因引起的结焦，一旦渣块在床料中存在并随着时间的推移，焦块将象滚雪球似的越滚越大，造成流化更加困难，即结焦影响流化，流化不良易结焦，结果是堵塞排渣管，最后被迫停炉。




3.结焦原因分析




3.1 床温偏高和炉内流化工况不良是造成结焦的两个最主要的原因。结焦无论在点火或在正常运行调整中都可能发生，原因也有多种；它不仅会在启动过程或压火时出现在床内，也有可能出现在炉膛以外如旋风分离器的回料褪及回料阀内，灰渣中碱金属钾、钠含量较高时较易发生。回料阀回料故障、炉内浇铸料塌落、床下点火（流化）风量过小、料层过薄等原因均可引起锅炉结焦。当床料中含碳量过高时，如未能适时调整风量或返料量抑平床温，就有可能出现高温结焦。无论高温结焦还是低温结焦都常在点火过程中出现，一旦出现就会迅速增长。由于烧结是个自动加剧的过程，因此焦块长大的速度往往越来越快。床料流化不良造成堆积、给煤不均、播煤不均、燃烧不充分等会造成局域结焦。




3.2 渐进性结焦的主要原因有：⑴ 布风系统制造和安装质量不好。⑵ 给煤粒度太大，甚至给煤中存在大块。⑶ 运行参数控制不当等，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，炉内分隔墙和耐火层边角处和顶角设计是否适当。

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3.3生产运行中结焦可能原因分析：⑴ 燃煤、床料熔点太低，在床温较低水平下就可导致结焦。 ⑵ 流化风量偏低，常时间流化不良。一次风量过小，低于临界流化风量，物料流化不好。炉底风压过低，布风板阻力较低，(一般布风板阻力应为整个料层阻力的25～30％)，布风不均，致使炉内流化不良，在床层内出现局部吹穿，而其它部位供风不足，床温偏高，物料产生粘结，从而形成焦块。 ⑶  风帽损坏，造成布风板布风不均，部分料层不流化。⑷ 返料影响。返料风过小造成返料器返料不正常或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞或因料差高放循环灰外泄失控等原因，返料无法正常返至炉内，造成床温过高而结焦。若再通过加煤来维持压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下灰急剧上升而导致床上结焦。启炉过程中，若在投煤后再投入流化风机，当返料突然回炉床时，造成床温陡降，降幅达200℃以上。此时，炉床内煤粒因床温下降而减慢甚至停止着火燃烧。此时，若操作失误，不停煤反而加煤想使床温回升，则会导致床温进一步下降及炉内燃煤的继续积累。当意识到床温无法回升而停煤后，炉内可燃质已大量积累，燃油将床温升到煤粒着火点时，炉内积累的大量可燃质会迅速燃烧而使床温失控进而出现结焦。⑸ 床温测量装置故障，床温表失准，造成运行人员误判断或对某一单点床温偏高束手无策。⑹ 运行人员对床温监视不严造成超温。根据一些文献资料介绍，实际颗粒的温度比床温测点测得温度要高150～200℃，可知虽然床温测点反映的温度不高，但实际温度已达1000℃多度，部分颗粒产生粘黏，形成焦块，并逐步长大。当出现燃烧故障时，循环流化床锅炉床温的变化是非常快的。由于炉膛内的物料很多，热容积大，床温如不能及时控制，极易产生结焦。⑺ 压火时操作不当，冷风进入炉内。⑻ 锅炉长期超负荷运行或负荷增加过快，操作不当。⑼ 启炉时料层过簿或过厚。将造成床层部分被吹空，烟气短路，而另一部分却因未能流化良好易结焦；料层太厚，料层阻力太大，会造成床料流化不良而结焦。炉内床料较少，能被烟气带走经分离器分离在回料腿落下的灰量也较少，在回料阀内始终不能堆积足够的料位，也不能形成正常的回料循环。由于炉内床料太少，炉内也不能形成正常的内循环。若此时误判断流化不好是风小所至，因此当床料已经不多且颗粒较大时，仍然加大风量，使风量大大超出了正常运行所需的风量，也进一步加剧了床料的流失，极易形成空床，只能立即停炉。⑽ 炉内浇注料大面积塌落，造成局部流化不良，过热而结焦。⑾ 启炉投煤时极易造成落煤点不能正常流化而快速升温，非落煤点床温快速下降，床温不同部位偏差可达300-400℃以上，在此情况下，若继续强行起炉，将极易造成结焦。起炉投煤量及给煤时机控制不当，在床温较低或煤质较差时，投入床中的煤未着火或难以燃烧完全，造成炉内可燃质大量积累。在燃油升温到某一高值时，炉内煤粒着火燃烧，床温进一步升高，而床温的升高使煤粒的燃烧进一步加速，从而形成床温飞速上涨而无法控制导致结焦。⑿ 运行过程中由于给煤机运行不正常，给煤量测量不准而给煤过多，造成床层局部超温。⒀ J阀风机故障引起锅炉MFT后发生的结焦。⒁ 入厂煤含有矸石，输煤系统二次破碎机运行中无法将煤中矸石彻底粉碎，使大块的矸石在床层沉积，影响流化和燃烧，造成炉内结焦（并不利于排渣）。⒂ 锅炉启动前，流化风嘴堵塞过多或有耐磨材料等杂物留有炉内。投运启动燃烧器时，严重配风失调或燃烧功率过大。⒃ 停炉过程中，燃料未完全燃烧，析出焦油造成低温结焦。⒄ 锅炉运行中，长时间风、煤配比不当，过量给煤。






4.防止结焦的技术措施






4.1  一定要保证良好而稳定的入炉煤质，特别是粒度、细度、矸石、熔点等指标一定要严格控制。






4.2 点火前一定要认真做好流化试验，就地观察底料流化情况及厚度，确保合格。良好的炉内空气动力场，可有效控制旋风分离器的二次燃烧，避免燃烧室、旋风分离器、回料器的超温结焦。提高播煤风压、低负荷时适当减少两侧边给煤可基本避免炉膛低温结焦。






4.3 在返料系统投入的情况下应经常检查返料是否畅通，防止因返料故障而造成结焦。






4.4 加快启动速度，避免结焦。对CFB锅炉应尽量缩短启动时间，否则油煤混烧时间过长，调整不当极易发生结焦，尤其投煤初期煤油混烧阶段，大量的煤投到炉内不能完全燃烧，很容易和未燃的油粘在一起形成局部高温结焦。点火初期当床温达到投煤温度时，应立即投煤，燃烧稳定后果断断油，包括在事故处理过程中，及时地断油，使煤油混燃时间缩短，防止结焦。

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4.5 开始投煤量较大会出现床温飞升的现象。启炉时点动给煤的时间较长会造成可燃物的积累从而引起爆燃现象，对无烟煤的点火及运行过程应十分注意可燃成分的积累以免造成爆燃现象。刚开始投煤时，不得过快过猛，遵循少量间断的原则。先单台给煤机点动少量给煤等确认炉膛氧量下降、床温上升才可再次并逐渐延长点动给煤时间、增加给煤量。在730℃以前，最好采用点动给煤，禁止连续给煤，投煤时机可参照氧量的变化进行。在800℃以前，投煤量一定不能超过10t／h。




4.6严格控制好床温。床温测量采用独特的床面上垂直均布的方式，可及时发现局部超温结焦。运行中通过监视布风板上均匀布置的热电偶测点，对异常工况及早采取措施；当发现床温过高时应立即采取措施，增加一次风量或减少燃料以降低床温。根据床温上升情况，及时细调、微调风量及给煤量，保持流化良好，控制床温涨幅不得过快，避免床温大幅度变化，造成恶性循环。综合考虑对结焦和控制Nox的影响，一般床温应控制在850-950℃之间，最高不应超过1000℃。其主要控制手段是调整风煤配比及返料量。应注意，如因煤粒变粗或煤质变差等原因引起的波床温动，应视情况适当提高一次风量来流化床层，抑平床温，否则易出现大颗粒沉积，床层分层，造成局部或整体超温结焦现象。如床温几点极不平衡或个别点极高，这是一个很危险的工况，应及时处理。床温控制应遵循就高不就低的原则。国外的研究报告和国内运行经验都证明，流化床中的结焦温度比煤粉炉中低的多，一般情况下，流化床中温度低于灰软化温度150-250℃就开始结焦。建议控制局部床温不能高于950-1000℃。




4.7 控制床压  当床压过高时应立即排渣，降低机组出力，使床压保持在设计值范围内(7-10kPa)。    控制好运行中料层差压来控制料层厚度。




4.8  应确保合格的炉内浇注料及耐火耐磨材料质量及施工质量，防止因浇注料等材料塌落而引起结焦。




4.9 启炉时回料腿由于回料温度较低流动性差，容易出现回料腿堵塞。建议启炉时应密切观察回料腿温度、压力的变化，如温度不变，则应用压缩空气进行吹扫流化，吹扫时应注意防止回料腿内的物料突然大量返回炉膛影响燃烧。




4.10 锅炉更换风帽后，需重新测定布风板阻力特性并让运行人员及时了解此特性的变化。启动前要做临界流化风量试验，一方面检验风帽是否有堵塞，另一方面运行中以此风量来指导运行调整，正常运行中要保证流化正常，一次风量不能小于此风量。




4.11 适当加大一次风量、风压，将风室风压提高到8Kpa以上，是440t/hCFB锅炉良好流化、稳定运行的保证。为保证安全稳定运行，应在点火过程中保证布风均匀性，并注意在点火过程后期适时排渣。运行中的渐进性结焦在掌握操作技能，控制入炉颗粒大小尺寸后，也是可以避免的。避免低温结焦，最好的办法是保证易发地带流化良好，颗粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，这样温度均匀，可防止结焦。




4.12严格执行各厂家的运行规程，确保回料罗茨鼓风机设备安全运行。避免回料阀内因局部死区而出现结渣的现象。回料阀的充气量应严格控制在1％的锅炉总风量之内，以防止未燃碳粒在局部区域复燃，避免回料阀内结渣。




4.13防止采用后墙给煤的锅炉密相区回料口出现结焦。采用后墙回料阀给煤的CFB锅炉，在点火调试阶段，易出现回料口超温结焦现象，原因是：点火阶段回料量少，给煤不能迅速被回料带入炉内，堆积在回料口，引起局部燃烧过强导致超温结焦；回料量少，导致烟气反窜向回料口，回料口处形成旋涡；挥发份在此燃烧造成超温结焦。改造的办法是在回料斜腿上加装朝向其出口的高速冷风管道，该股风一方面把挥发份吹进炉内，破坏回料口旋流，防止燃烧；一方面起到播煤风的作用。这样，回料口超温结焦问题可基本解决。




4.14改造流化床两侧和水冷风室两侧人孔上的看火孔，以便在运行中运行人员能明显看到床料流化情况和风帽漏渣在水冷风室里的堆积情况。




4.15在设计上：制造厂采用引进国外先进技术对锅炉热力性能的良好预测可确保沿炉膛断面以及沿炉膛高度方向上温度场的均匀性。设计时选取适当布风板及床层阻力，基本保证锅炉在运行过程中床层流化均匀，避免大颗粒在布风板上沉积，基本保证布风均匀，流化质量良好，床层内无死区。采用炉前气力播煤装置，使给煤入炉均匀，以避免局部富煤区域在运行过程中遇氧爆燃而引起局部超温、结焦现象的出现。炉内采取下浓上稀的流态化工艺，二次风调节裕度设计较大，通过一、二次风的调节可达到迅速调节床温目的，将床温控制在允许范围内。




5.结论




CFB锅炉结焦有着设计、制造和运行等多方面的主客观原因。设计、制造单位，还应进行质量回访，总结经验，力求不断完善设计，解决结构隐患，优化整体设计。作为运行人员，需应努力提高大型CFB锅炉技术的理论水平，同时多借鉴同类机组的运行经验，分析产生结焦的原因，执行各项防止结焦的技术措施，在实践中不断积累操作经验。如此，CFB锅炉的结焦还是可以控制和防范的。

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4.5 开始投煤量较大会出现床温飞升的现象。启炉时点动给煤的时间较长会造成可燃物的积累从而引起爆燃现象，对无烟煤的点火及运行过程应十分注意可燃成分的积累以免造成爆燃现象。刚开始投煤时，不得过快过猛，遵循少量间断的原则。先单台给煤机点动少量给煤等确认炉膛氧量下降、床温上升才可再次并逐渐延长点动给煤时间、增加给煤量。在730℃以前，最好采用点动给煤，禁止连续给煤，投煤时机可参照氧量的变化进行。在800℃以前，投煤量一定不能超过10t／h。




4.6严格控制好床温。床温测量采用独特的床面上垂直均布的方式，可及时发现局部超温结焦。运行中通过监视布风板上均匀布置的热电偶测点，对异常工况及早采取措施；当发现床温过高时应立即采取措施，增加一次风量或减少燃料以降低床温。根据床温上升情况，及时细调、微调风量及给煤量，保持流化良好，控制床温涨幅不得过快，避免床温大幅度变化，造成恶性循环。综合考虑对结焦和控制Nox的影响，一般床温应控制在850-950℃之间，最高不应超过1000℃。其主要控制手段是调整风煤配比及返料量。应注意，如因煤粒变粗或煤质变差等原因引起的波床温动，应视情况适当提高一次风量来流化床层，抑平床温，否则易出现大颗粒沉积，床层分层，造成局部或整体超温结焦现象。如床温几点极不平衡或个别点极高，这是一个很危险的工况，应及时处理。床温控制应遵循就高不就低的原则。国外的研究报告和国内运行经验都证明，流化床中的结焦温度比煤粉炉中低的多，一般情况下，流化床中温度低于灰软化温度150-250℃就开始结焦。建议控制局部床温不能高于950-1000℃。




4.7 控制床压  当床压过高时应立即排渣，降低机组出力，使床压保持在设计值范围内(7-10kPa)。    控制好运行中料层差压来控制料层厚度。




4.8  应确保合格的炉内浇注料及耐火耐磨材料质量及施工质量，防止因浇注料等材料塌落而引起结焦。




4.9 启炉时回料腿由于回料温度较低流动性差，容易出现回料腿堵塞。建议启炉时应密切观察回料腿温度、压力的变化，如温度不变，则应用压缩空气进行吹扫流化，吹扫时应注意防止回料腿内的物料突然大量返回炉膛影响燃烧。




4.10 锅炉更换风帽后，需重新测定布风板阻力特性并让运行人员及时了解此特性的变化。启动前要做临界流化风量试验，一方面检验风帽是否有堵塞，另一方面运行中以此风量来指导运行调整，正常运行中要保证流化正常，一次风量不能小于此风量。




4.11 适当加大一次风量、风压，将风室风压提高到8Kpa以上，是440t/hCFB锅炉良好流化、稳定运行的保证。为保证安全稳定运行，应在点火过程中保证布风均匀性，并注意在点火过程后期适时排渣。运行中的渐进性结焦在掌握操作技能，控制入炉颗粒大小尺寸后，也是可以避免的。避免低温结焦，最好的办法是保证易发地带流化良好，颗粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，这样温度均匀，可防止结焦。




4.12严格执行各厂家的运行规程，确保回料罗茨鼓风机设备安全运行。避免回料阀内因局部死区而出现结渣的现象。回料阀的充气量应严格控制在1％的锅炉总风量之内，以防止未燃碳粒在局部区域复燃，避免回料阀内结渣。




4.13防止采用后墙给煤的锅炉密相区回料口出现结焦。采用后墙回料阀给煤的CFB锅炉，在点火调试阶段，易出现回料口超温结焦现象，原因是：点火阶段回料量少，给煤不能迅速被回料带入炉内，堆积在回料口，引起局部燃烧过强导致超温结焦；回料量少，导致烟气反窜向回料口，回料口处形成旋涡；挥发份在此燃烧造成超温结焦。改造的办法是在回料斜腿上加装朝向其出口的高速冷风管道，该股风一方面把挥发份吹进炉内，破坏回料口旋流，防止燃烧；一方面起到播煤风的作用。这样，回料口超温结焦问题可基本解决。




4.14改造流化床两侧和水冷风室两侧人孔上的看火孔，以便在运行中运行人员能明显看到床料流化情况和风帽漏渣在水冷风室里的堆积情况。




4.15在设计上：制造厂采用引进国外先进技术对锅炉热力性能的良好预测可确保沿炉膛断面以及沿炉膛高度方向上温度场的均匀性。设计时选取适当布风板及床层阻力，基本保证锅炉在运行过程中床层流化均匀，避免大颗粒在布风板上沉积，基本保证布风均匀，流化质量良好，床层内无死区。采用炉前气力播煤装置，使给煤入炉均匀，以避免局部富煤区域在运行过程中遇氧爆燃而引起局部超温、结焦现象的出现。炉内采取下浓上稀的流态化工艺，二次风调节裕度设计较大，通过一、二次风的调节可达到迅速调节床温目的，将床温控制在允许范围内。




5.结论




CFB锅炉结焦有着设计、制造和运行等多方面的主客观原因。设计、制造单位，还应进行质量回访，总结经验，力求不断完善设计，解决结构隐患，优化整体设计。作为运行人员，需应努力提高大型CFB锅炉技术的理论水平，同时多借鉴同类机组的运行经验，分析产生结焦的原因，执行各项防止结焦的技术措施，在实践中不断积累操作经验。如此，CFB锅炉的结焦还是可以控制和防范的。