300M W循環流化床鍋爐回料管結焦分析

宋海英

（秦皇島發電有限責任公司，河北 秦皇島 066003）

300M W循環流化床鍋爐回料管結焦分析

宋海英

（秦皇島發電有限責任公司，河北 秦皇島 066003）

循環流化床鍋爐的物料循環系統對鍋爐的安全穩定和經濟運行起著決定性的作用，結焦問題是影響其安全運行的重要因素。從煤質特性、系統布置入手，針對循環流化床鍋爐回料管結焦問題進行分析，提出解決回料管結焦的方法和措施。

循環流化床；回料管；灰循環；結焦

1 系統概述

秦皇島熱電廠5號爐為東方鍋爐廠所生產的300MW循環流化床鍋爐。循環流化床燃燒技術已被運行實踐證明是可靠的潔凈煤燃燒技術，具有燃料選用靈活、污染物排放低等優點。劣質燃料可廣泛地應用于循環流化床鍋爐。低溫分級燃燒使未經處理的煙氣中的NOX已經可以滿足嚴格的環保要求；爐內添加石灰，在石灰燃燒過程中脫硫，從而低成本且有效地降低SOX的排放，具有良好的社會效益、環保效益和經濟效益。

5號爐于2006年11月投產，設計上采用回料器給煤。這種形式利于粒子的混合和預熱，也利于著火和燃燼。鍋爐引入一路熱二次風作為給煤點吹掃風，防止給煤堵塞。5號爐灰循環及給煤系統布置如圖1所示。

2 幾起事故經過

2006-11-30，5號爐發生一起“翻床”塌死導致停爐、停機事故。停爐后檢查回料管有結焦現象，且爐內有大量從回料管脫落的焦塊。這些焦塊導致爐內流化狀態惡化，是造成“翻床”的一個重要原因。

2007-02-07，5號爐1號給煤點密封風膨脹節漏，停運1號給煤線處理后正常。8日，5號爐的3號、4號給煤點密封風膨脹節漏，停運3號、4給煤線處理后正常。

2007-02-11，5號爐發生一起給煤吹掃二次風管著火事故。停爐檢查發現，1～4號回料管自給煤點處向下嚴重結焦，幾乎堵死。當時正在升負荷，隨著負荷增加循環灰量劇增，加重了回料不暢現象。11:10，負荷升至300MW時，各下煤口壓力達到14kPa，超出了二次風壓11kPa，此時3號刮板給煤機觀察孔向外大量冒灰。運行人員發現后立即將3號給煤線停運，關閉出口門，觀察孔停止冒灰。但由于回料不暢，使給煤點處的壓力繼續升高，直至高于作為給煤點吹掃風用的二次風壓，且刮板給煤機下煤口處設計簡單、密封性差，導致高溫循環灰返至混合器處。12:20，巡檢通知3號給煤線處混合器燒紅。12:25，單元長和副值就地確認，發現3號、4號熱二次風交接處冒煙，同時看到明火，并迅速向熱二次風母管方向蔓延。立即減少煤量，提高二次風壓，進行“壓火”操作，被迫停爐、停機。最后檢查發現，高溫熱灰從3號給煤點吹掃二次風管返竄，直至吹掃二次風母管，將二次風管燒損約10m。

以上事例說明，回料管結焦成為影響循環流化床鍋爐安全運行的一個重要因素。

3 原因分析

結焦的直接原因是床料局部或整體溫度超過灰熔點或燒結溫度。當床層或回料管總體溫度低于灰渣變形溫度時，由局部超溫引起的結焦稱為低溫結焦。避免低溫結焦最好的辦法是，保證床料良好的流化狀態和正常移動狀態，使溫度均勻，防止局部超溫。高溫結焦是指床層或回料管整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結焦現象。當床料中含碳量過高，一旦流動受阻、回料不暢，灰溫將急劇上升，超過灰熔點，便會產生高溫結焦。床料流化或流動不良造成堆積、給煤不均、燃燒不充分等會造成結焦。還有一種是漸進性結焦，這是運行中較難察覺的一種結焦形式，是緩慢生成的，此時床溫和觀察到的流化質量都比較正常。產生漸進性結焦的主要原因是流化不良或流動受阻、給煤顆粒度超出設計值、給煤粒度太大等。

電廠5號爐最終形成的結焦就屬于高溫結焦，其中一個重要原因是煤質不合格。冷渣器排渣困難對燃燒煤種的選用構成瓶頸。5號爐實際燃用煤種發熱量遠超出設計煤種，兩者偏差較大，如表1所示。而電廠在設計中沒有專門的配煤設備，只能通過斗輪取料機從2種煤中配煤。這樣配煤很不均勻，個別時候甚至用收到基低位發熱量為14654kJ/kg(3500kcal/kg)與23446kJ/kg(5600kcal/kg)的2種煤混合后燃用，造成運行中煤質變化很大。循環流化鍋爐本身對煤質的適應性較強，但當實際燃用煤種與設計煤種偏差很大時，運行中也會產生問題。

表1 電廠5號爐設計煤種與實際燃用煤種比較

從燃燒角度看，煤粒從給煤點進入回料管開始經歷了一系列過程：加熱和烘干(準備過程)，揮發分析出和燃燒，膨脹和一次破裂，焦炭燃燒、二次破裂和磨耗。進入回料管的新煤被很快加熱，煤中揮發分首先析出。第1次穩定析出過程發生在500℃～600℃，第2次穩定析出過程發生在800℃～1000℃。揮發分的燃燒與析出幾乎是同步的。焦炭的燃燒通常始于揮發分析出之后，此后燃燒與析出是重疊的。通常焦炭的燃燒方式取決于燃燒反應速率和氧氣擴散速率，兩者的綜合作用決定了整個燃燒反應過程。煤的碎裂燃燒過程與給煤的位置和方式有關。回料管給煤是有道理的，可以使煤顆粒進入爐膛后盡快被加熱燃燒。但是當煤中含碳量過高時，一旦回料不暢通，焦碳在回料管中就會開始燃燒。此時，灰熔點較低，實際焦碳顆粒的溫度比床溫測點測得的溫度要高150℃～200℃，很容易超出灰的軟化溫度，就會有部分焦塊附著在回料管壁上形成高溫結焦。高溫結焦一旦出現就會迅速增長。由于燒結是個自動加劇的過程，因此焦塊增長的速度往往越來越快。

公司5，6號爐采用前后墻給煤，回料閥布置在兩側墻，所以回料管從回料閥到爐膛必然形成一個拐點。這個拐點恰位于給煤點之后，攜帶給煤的循環灰在此處會轉變流向，部分煤粒在此處因流動受阻而減速，這增加了煤粒流動停滯和粘附的機會。因為停滯會使部分焦碳在此處燃燒，形成一個局部高溫點，這個拐點最易形成初始結焦點。

因為對流化床燃燒特性的掌握還處于積累經驗的階段，AGC邏輯還不成熟。5號爐在投入AGC時，一旦手動調負荷幅度比較大時，鍋爐自動加減煤幅度就會太大、速度就會太快。在升負荷時，鍋爐瞬間就將煤量加上數十噸/小時。比如AGC指令由250MW變化到300MW時，煤量瞬時加20t/h。因為煤量變化大，主汽壓力大幅度擺動(變負荷率為3MW/min)。主汽壓力擺動幅度大時，一次漲負荷，其擺動幅度能達到3MPa,汽壓擺動又會進一步加劇煤量變化。為防超壓，5號爐運行中一直將主汽壓力維持在16MPa左右，低于設計值16.7 MPa。但是當煤量波動大時，會因為汽壓太低而造成調門擺動，威脅汽機安全運行。同樣，煤量大幅度擺動，瞬間將大量煤加入回料管，很可能影響回料的正常循環，造成局部灰流動受阻。這是形成結焦的又一原因。

一旦給煤點附近有漏點，該點的風壓必然下降，當密封風壓小于回料管內風壓時，高溫循環灰就會反竄，使給煤著火更加提前，甚至使給煤點處的二次風管發熱發紅，直至過熱。特別是燃用高揮發分、高發熱量煤種時，更是如此。

4 措施

(1) 在排渣問題解決后,重新核算最佳煤質。通過實驗確定可以保證安全經濟運行的煤種范圍。做好入爐煤的搭配，以改變燃煤的焦結特性，對預防循環流化床鍋爐結焦具有明顯的實用意義。

(2) 加裝配煤設備，加強配煤工作，保證煤質的穩定性，保證煤粒度盡可能滿足設計要求。燃料入爐最大粒徑(dmax):5mm～10mm(典型值:7mm）；d50:530μ m～1600μm(典型值：1000μm)。

(3) 在回料管拐點處加裝給煤點吹掃風。利用熱一次風作為風源，以避免在拐點處形成結焦點，同時，在給煤中添加除焦劑。5號爐在采取這2項措施后，效果很好，分離器立管壓力變正壓的幅度與頻率與之前相比，明顯減少。

(4) 維持低一次風量運行。300MW負荷穩定運行時，一次風量不得超過2×170000km3/h；150MW負荷穩定運行時，一次風量不得超過2×130000km3/h，保證爐膛出口負壓運行，以確保回料暢通。

(5) 加強監視旋風分離器立管壓力。正常時應保持負壓運行，如發現立管壓力長時間高于1kPa，同時回料器壓力偏高且波動幅度大，說明回料不暢。當冷渣器從空倉有大量焦塊排出時，結合上述現象初步可判斷回料管有結焦現象。

(6) 發生回料不暢時，應調整回料器流化風量，保持立管側風量稍高于回料側，同時降低一、二次風量，開大回料器錐型閥。開大錐型閥時，要注意外置床溫度、蒸汽溫度及床壓變化，防止超溫及發生“翻床”。注意監視爐膛上部差壓，如上部差壓超過0.9kPa，要求調整來煤粒度，或通過外置床放細灰，降低循環量，但此時應防止冷渣器爆管。如經調整回料仍不暢，就降低機組負荷，同時加強監視埋刮板給煤機壓力、溫度及給煤點密封風管道溫度。

(7) 埋刮板給煤機壓力不正常上升且溫度不正常上升時，可判斷為回料不暢導致高溫煙氣反竄進入給煤機，應提高二次風壓運行；若無效，則立即減煤、降負荷直至停爐處理。

(8) 改善AGC調節特性，均勻穩定給煤。對運行控制人員來說，在汽壓過高、過低時，應果斷停止升、降負荷，一方面防止汽機超壓與調門擺動，一方面也防止因汽壓偏差大(未達到閉鎖值)而進一步加劇煤量的變化。

(9) 保證給煤密封風及給煤點混合器的嚴密性，有漏點及時消除，并特別加強監視。

5 結束語

造成循環流化床鍋爐結焦有設計、制造和運行等多方面的原因。設計、制造單位應進行質量回訪，總結經驗，力求不斷完善設計，解決結構隱患，優化整體設計。運行人員則應努力提高有關大型循環流化床鍋爐技術的理論水平，同時多借鑒同類機組的運行經驗，分析產生結焦的原因，執行各項防止結焦的技術措施，在實踐中不斷積累操作經驗。運行中，保證煤質、煤量穩定、回料暢通是防止回料管結焦的關鍵；同時，應認真調整好煤量、風量，嚴格控制旋風分離器立管壓力、回料器壓力、埋刮板給煤機壓力等運行參數。

2009-11-04)