循環流化床鍋爐存在的問題及改進方法

李瑞團

（神華神東電力有限責任公司大柳塔熱電廠，陜西 榆林 719315）

1 循環流化床鍋爐概述

循環流化床燃燒技術是潔凈煤技術的一個重要領域，它通過燃料和脫硫劑的多次循環，反復進行低溫燃燒和脫硫反應，具有對燃料適應性強、燃燒效率高、污染控制好和負荷易于調節等優點。

流化床燃燒技術以其獨特的燃燒方式成為了現在潔凈煤燃燒技術的主要方式。流化床燃燒技術的發展迄今已經歷兩代。第一代是常規燃燒流化床，也就是常說的燃煤鼓泡床，第二代為燃煤循環流化床。我國從六十年代起，為了解決能源短缺的問題開始在南方一些有化石燃料資源的地區發展流化床鍋爐。在八十年代中期開始投入力量積極從事循環流化床燃燒技術的研究開發，清華大學、中科院物理所等科學研究所與國內鍋爐生產廠家合作，在燃燒、傳熱、流態化、氣固分離、脫硫灰渣處理方面完成了大量卓有成效的理論和實驗研究工作。自第一臺燃燒油頁巖的流化床鍋爐在廣東茂明成功投運以來，流化床鍋爐便開始在我國得到廣泛的應用，并不斷向大型化發展。此外，國內一些部門引進了和正在引進國外的技術和產品。總之，流化床鍋爐的發展趨勢是：大型化方向發展，即向大容量、高參數方向發展。

2 循環流化床鍋爐存在的問題分析

循環流化床鍋爐存在的問題主要分為三個方面：循環流化床鍋爐輔機問題、循環流化床鍋爐問題、循環流化床鍋爐運行中的問題。

典型循環流化床鍋爐燃燒系統示意圖

2.1 循環流化床鍋爐輔機問題分析

隨著循環流化床鍋爐的大量投用，給煤系統故障成為影響機組正常運行的主要威脅之一，目前大型循環流化床鍋爐給煤系統常見故障主要有：

輸煤系統堵塞。當入場煤濕度過大時，造成輸煤系統堵塞，主要發生在碎煤機入口管段、碎煤機體內即勻料裝置等處。如果堵塞時間過長會發生自燃，燒壞設備。

原煤倉堵塞。原煤倉內邊壁上嚴重積煤，最后原煤倉的煤只有中間形成圓柱形煤流，靠近給煤機入口處近3m高煤搭橋。由于位置偏高，沒辦法進行疏通有時煤倉四周邊壁加裝了疏松機，疏松機在開始時能夠起到一定疏松作用，但疏松機使用的高壓油系統故障率較高，如果疏松機故障則會嚴重阻礙原煤的順利流動。

給煤機落煤管堵塞，皮帶燒壞。由于煤濕度過大或播煤風太小，不能壓住爐膛內的正壓，高溫煙氣反竄，燒壞皮帶和落煤管。

2.2 循環流化床鍋爐本身問題

循環流化床鍋爐本身問題主要包括：鍋爐受熱面磨損、旋風分離器分離效果下降、鍋爐回料器結焦及堵塞以及鍋爐過熱器爆管等。

循環流化床鍋爐受熱面磨損是對循環流化床鍋爐正常運行的三大威脅（磨損、給煤、排渣）之一，由于磨損造成的停爐事故接近停爐事故總數的一半，在很長時間內成為影響循環流化床鍋爐推廣應用的主要障礙。循環流化床鍋爐受熱面磨損主要包括爐膛內水冷壁管磨損、屏式過熱器、再熱器及旋風分離器的磨損和對流煙道內受熱面磨損。

2.3 循環流化床鍋爐運行中存在的問題

循環流化床鍋爐運行中的問題主要包括：鍋爐床面結焦、鍋爐飛灰含碳量大、鍋爐排煙溫度過高、氧量高低對鍋爐燃燒的影響等。

3 循環流化床鍋爐改進的一些方法

3.1 循環流化床鍋爐防磨的主要措施

循環流化床鍋爐的固有特性決定了其對設備的磨損是不可避免的，但為了保證鍋爐長期安全穩定運行，就必須采取可靠的防磨技術和措施，以延長設備的使用壽命和檢修周期。國內外的研究人員對流化床各部位的防磨進行了許多切實可行的研究，采取了諸如選用合適的防磨材料、磨損部件結構合理設計，金屬表面特殊處理技術、合理施工等。防磨技術措施如下：

選擇合適的防磨材料。在循環流化床鍋爐中，碳鋼和合金鋼最重要的用途是制作鍋爐的承壓管，這些管子通常以各種復雜的結構布置，包括：膜式水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器對流管束，用于支撐管束的吊掛管，較特殊的管子，包括流化床換熱器管束、燃燒室上部的懸掛屏、燃燒室的管屏（屏式受熱面）、水冷風室、水冷或汽冷的旋風分離器等。從大多數循環流化床鍋爐的特點來看，還應該注重開發用于循環流化床鍋爐的專用材料。

選擇合適的耐火材料。綜合考慮上述因素后，對常規循環流化床鍋爐選用耐火材料作內襯時應滿足如下要求：內循環渦流型湍流床內襯，要求高耐磨、高耐溫和抗沖刷；中高溫外循環分離器入口段內襯，要求高耐磨、高耐溫性；中高溫外循環分離器筒體，要求耐熱、保溫、熱惰性小；點火燃燒室煙道，要求抗熱沖擊；懸浮室要求抗熱沖擊、耐磨、熱惰性小。

例如，國內某循環流化床為引進的芬蘭奧斯龍公司410t/h Pyroflow型循環流化床鍋爐，檢修檢查中曾經發現返料腿四個膨脹節幾乎被全部磨損完，大修時根據運行經驗和膨脹核算，將原來耐火材料間隙由10～15mm擴展到25～35mm，并用進口耐熱不銹鋼制作了專用的模具，并在耐火材料中加了耐磨鋼針，效果較好。

3.2 對循環流化床鍋爐本身采用合理的結構設計

針對燃料特性、鍋爐運行狀況及各部位磨損機理等不同，對鍋爐的不同部位進行優化設計。

在循環流化床鍋爐中主要采用三種不同形式的襯里設計：水冷壁襯里，薄的或厚的非水冷壁襯里。

對材料工作表面進行特殊處理。熱噴涂技術是一種材料表面保護和強化的技術，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到熔化或半熔融狀態，借助于火焰推力或壓縮空氣噴射而粘附到預先經過表面處理的工件表面形成涂層，賦予工件以耐磨、耐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達到提高工件性能，延長設備使用壽命的一種技術。按熱源的種類可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂。

3.3 循環流化床鍋爐運行防護

循環流化床鍋爐燃料顆粒組分是影響其穩定運行的關鍵因素之一，對床層分布、燃燒效率、爐內溫度、返料量、煙氣粒子濃度等都有交互影響，進而對整個鍋爐系統的各受熱面及內襯材料的磨損產生影響。現對顆粒組分變化分析如下：

如果運行顆粒組分中粗顆粒較多，燃煤粒徑分布達不到循環流化床鍋爐的要求，粒子循環量小，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒份額過大，還會使爐床超溫結焦。運行中為防止粗顆粒煤沉底而引發事故，通常采用大風量運行，不僅在額定負荷下風門全開，而且在低負荷時也難以關小風門。這種大風量運行方式，不僅引起煙氣量、煙溫的變化，還會因大風量而造成揚析量增大、飛灰濃度增加等變化。同時，由于通過對流受熱面的煙氣流速上升，煙氣中粒子尺寸增大，還會加速受熱面的磨損。如果運行顆粒組分中細顆粒較多，則床層不易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細的顆粒也被揚析，加大尾部受熱面的磨損，同時也難以保證鍋爐煙氣出口的粉塵排放要求。

因此，在運行中應首先控制好床料及煤粒的篩分比，調整好風量，降低煙氣的流速，降低煙氣粒子濃度和粒子直徑，以減少磨損。

[1]趙石鐵,楊海瑞等.循環流化床鍋爐燃煤的成灰和磨耗特性研究[J].潔凈煤燃燒與發電技術，2004.

[2]岑可法.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].浙江大學出版社，1992.

[3]杜國良，史明武，冷杰.440t/h循環流化床鍋爐磨損原因分析及措施 [J].東北電力技術，2007，（3），30～34.