循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行問題探析

劉金鵬，田 軍

久泰能源有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017100

因?yàn)樽匝h(huán)流化床鍋爐的出現(xiàn)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界。循環(huán)流化床鍋爐是一種國際公認(rèn)的清潔煤燃燒技術(shù)，其廣泛的適應(yīng)性，良好的脫硫效果，低NOx 排放，方興未艾的燃煤電廠的負(fù)載調(diào)節(jié)性能優(yōu)勢(shì)。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)水平，循環(huán)流化床鍋爐的總裝機(jī)容量也居世界第一，但鍋爐脫硫的現(xiàn)狀并不十分樂觀的脫硫系統(tǒng)，鍋爐的可用性脫硫效率不高，所以循環(huán)流化床鍋爐還存在許多問題，與國際先進(jìn)水平還有一定的差距。

1 循環(huán)流化床鍋爐簡介

循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區(qū)別在于爐內(nèi)流化風(fēng)速較高（一般為4 m/s～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細(xì)小固體顆粒，經(jīng)分離器分離后，再送回爐內(nèi)燃燒床上循環(huán)燃燒。循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個(gè)部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、煙氣氣固物料分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備和外置熱交換器（有些循環(huán)流化床鍋爐沒有該設(shè)備）等組成，上述部件形成了一個(gè)固體物料循環(huán)回路。第二部分為對(duì)流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等，與其它常規(guī)鍋爐相近。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。

被一次風(fēng)吹起來處在懸浮狀態(tài)的床上大顆粒，這部分具有流體的性質(zhì)，被吹走的為小顆粒，氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛，這部分成了循環(huán)燃燒，于是得名循環(huán)流化床鍋爐工作原理。

2 爐膛爆炸事故

鍋爐爐膛或煙道內(nèi)燃料突然強(qiáng)烈燃燒或熄火，燃?xì)鈮毫E增或驟減，超過爐墻或煙道內(nèi)所能承受能力而造成破裂的事故。有外爆和內(nèi)爆兩種，前者是爐膛或煙道內(nèi)聚集的可燃混合物被引燃，導(dǎo)致急劇不可控的爆炸性燃燒，燃?xì)怏w積迅速膨脹，使?fàn)t墻或煙道向外爆裂。后者是爐膛滅火，煙氣體積隨溫度降低迅速減小，這時(shí)，如送、引風(fēng)機(jī)調(diào)整不當(dāng)引風(fēng)機(jī)抽力瞬間過大，使?fàn)t墻或煙道承受很大的負(fù)壓力而向內(nèi)爆裂（大容量鍋爐易出現(xiàn)此問題）。爆裂危害很大，特別是外爆，不僅會(huì)造成爐膛或煙道破裂，鍋爐的鋼架彎曲或斷裂，也會(huì)使有關(guān)的受熱面管子破壞和造成人身傷亡，修復(fù)工作困難，停用時(shí)間長，直接和間接損失都很大。

2.1 事故原因

外爆起因主要是爐膛滅火處理不當(dāng)，繼續(xù)送入燃料，使?fàn)t內(nèi)燃料與空氣比（即煤粉濃度）增大，達(dá)到一定程度并被引燃形成爆炸。目前對(duì)鍋爐的爐膛結(jié)構(gòu)部件（包括爐墻包殼，水冷壁剛性梁，水冷壁與冷灰斗的連接部分）、煙道的設(shè)計(jì)瞬態(tài)承壓能力，國內(nèi)外均按不超過±8.7kPa 考慮，即使如此，也不能承受煤粉爆然所產(chǎn)生的壓力。另外，爆炸的強(qiáng)烈程度和規(guī)模取決于點(diǎn)燃時(shí)的可燃物量和瞬間混入的空氣量。在煤粉爐中，當(dāng)煤粉/空氣混合物濃度處于0.3 kg/m3～0.6kg/m3時(shí)，爆炸的可能性和危害性就很大，濃度大于1 kg/m3時(shí)，爆炸產(chǎn)生的壓力反而見效，小于0.1 kg/m3時(shí)，一般不會(huì)爆炸。氣粉混合物中相對(duì)含氧量，對(duì)可爆性也有影響，含氧量的比例越大，爆炸的可能性越大，產(chǎn)生的爆炸力越強(qiáng)，含氧量小于14%時(shí)，一般無爆炸危險(xiǎn)。其次是在爐內(nèi)已積存的燃料被突然引燃而爆燃，如點(diǎn)火前已有油、可燃?xì)怏w或煤粉漏入爐膛，未進(jìn)行吹掃即點(diǎn)火，或反復(fù)點(diǎn)火未成功，以及油槍霧化不良、點(diǎn)火能量小，鍋爐長期在低負(fù)荷下運(yùn)行、個(gè)別燃燒器滅火等，都可能在鍋爐內(nèi)不同部位上積存燃料，當(dāng)這些積存的燃料，被增大的通風(fēng)或吹灰等擾動(dòng)時(shí)也會(huì)形成爆燃。運(yùn)行中媒質(zhì)變化、風(fēng)煤比失調(diào)以及給粉自流，燃料、空氣瞬間中斷等，都可能引起滅火和爆炸事故。發(fā)生內(nèi)爆的原因主要是爐膛滅火、燃料中斷，還有可能是送風(fēng)機(jī)跳閘和起、停爐過程中操作不當(dāng)，使?fàn)t內(nèi)平衡通風(fēng)破壞，瞬間負(fù)壓過大等。

2.2 預(yù)防措施

主要是防止?fàn)t膛滅火及滅火后能正確處理，停止向爐內(nèi)送入燃料，進(jìn)行吹掃后再按規(guī)定點(diǎn)火。另外應(yīng)根據(jù)鍋爐容量的大小，設(shè)置爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，如爐膛壓力保護(hù)和火焰監(jiān)視器等。對(duì)較大容量的鍋爐應(yīng)配置較完善的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，它具有對(duì)爐膛火焰監(jiān)視、報(bào)警、自動(dòng)定時(shí)吹掃以及爐膛壓力保護(hù)、滅火保護(hù)、自動(dòng)切除燃料（MFT）等功能，是防止?fàn)t膛外爆最有效的手段之一。在防止內(nèi)爆方面，除對(duì)爐膛和煙道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮低煙氣流量下引風(fēng)機(jī)可能產(chǎn)生的最大抽力外，在控制系統(tǒng)上應(yīng)對(duì)爐膛壓力信號(hào)傳誦給引風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)，使其在負(fù)壓過大時(shí)直接閉鎖和減載，以降低內(nèi)爆的可能性。

3 燃燒熄火

流化床燃燒烷是一種燃燒方式且介于層燃燃燒與煤粉懸浮燃燒之間。層燃料燃燒不容易發(fā)生意外熄火；易產(chǎn)生燃燒熄火事故的多數(shù)是粉煤燃燒懸浮燃燒，只要停止粉末供給，立即出現(xiàn)熄火。流化床燃燒處于層燃燃燒和煤粉燃燒之間，這樣就容易發(fā)生熄火的危險(xiǎn)。

3.1 事故原因

斷煤是引起流化床燃燒的熄火的主要原因。燃燒的流化床中有大量灼熱的床料，床溫度通常為850℃～1050℃，95%的熱灰渣于床料中，剩下約5%為可燃物質(zhì)，以焦炭為主。同時(shí)每分鐘添加新的燃料只占約1%。大量的熱灰床材料是惰性的物質(zhì)，它不會(huì)與新添加的燃料氧氣競(jìng)爭。相反為新型燃料加熱和點(diǎn)燃提供了豐富的熱量。因此，在循環(huán)流化床燃燒過程中，點(diǎn)火和燃燒條件對(duì)新添加的燃料是最好的。當(dāng)循環(huán)流化床燃燒發(fā)生短時(shí)斷煤時(shí)，床料中的5%左右的可燃物質(zhì)還能維持3min～5min 的燃燒。因此，在循環(huán)流化床燃燒過程中，只要保持連續(xù)的煤并根據(jù)負(fù)載的變化，根據(jù)煤的量的變化適當(dāng)調(diào)整，一般不熄火。

煤的水分大于8%是造成斷煤的主要原因，煤在煤倉內(nèi)搭橋、堵塞、不下煤，而運(yùn)行人員沒有發(fā)現(xiàn)，未能及時(shí)消除。

3.2 預(yù)防措施

在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)設(shè)計(jì)較大的干煤棚，控制煤的水分低于8%；加強(qiáng)給煤監(jiān)視，設(shè)計(jì)斷煤警報(bào)器或語音提醒是防止斷煤的有效措施。

通過對(duì)循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)問題的分析及研究以及循環(huán)流化床鍋爐在中國能源方面的重要作用，讓我們更深層次的理解了循環(huán)流化床鍋爐在未來的發(fā)展趨勢(shì)。

[1]胡玉龍.在用工業(yè)鍋爐節(jié)能運(yùn)行與改造[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2009（3）：15-17.

[2]岑可法，倪明江，等.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，1997.