關于解決循環流化床鍋爐排渣管噴渣問題的研究綜述

馬愛香

(陜西大唐新能電力設計有限公司,陜西西安 710032)

關于解決循環流化床鍋爐排渣管噴渣問題的研究綜述

馬愛香

(陜西大唐新能電力設計有限公司,陜西西安 710032)

近年來,我國面臨著嚴峻的環保壓力,CFB因其清潔燃燒技術等優勢,在我國電廠建設中迅速增長,并且機組容量逐步增大。本文針對循環流化床鍋爐(CFB)排渣管噴渣的問題,從多方面因素進行分析,總結了噴渣問題發生的主要原因;闡明了國內針對排渣管噴渣問題的現有解決方法;提出了應從運行控制、設備與工藝設計方面進行技術改進。

CFB 排渣管噴渣 結焦 漏風 膨脹節

1 CFB排渣系統存在的問題

近年來，排渣系統作為CFB的重要組成部分，所暴露的問題也越來越受到業內人士的關注。CFB排渣方式有底部排渣和爐側排渣兩種方式。目前，絕大多數CFB采用底部排渣方式。排渣管下方連接滾筒式冷渣器以回收余熱并降渣溫。正常運行時，下部床壓根據料層厚度控制在一定范圍內，當鍋爐的料層差壓超過某一限值時，運行人員需開啟排渣門進行排渣。目前，無論是在調試過程還是運行期間，均有運行人員反映排渣管存在嚴重的噴渣現象，且噴出的細灰居多。由于CFB爐渣排放溫度較高(約900℃)，排渣管噴渣問題嚴重威脅著機組和人員的安全，甚至引起非正常停爐事故的發生。

2 CFB放渣管噴渣的原因

根據電廠人員的運行經驗以及業內人士的分析討論，發現排渣管噴渣主要和以下幾方面相關:

(1)一次風量過大或床料太薄;(2)爐內流化不好，特別是排渣管部位，造成爐底有大塊結焦或煤塊;(3)入爐煤粒度太大;(4)堵管造成下渣量太少，放渣管中空而漏風;(5)排渣管和布風板開焊，風室內流化風串入排渣管;(6)排渣開度太大，形成旋窩，流化風倒灌進落渣管;(7)風帽設計不合理或者風帽磨損嚴重，風室內漏入灰渣，影響流化;(8)冷渣機堵渣或冷渣器轉速過快。

通過以上分析，本人認為噴渣的主要原因是流化不良、熱膨脹處理不當等造成的排渣管周圍結焦和漏風。一次風量過大或料層過薄，料層容易被吹穿而產生溝流，進而流化不均勻而引起局部結焦;料層過厚會增加一次風壓頭，爐內氣泡增大，揚析夾帶量增大，底部大顆粒物料沉積，亦有可能引起流化不良造成爐內結焦或滅火，危及安全運行。此外，由于存在交變熱應力，排渣管在一次風室內存在與風室的熱膨脹差，處理不當，此處焊縫經常被撕裂而造成排渣管嚴重漏風。

無論是床料控制不當，或是入爐煤粒度太大，以及風帽設計不合理等，均會引起流化不良而結焦，使排渣管堵塞。排渣管內下渣量太少，渣不能完全充滿形成自密封;再加上排渣開度太大或者排渣管與布風板焊縫開裂，流化風串入排渣管，故而發生噴渣，而這又會加劇排渣管局部流化不良，造成惡性循環。

3 解決CFB排渣管噴渣問題的技術現狀

3.1 從運行控制方面進行改進

(1)通過控制給煤量和排渣量，合理控制床料厚度，維持下部床壓正常;(2)合理控制風量配比，以及風壓大小，改善爐內流化狀況，避免爐內結焦;(3)嚴格控制入爐煤粒度，盡量避免大顆粒煤或矸石落入爐膛;(4)嚴格控制排渣門開度，排渣不要太急，以免影響流化，排渣后應及時將冷渣門關嚴，防止冷風侵入引起渣管結渣;(5)發現排渣管開裂等，及時補焊加固，并解決開裂的根本問題;(6)開始排渣時，先開高溫排渣閥，渣自流至冷渣機進口到一定位置會自封住，此時再開冷渣機，且慢慢開大頻率。目前，一些電廠通過轉變運行控制方式，排渣管噴渣問題已經得到了有效改善。

3.2 從設備和工藝方面進行技術改進

對于因熱膨脹導致風室內排渣管與布風板焊縫斷裂，以及風帽嚴重磨損等問題，除了補焊和加固，是電廠運行控制無法從根本上解決的問題。這就需要從設備和工藝技術方面進行改進。

3.2.1 目前國內解決熱膨脹的方案歸類為三種

(1)金屬三維補償器;金屬三維補償器安裝在冷渣器入口處，因其具有全方向自由膨脹、密封性能良好、耐高溫的特性，目前已被設計院廣泛采用。但個別電廠反映，金屬三維補償器在長期運行后會引積灰嚴重而失效。分析發現，排渣前后管道會熱脹冷縮，因爐內燃燒不良會導致排渣過程中夾雜過多灰份，灰份積存在金屬三維補償器褶皺處，久而久之會使金屬三維補償器不能自由伸縮。繼而引起風室內排渣管與布風板焊縫斷裂或膨脹節焊縫處開裂，出現噴渣現象。

圖1 套筒蓋板式膨脹節

圖2 迷宮式膨脹節

圖3 排渣管流化裝置

(2)簡易套筒蓋板式膨脹裝置;如圖1所示，放渣門下部排渣管稍微伸入套筒式膨脹節內，與冷渣器接口留有一定的膨脹裕量，套筒式膨脹節下部與冷渣器入口管道焊接，上部加活動蓋板或者上部蓋板與外部套管焊牢，與排渣管不焊，以保證排渣管能夠自由伸縮。這種裝置的優點是自由伸縮不易受限，且構造簡單易制作、成本低，被很多小型電廠所熱愛。但由于密封不夠嚴密，在爐內流化不良，排渣灰份過大以及流化風串入排渣管時，亦會出現大量噴渣的現象。

(3)迷宮式膨脹節代替箱式膨脹節;由于排渣管受熱膨脹量與底部水冷風室的膨脹量不一致，經常出現排渣管與布風板焊接處拉裂，輕則造成排渣管漏風而噴渣，重則造成布風水冷壁泄漏而停爐。這就需要在水冷風室內部排渣管上加裝膨脹節。前些年，箱式膨脹節被應用于此。箱式膨脹節是一種波紋管式膨脹節，其內部雖然填有硅酸鋁鹽棉來防止灰漏入，但因箱式膨脹節膨脹量小，風室內風量大、壓力高，放渣管膨脹收縮造成的管壁移動都會使所加填料減少，久而久之便因積灰嚴重而失效。

近年來，迷宮式膨脹節逐步代替了箱式膨脹節。迷宮式膨脹節構造如圖2所示，熱膨脹變形由上管節1與下管節2分別消除。此項技術特殊的迷宮式結構，上下接管間插入足夠的深度，能夠有效防止灰渣的噴出;且迷宮式結構內外套圈互不接觸，使得熱膨脹自如。有關數據顯示，此項技術在2006年已被逐步推廣使用，且運行效果良好。此裝置上下自由組合部分是否也會因為灰份的長期積存而影響其自由伸縮，需要通過更多的運行數據來驗證。

3.2.2 排渣管周圍風帽的改進

排渣管周圍風帽形式以及風帽阻力設計不合理，在高溫磨損下會使其發生嚴重的變形，甚至灰渣漏入風室，一來影響爐內流化，二來風室堵塞，影響鍋爐正常排渣和安全運行。傳統工藝是在風帽處焊防磨套來減少漏渣。近幾年來，有兩種局部風帽的改進技術受到了關注:一是環縫回流多噴口定向風帽;二是排渣管流化裝置(如圖3所示)。前者綜合了傳統風帽的長處，獨特的環縫回流結構，可使床料產生定向流動，將粗顆粒床料吹向排渣口，且風帽阻力適中，流化性能良好，可有效防止漏渣。后者由外套管1和筒體2組成，鍋爐風室的一次風通過內外層間隙向上，由頂部側面12個φ6mm的小孔向鍋爐爐膛噴出，保障了排渣管周圍物料的正常流化。且排渣管風帽位于爐膛內的部分通過一次風的冷卻，不易受熱變型。改變風帽形式、適當提高布風板阻力是減少風室漏渣的主要改進方法。要從根本上解決風帽磨損漏渣問題，還需鍋爐制造廠積極探索，研究出更好的改造方案。

4 結語

隨著鍋爐自動化水平的逐漸成熟，我們需要研究出更好的運行控制策略，并且加強設備和工藝的技術改進，以彌補現有技術的不足，從根本上解決噴渣問題的發生，使鍋爐能夠安全、穩定、高效運行。

[1]王進偉,呂俊復,鄭寶忠,岳光溪.循環流化床鍋爐對排渣和供風系統的要求[J].鍋爐技術,2006,(37):24-28.

[2]阿錫他.循環流化床鍋爐排渣口噴渣現象的解決方法.科技向導[J].2012(18):363.

[3]譚善軍.循環流化床鍋爐排渣系統三維金屬膨脹節的應用[J].同煤科技,2012(4):24-25.

[4]馬文強.一種循環流化床鍋爐放渣管的迷宮式膨脹節.2010.ZL 2009 2 0027713.1.

[5]張全勝.CFB鍋爐風帽存在問題及對策[J].發電設備,2009(4):266-269.

[6]馬文強,劉洪升,張西軍.一種循環流化床鍋爐的放渣流化裝置. 2011.ZL 201110071626.

馬愛香(1982—),女,陜西渭南人,碩士研究生,畢業于西安交通大學,工程師,研究方向:電廠熱能與動力工程。