300MWCFB鍋爐翻床原因分析及措施

【摘要】巡檢司公司2×300MWCFB鍋爐采用單爐膛雙布風板結構，運行中容易出現翻床事故。事故發生后，輕則造成機組減負荷，重則造成機組不能維持運行而與電網解列。本文通過對翻床的現象、事故的原因進行分析和總結，提出了對翻床事故的防范及處理措施。

【關鍵詞】300MWCFB鍋爐；床壓；床溫；循環量；翻床；措施

前言

巡檢司公司兩臺300MW鍋爐由哈爾濱鍋爐廠設計制造，自2007年實現雙投以來，已發生多次翻床事故，嚴重影響鍋爐及整套機組的安全穩定運行，并造成重大經濟損失。本文針對鍋爐運行中發生的翻床事故的原因進行分析和總結，介紹了翻床事故處理中應重點注意的問題和相關的防范措施。

1、300MWCFB鍋爐基本運行原理概述

循環流化床鍋爐采用流態化的燃燒方式。在循環流化床鍋爐爐內存在著大量床料。這些床料在一次風、二次風的作用下，處于流化狀態。并實現爐膛內的內循環和外循環。與其他鍋爐相比，CFB鍋爐增加了分離器、返料閥、外置床式換熱器，構成了高溫物料循環回路。另外還增加了底渣冷卻裝置，以便底渣的輸送和處理。單爐膛采用褲衩腿結構、雙布風板布置，相對獨立的一次風管路分別引入左右水冷風室，通過左、右布風板及風帽進入爐膛，二次風分兩層從密相區送入，可有效抑制NOx的生成。

在鍋爐運行中，爐內的物料主要由給煤中的灰、未反應的石灰石、石灰石脫硫反應物等組成，這些物料在一次風、二次風的作用下，處于流化狀態。絕大部分顆粒被煙氣夾帶向爐膛上部運動，在爐膛不同高度一部分顆粒沿爐膛邊壁落下，形成物料的內循環，其余顆粒被煙氣夾帶進入分離器進行氣固兩相分離，大部分顆粒被分離下來。一部分通過返料閥直接進入爐膛，另外一部分通過外置床冷卻后返回爐膛，形成物料的外循環。這樣燃料和石灰石可以在爐內進行多次的往復循環燃燒和反應，強烈擾動和混合，高速的顆粒內循環和外循環，較高的氣固滑移速度和較長的顆粒停留時間使顆粒的熱傳導和化學反應都處于極好的條件下，具有很高的碳燃盡率。

2、300MWCFB 鍋爐翻床的現象

因為300MWCFB鍋爐采用單爐膛雙布風板結構，運行中左、右兩床壓力隨時在變化波動，在變化波動時維持基本穩定和平衡狀態。當鍋爐運行工況發生改變時，左、右兩床壓及一次流化風量也將發生改變。為維持兩床的平衡穩定就必須進行調整。包括對風量，床溫，床壓的調整。當調整不及時或者不到位時，兩床平衡狀態就會失穩。床壓高的一側床壓會逐漸升高，兩床壓差值超過一定限度時，壓力高的一側床壓會急劇升高，一次風吹不起床料，失去流化狀態造成塌床（不流化）。而床壓低的一側則會將床料大量吹至塌床側，形成空床（無床料），并增加塌床側的床層厚度。發生翻床后的鍋爐將不能維持正常運行，被迫減負荷，甚至與系統解列。

3、300MW CFB鍋爐翻床原因分析

由上述翻床現象可看出，翻床就是因某側床層的物料臨界流化速度大幅度增加所造成的后果。臨界流化速度大幅度增加后，若一次風流速調整跟不上，勢必造成床層流化不充分，進而發展成鍋爐的塌床事故。因此，對臨界流化風量速度增加的原因進行分析，就能對鍋爐翻床原因進行清楚的認識。由流態化理論得知，影響臨界流化速度的因素主要有料層的當量平均料徑的影響，流體的物理性質影響。

3.1 燃煤的發熱量及灰份偏離設計值太多。設計煤種灰份為11%，而摻燒煙煤和劣質煤后，灰份23-45%。投產初期由于排渣系統設計不完善，故障率高，造成排渣不暢，爐內物料濃度高，顆粒的粒度和密度增大，物料當量平均料徑大，鍋爐床壓高，燃燒室總壓差一直保持在21KPa左右運行，鍋爐密相區的壓力保持在13—14KPa運行。根據鼓泡理論，床壓越高，在密相區物料內部形成的氣泡直徑越大，氣泡破裂時，對床壓的影響越大，會造成床層壓力上下波動，總阻力也上下波動。為維持充分的流化，一次風流速也將隨之波動，進行調整。當一次風流速量調整跟不上床壓的變化，或者一次風機的出力已不能滿足正常的流化風量時，兩床壓力高的會繼續升高，低的會繼續降低，流化狀態被破壞，兩床失去平衡，最終導致翻床事故的發生。

3.2 300MWCFB鍋爐在多次翻床事故發生前，均伴隨著燃燒的波動減弱。具有代表性的是在減負荷過程中，床溫下降，床層的物料運動粘度降低，物料的物理性質改變。從臨界流化速度實驗得知，熱態臨界流化速度為冷態臨界流化速度的1.8倍。熱態時所需的體積流量是冷態時的45%左右。也就是說，隨床溫下降，臨界流化風量將升高。根據床層阻力特性，燃燒波動造成床溫下降后，料層阻力升高，布風板阻力升高，風道阻力升高。因配備的一次風機壓頭調整余量不足，一次風系統調節性能變差，勢必造成流化風速調整不足，爐內物料流化狀態惡化，兩床平衡調整困難，導致翻床現象的發生。

3.3 300MW CFB鍋爐翻床現象的發生，實際上也是由于物料循環量改變導致的結果。無論是床壓變化，或者是床溫變化，都將使物料內外循環量發生改變。床壓高，床層的物料阻力增大，氣流速度下降，流體對顆粒及顆粒團的拽力降低，床層各截面的平均空隙率逐漸減小，頂部和底部的空隙率差距加大，通過分離器的物料份額減少，使物料的內循環量增加，外循環量比例下降，為維持正常的物料內外循環比例，必須增加一次風流速，流量，以提高氣流對物料顆粒的攜帶能力。而床溫下降時，氣流對物料顆粒的攜帶能力下降，使進入外循環回路的物料減少，留在爐膛內的物料量增多，物料量的增多，使當量物料平均料徑增大，阻力增大，壓降增大，臨界流化風速增大，此時，如一次風速調整跟不上，會造成惡性循環，內循環量越來越大，外循環量越來越小，爐內流化越來越弱，直至一次風吹不起床料，發生翻床。

3.4 循環物料的穩定流動是循環流化床的基礎。物料顆粒的循環量決定著床內物料顆粒的濃度，在運行中，返料閥的工作狀態決定著300MWCFB鍋爐能否穩定的循環燃燒。由于返料閥有澆注料脫落垮塌現象，給返料閥的正常流化，輸送物料增加了不穩定因素。垮塌的澆注料留在返料閥布風板上，增加了返料閥床層阻力。在調整下，返料閥流化狀態時好時壞，使送回爐膛的物料量時多時少，形成“沖灰”現象。“沖灰”現象發生后，對應的密相區物料濃度突然增加，對應的床層阻力，壓降突然增加，床壓升高，所需的一次風流量也跟隨增加。同時，因壓降突然增加，整個爐膛壓力分布情況發生改變，未“沖灰”一側的物料在氣流作用下，會向“沖灰”側運動，進一步增大了“沖灰”床層物料的濃度，阻力，壓降，此時，若流化風量調整跟不上工況的變化，兩床總壓差就會進一步加大，最終導致翻床。

4、300MW CFB 鍋爐翻床的防范措施

4.1 巡檢司公司#6、7鍋爐投產以來，多次翻床過程中有一個共同的現象，就是翻床前床壓高，床壓基本維持在13—14KPa，總壓差在20—21KPa。床壓波動大，一次風流量波動也大。一次風機出口壓力與風室差壓低，4KPa左右，一次風門調節性能差，開度波動大。在發電部領導主持的專業技術討論后，將正常運行床壓確定為8-10KPa左右，通過排渣等措施，將床壓控制在8-10KPa左右運行后，一次風機出口壓力與風室差壓可達到5KPa以上。相同流量下，一次風調門開度減小，提高了一次風的調節性能，使兩床床壓偏差波動得到有效的控制。同時保持8-10KPa的運行床壓，爐內能維持足夠的物料濃度，以保證有足夠的蓄熱量。在較長時間運行后證明，鍋爐滿負荷運行時，可以控制各部溫度在正常范圍不超溫。通過降床壓運行，降低了爐內物料濃度，降低了流化風速，減輕了對爐內澆注料，受熱面的磨損破壞。并使兩臺一次風機有了充足的調節余量，提高了鍋爐長期運行的穩定性。

4.2 運行中，加強監視，精心操作，發現自動調整異常故障時，立即切為手動調整。嚴格控制床溫變化率，禁止超溫現象的發生，避免澆注材料因熱沖擊損傷發生脫落垮塌，破壞物料的正常流化狀態。系統降負荷時，對床溫，床壓的變化趨勢應有一個清晰的認識，通過對風煤的配比，以及對外置換熱器的調整，使床溫床壓在可控范圍內穩定的運行。針對給煤線故障率高的現象，對床溫的變化應做到提前調整，盡量降低兩床床溫差，緩解兩床床壓的波動程度。特別注意循環量對床壓的影響，床壓升高時，應增加整個爐膛的通風量，同時輔以對外置換熱器調整，穩定床溫，使外循環量的比率提高，降低爐內內循環量，加強底渣排放，將床壓穩定在可控范圍內。

4.3 因要控制燃煤成本，需要摻燒高灰份混煤時，應當做好聯系工作，讓鍋爐運行值班員有充分的準備。在不影響燃燒的前提下，盡量降低床壓運行。在摻燒混煤的過程中，應嚴密監視床壓的變化趨勢，若經加強排渣，床壓仍上升時，應適當降負荷進行排渣。聯系燃運停供高灰煤，改供低灰煤種，將床壓恢復到正常水平。

4.4 進行排渣系統改造，將投產時的風水聯合冷渣器逐步更換為滾筒式冷渣器，確保排渣的連續性。

4.5 加強輔助設備的運行維護，特別是一次風調門要靈活好用，保持排渣系統的良好工作狀態，盡量提高排渣渣系統可利用小時數。

4.6 優化熱工保護，切除臨界流化風量保護，避免因保護使MFT動作，床溫急劇下降，爐內流化狀態更加惡化。根據褐煤特性，將床溫低保護值由550℃修改為450℃，在給煤線故障時可爭取更充裕的時間。

5、300MW CFB 鍋爐翻床事故的處理

5.1 鍋爐發生翻床后，立即將一次風自動調整切為手動調整，加大塌床側一次風門開度，減小另一側一次風門開度。同時，加大塌床側二次風流量，減小另一側二次風流量。在一次風系統可承受壓力的前提下，盡量提高一次風機出口壓力，以提高一次風壓頭。加強塌床側排渣，對塌床側進行吹床操作。

5.2 翻床后，塌床側已無顆粒的強烈返混，另一側床料急劇減少，無足夠的蓄熱能力，鍋爐不能維持正常的燃燒工況，為減慢床溫的下降速度，可維持少量的給煤。這時，塌床側不能進行正常的外循環，應快速減少四個外置換熱器的流化風量，降低其換熱系數，維持基本的鼓泡狀態，減少塌床側的床料堆積，避免增加塌床側的吹床難度，以縮短吹床時間。在吹床過程中，若床溫下降低于燃煤的著火溫度，則應停止給煤，待兩床正常流化后，再進行恢復操作。

5.3 吹床過程中，應嚴密監視塌床側一次風量的變化。床層松動后，一次風流量的變化是優先于床壓變化的，一次風量變化后，應立即關小一次風門，稍開另一側一次風門。操作要有預見性，根據一次風量的變化，床壓的變化，調整兩側風門的開度和兩側的二次風量。當兩床一次風流量基本接近時，立即投入一次風量自動調整。在調整中應做到嚴密監視變化趨勢，提前，快速，準確，進行調整。避免床料再次翻向另一側。

5.4 發生翻床后，鍋爐將不能維持正常的蒸汽參數，應加強與汽機側配合，調整主蒸汽調門開度，降低主蒸汽流量，以減少從鍋爐帶走的熱量。維持住汽溫汽壓，保證汽輪發電機正常運行，為鍋爐恢復爭取充分的時間。

6、結語

通過對翻床原因的分析，可以發現在運行中，若控制好床溫、床壓及循環量的穩定，加強輔助設備的運行維護，保證其良好工作狀態，那么，300MWCFB鍋爐的翻床事故是可以避免的！以上是本人對300MWCFB鍋爐翻床現象的個人認識，不足之處請同行給予批評指正。

參考文獻：

[1]路春美，程世慶，王永征.循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社出版，2003.