循環流化床鍋爐安全穩定運行制約因素及對策

奧慧琦

摘 要：循環流化床鍋爐的安全穩定運行，一直是火電行業的一個熱點和難點問題，由于循環流化床鍋爐的特殊技術，從設計、制造、安裝到運行、維護等各環節要求較高等因素的制約，鍋爐在運行中常常出現各種事故隱患，嚴重影響機組安全、經濟和穩定運行。本文結合多年的工作實際，將經驗和教訓予以總結，對治理和改造后取得效果進行了分析，圍繞循環流化床鍋爐安全穩定運行制約因素及對策展開論述，期望為有關人員提供重要的參考資料。

關鍵詞：循環流化床鍋爐；安全穩定；制約因素

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A

近年來，由于循環硫化床鍋爐大容量、高參數、燃用劣質煤、機組適應性較強、項目容易核準等特點，近年來受到電力行業的特別青睞。但隨著循環流化床鍋爐容量和參數等級的不斷發展，循環流化床鍋爐安全穩定運行也成了重要的技術難題，日益引起了人們的高度重視。目前循環流化床鍋爐安全穩定運行受到干擾的因素主要包括原材料的選擇、設計理念、制造工藝、安裝水平、運行操作技能、燃料的種類和質量等等因素。雖然目前幾大鍋爐廠采用的設備都具有世界先進水平的燃燒和流化技術，能耗方面也有了降低，但是對于安全運行的制約因素等依然要加大研究和摸索力度，在對策的尋求上不能掉以輕心。

1.造成循環流化床鍋爐不穩定運行的因素

循環流化床鍋爐技術是近十幾年來迅速發展的一項高效低污染清潔燃燒技術。國際上這項技術在電站鍋爐、工業鍋爐和廢棄物處理利用等領域已得到廣泛的商業應用，并向幾十萬千瓦級規模的大型循環流化床鍋爐發展；國內在這方面的研究、開發和應用也逐漸興起，已有近千臺循環流化床鍋爐投入運行或正在制造之中，未來的幾年將是循環流化床飛速發展的一個重要時期。

1.1 煤種和煤質的影響

循環流化床鍋爐運行的動力來源于原煤。原煤首先作為一種不能循環利用，且損耗較大的燃料，進入燃燒系統后，容易出現煤質的變化，與設計的煤種的要求發生偏離。例如煤種的發熱量按照鍋爐的設計熱量應為5323KCAL/KG，但是真正進入鍋爐后，實際的煤質發生了變化，發熱量大幅度降低。這是由于煤中的雜質等較多，因此不同煤質的煤種燃燒的特性也不同，呈現了不同的揮發份，導致爐內的燃燒工況出現了問題，受到的影響較大。

煤種、煤質對鍋爐系統產生不穩定因素的危害如下：

由于煤質的不穩定，投入鍋爐后，出現了很多參數的變化，如床溫、床壓、蒸汽溫度、氣壓、料層的差壓等，由于參數的變化影響了鍋爐的穩定性和經濟性，導致了一些參數由于調整的不及時出現了超限的情況，被迫降低負荷，或者停機。

一般進入鍋爐使用的入廠煤的來源眾多，不同煤礦產生的煤的發熱量也不同。不斷變化的發熱量使得在燃運配煤的時候就難以均勻地掌控。

進入鍋爐燃燒的時候，由于煤的摻配不能滿足鍋爐燃燒穩定的需要，因此通過給煤機進入爐膛燃燒不夠穩定。

對于高揮發份的易燃煤種來說，其在爐膛上部釋放的熱量較多，爐膛上部的燃燒份額比較大，需要較高比例的二次風來補充燃料燃盡所需的氧量，在實際運行表現：鍋爐下層床溫偏低，運行調整中適當降低一次風量來提高床溫，提高二次風率以保證燃燒穩定。

對于低揮發份的難燃煤種來說，其熱量較多地釋放在爐膛下部，爐膛下部的燃燒份額比較大，因此需要較高比例的一次風率來提供一定的氧氣并將釋放出來的熱量帶到爐膛上部。

1.2 爐內風速引發受熱面磨損而出現爆管的影響

由于循環流化床鍋爐內的受熱面磨損發生了很大的不同，出于磨損機理和煤粉爐的構造，大量的煙氣和固體顆粒在上升過程中沖刷著水冷壁管。再加上內循環的作用，固體顆粒沿著爐膛出現很大的回落，水冷壁管的磨損帶來了劇烈的沖刷。由于風量的加大，爐內的燃燒非常劇烈，水冷壁的磨損量也較大。

煙氣內的顆粒燃燒后，由于濃度較大，因此帶來的水冷壁磨損加大，顆粒的數目也增大。管壁的撞擊和沖刷出現了劇烈的變化。在運行中，床層的密度和差壓發生了很大的變化。顆粒的濃度增大，磨損量也在增大。循環流化床鍋爐的燃燒導致了固體物料的密度增加了數十到幾百倍。

由于燃料顆粒的硬度等發生了變化，水冷壁管壁的灰分發生了切削作用，磨損量加大后，摻燒的高硬度燃料沖刷了水冷壁管的運行，在爐膛的密相區二次風口的位置，由于風速過快，使得耐磨材料發生了吹落，帶來了磨損。同時，爐膛內煙氣的流速分布不均，使得四角處的煙氣的流速比中間的大，因此磨損的部位較其他部位要嚴重。

當受熱面出現了磨損發生了爆管后，就會讓停爐事故的發生概率提高40%左右。從以往停爐的事故來看，爐膛內的水冷壁發生磨損的現象，主要包括水冷壁管和耐磨材料的交接黏合問題，如爐膛上部、返料口四角、絕熱的旋風分離器的入口等部位的部位就比較容易磨損，還有爐膛出口平行處也是磨損常常出現的地方。

爐內出現磨損，往往容易帶來泄漏的問題。高壓水蒸氣混合物等發生劇烈的沖刷，給水冷壁管帶來很大的沖擊，使得受熱面發生了泄漏，鍋爐水位難以維持，床溫也發生了較大的溫差，停爐的概率大大增加；受熱面出現爆管被迫停爐后，床料往往出現了板結現象，風帽也會受到堵塞，較長時間內需要人員對風帽進行清理和疏通，否則再次啟動時鍋爐的流化和循環受到阻礙，鍋爐不能正常燃燒。還有由于因磨損泄露引發的機組停爐后較長的檢修周期，給電廠的生產和經營帶來較大的壓力，企業的經濟效益將會受到很大影響。

1.3 給料系統的影響

鍋爐的入爐煤沒有經過風熱干燥處理，因此煤中的水分等結構無法按照入爐煤的特點進行設計。給很多鍋爐運行帶來了堵塞的問題。煤的不穩定造成了床溫和負荷的波動，出現堵煤、卡煤等情況，煤的水分大，顆粒小帶來了一系列的難以下料的棚煤問題。特別是在雨季，一個鍋爐的運行班次如果發生多次不暢，就會帶來人力物力的浪費。

給煤不暢造成的危害包括：由于鍋爐的出力不穩定以及給煤的不暢通，帶來機組的處理不足的問題，使得電量發生了違約。鍋爐的運行工況的不穩定，使得煤的不暢增加了變工況的次數，出現了煤線的給煤不暢，使得爐內的保溫材料不斷地收縮和膨脹，保溫材料發生了裂紋，加劇了爐膛燃燒條件的惡化，影響安全運行。給煤不暢還可能造成爐內工況的激烈變化，導致負荷發生了減少，調整的難度也不斷增加。運行的值班人員的懈怠也會給給煤不暢帶來便利，導致其他方面的工作也有了不安全情況。

給煤不暢主要是由于來煤的潮濕問題，加之，來煤中的含灰量如果增大的話，煤中可能出現很多的泥土，其中的細微顆粒出現了很大的水分粘連，使得煤倉和給煤機發生了堵塞，不斷地黏結增加了煤倉的容積，最終堵塞了下煤口。煤機的堵塞不能通過刮板給予給煤機，因此下煤口也發生了堵塞，雨季如果出現煤機底部的抬高，則給煤機的出力會發生降低，處理不當的時候，給煤機的負擔加重，帶來跳閘等情況，嚴重的時候會由于煤機的受損嚴重，造成電機的燒毀。而且給煤不暢還會造成稱重給煤機的皮帶發生跑偏，清掃鏈的及時漏入可能刮走稱重機下部的積煤，使得刮板咬合機的傳動位置，造成潤滑的不良，帶來運行的中斷。刮板給煤機的運行超負荷帶來刮板的斷裂，還有來煤中的編織袋、樹枝、鋼筋等進入給煤機帶來的跳閘、卡煤的情況也時有發生。

2.解決影響安全穩定運行的對策

2.1 加強給煤系統的運行和維護管理。將給煤機的皮帶跑偏、積煤清掃鏈和振打裝置的運行、刮板的咬合和潤滑問題等作為日常巡檢和點檢的重點。發現缺陷要遵循“小缺陷不過班，大缺陷不過天”的消缺原則。必要時要利用夜間低負荷時進行停運處理。對煤倉堵煤的問題，要積極引進空氣炮、手動插板門或對煤倉和振打系統進行一體化改造的方案徹底解決。

運行中要嚴密監督料層的溫度，保持在850℃～950℃之間。合理保持爐膛差壓、料層差壓以及流化風量等的良性運行。控制入爐煤的顆粒度，當料層、爐膛的循環倍率、蒸發量等出現問題的時候，杜絕強行采用降溫或者升溫的辦法，以免造成鍋爐出現安全事故。

2.2 對于鍋爐本身動力場由于煙氣流速分布不均勻，導致的四角處的煙氣流速大于中間，帶來嚴重磨損的情況。在運行過程中，首先要保證床料的流化，然后降低風量，維持重組的氧氣量，搭配上下二次風量，保證過剩空氣的流通。啟動和停止鍋爐的時候，合理用高低旁，避免再熱器內出現蒸汽不流動的情況，導致干燒發生蠕變。將相區的高度適當降低，延長燃煤的顆粒在爐中的停留時間，將水冷壁管的沖刷盡量減少，降低飛灰中的含碳量，根據負荷的變化選擇合適的差壓、密度以及流速，提高旋風分離器的分離效率，延長固體顆粒在爐中的停留時間。對于來煤的質量要嚴格把控，運行人員根據來煤中的顆粒含量和篩分的力度、排渣的情況，利用班前、班后和休息天，將煤場的情況進行檢查，尤其是運煤皮帶等關鍵部位。向有關部門反饋煤的顆粒均勻度的狀況，減少大顆粒含量的來煤數量；同時要定期檢查鍋爐的床壓情況，將粗渣以及受熱面的磨損情況進行檢查；在運行管理方面，采用提前預控的方法，根據鍋爐的運行周期判斷鍋爐的受熱面磨損情況，按照計劃申請檢查停爐，對于受損嚴重的管壁和停運的次數予以記錄，減少非計劃停運引起的問題，如果停爐后的檢查不夠徹底，應該在短期內對鍋爐運行的泄漏問題加以檢修，但是這種情況容易由于電量的損失而不得不減少停運的次數，弊大于利。

2.3 對于煤質變化導致的燃燒系統不穩定的情況，首先要對系統不穩定帶來的危害進行勘察。由于煤質變化造成的系統不穩定，主要包括，煤質不穩定導致入爐的煤量會發生很大的變化，例如床溫、壓力、汽溫、汽壓、料層等的參數變化等等，對于鍋爐的經濟性和調整的不及時等的參數會帶來負荷或者停機的事故發生，而且由于輸送煤和儲存煤的系統的堵塞，會延長上煤的時間，降低設備的利用率，增加維護量和。對于爐前的棚煤中出現頻繁斷煤的影響，經過實踐證明不僅可以造成爐內的燃燒工況出現波動，而且還會影響機組的穩定性，增加人力和物力。針對整個煤質變化的危害。采取的運行措施主要包括：

對當天的進煤量進行掌控，特別是要計算煤質的發熱量。然后根據計算結果對不同的煤質進行配置；對于高揮發性的易燃煤，因釋放過多的熱量，應采用比較高的二次風燃燒掉需要的氧氣量。實際運行的情況表明，鍋爐下層的床溫一般較低，因此在運行調整中要適當降低一次風量，提高床溫，保證燃燒在二次風率的前提下保持穩定；對于揮發粉較低的難燃煤種，應該將較多的熱量放置在爐膛的下部，使用比例較高的一次風率提供氧氣釋放到爐膛的上部，增大爐膛下部的燃燒份額。

3.解決問題的理論分析

3.1 碳熱量平衡的負荷控制理論

在鍋爐中的大能量和多物質積蓄的系統中，機組的某個時間點的能量要保持參數的穩定，必須對物質進行平衡和控制。通過一段時間的累積方能平衡能量和物質。在負荷變化的初期，不必過多地考慮負荷和風以及煤的對應關系，主要對煤量和風量進行調節，保證在負荷變化的中期進行熱量平衡的控制，減弱時間內的煤量和送風量。對于少量的細粉和燃燒熱量，應該逐漸采用燃燒放熱的方法，利用爐膛內存儲的碳熱量，增加風量和爐膛內的熱量的釋放，增加給煤，彌補爐膛內的過量燃燒的熱量，根據能量平衡使得鍋爐內的燃燒的碳量保持在合理的范圍內。

3.2 對于機組進行協調控制

利用協調控制的3個核心組成部分，在一定范圍內，響應電網的負荷指令，在合理的運行中存儲熱量，將負荷變化控制在小范圍內；調整鍋爐的過程要緩慢，利用鍋爐調整的特性，決定負荷變化的特性，避免系統的穩定性被干擾。例如當燃燒發熱量不是當前給煤量的時候，應該將爐膛內的給煤量和送風量進行適當地調整，得到機組的負荷變化的適應性，利用爐膛燃燒的蓄熱，維持負荷變化，達到整個動態過程的能量平衡。并且通過機組協調控制，得到電網的機組負荷的提升，增加汽機調門的開度，釋放蒸汽蓄熱以增加負荷，增加送風量，加速床料中固定碳的燃燒，釋放出蓄積的化學熱量。

3.3 煤量的控制系統

固定碳的燃燒發熱量可以作為事前矯正，形成克服鍋爐側的慣性和延遲的燃料前饋，提高機組的負荷響應速率。在給煤量出現升負荷的過程中，固定碳的動態熱量發生了調節性的超調動作，對于升負荷過程中的鍋爐余熱量是一種損失的彌補，能夠將過程平穩控制，將煤量的波動范圍設定在負荷指令的給定值范圍內，保持機組的動態和靜態工況的穩定和良好。

結語

經過工作的多次實踐，對于鍋爐的運行特性有了充分了解后，積累了運行經驗，采取了優化措施，最終的結果是使循環流化床鍋爐安全穩定經濟地運行。

參考文獻

[1]曹偉，李平方，張亞，等.循環流化床煤泥鍋爐尾部受熱面積灰淺析[J].數字化用戶，2013（25）：42-42.

[2]許秀啟.135MW循環流化床鍋爐一次風室數值模擬與改造措施[D].上海交通大學，2013.

[3]郭彥平.循環流化床鍋爐水冷壁管防磨措施研究[J].全國電力行業CFB機組技術交流服務協作網第十一屆年會暨第三屆中國循環流化機床燃燒理論與技術學術會議論文集，2012：712-714.

[4]馬圣忠，張玉忠，李維波，等.淺談循環流化床鍋爐水冷滾筒式冷渣機的安全運行與管理[J].科技視界，2014（23）：110.

[5]劉永革，石永斌.循環流化床鍋爐結焦的原因、危害及預防[J].2015清潔高效燃煤發電技術交流研討會論文集，2015：61-65.

[6]吳煥清，袁帥，豐鵬海，等.循環流化床鍋爐的燃燒調整及運行[J].科技資訊，2012（34）：117-117.