论文部分内容阅读
摘 要：文章主要描述了循环流化床锅炉结焦的现象，并就这种现象分析了其原因，提出了切实可行的解决办法及预防措施，希望有所作用。
关键词：循环流化床锅炉；结焦原因；治理措施
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0018－02
循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）是近年来迅速发展起来的一种高效、低污染的清洁燃烧锅炉。因其具有燃烧效率高、燃料适应性广、温度分布均匀、烟气中有害气体排放浓度低等优点，得到了广泛的应用。但其运行过程中极易发生结焦。因此，研究锅炉结焦的原因并有针对性地找出防范措施，对提高循环流化床锅炉的安全稳定运行有非常重要的意义。
1 循环硫化床锅炉结焦现象
床温、料层差压极不均匀，燃烧极不稳定，相关参数波动大，偏差大。床温测点有数个出现偏差大的现象（差值大于150 ℃），并且大幅跳动；两侧料层差压值偏大；出现堵煤现象，投煤不正常，无法脱油运行，升温升压困难，负荷最高时达到50 MW左右，氧量快速下降，几近于零；炉膛负压增大，一次风量，风室风压波动大，燃烧不稳定，多次灭火，床温上升缓慢；负荷、压力、汽温均下降，床温逐渐下降，油枪多次点火不成功，左右平均床温降至440 ℃，两侧温度相差大；排渣不畅，锅炉排渣管发生堵塞，单个或多个放渣口放不出渣或放渣中有疏松多孔烧结性焦块（局部结焦）；从看火孔观察流化床内有白色火花，可见渣块，床料在炉内不正常的运动；料层差压突然增高（达或超过10 kPa左右），短时后很快下降（判断为炉内浇注料大面积塌落）。
2 生产运行中结焦原因分析
2.1 燃料的影响
若煤的灰熔点低，当煤颗粒在炉膛内较高温度下熔化成液态或软化状态时，相互黏结，且自身燃烧放出的热量无法及时传出，就会产生结焦。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。另外，煤种变化太大，燃料制备系统选择不当，煤粒度太大，或粗颗粒份额较多也会严重影响床层的流化，导致密相区超温而结焦。
2.2 运行参数的影响
运行中一次风量太小或减风至流化极限以下，会造成料层流化不好而出现局部温度过高的情况，一旦局部出现结焦就会黏结周围的颗粒而使结焦扩大。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。根据资料统计，实际颗粒的温度比床温测点测得温度要高150～200 ℃左右，可知床温测点反映的温度在850～950 ℃之间，但实际最高温度已达1 100 ℃左右，部分颗粒会产生粘黏，形成焦块，循环流化床锅炉床温的变化非常快，由于炉膛内的物料很多，热容积大，而床温的升高使煤粒的燃烧进一步加速，从而形成床温
飞速上升而无法控制导致结焦。
2.3 流化风量偏低，长时间流化不良
一次风量过小，低于临界流化风量，物料流化不好。炉底风压过低，布风板阻力较低（一般布风板阻力应为整个料层阻力的25%～30%），布风不均，致使炉内流化不良，在床层内出现局部吹穿，而其他部位供风不足，床温偏高，物料产生黏结，从而形成焦块。
2.4 返料影响
返料风过小造成返料器返料不正常或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞或因料差高放循环灰外泄失控等原因，返料无法正常返至炉内，造成床温过高而结焦。若再通过加煤来维持压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下会急剧上升而导致床上结焦。
2.5 运行人员对床温监视不严或床温测量装置故障
床温测点失准，使运行人员误判断或对某一单点床温偏高束手无策造成超温。当实际温度达到1 000 ℃以上时，部分颗粒将产生粘黏，形成焦块，并逐步长大。当出现燃烧故障时，循环流化床锅炉床温的变化非常快。由于炉膛内的物料很多，热容积大，床温如不能及时控制，极易产生结焦。
2.6 结构方面的影响
布风板设计不良、风帽布置不合理或风帽损坏，造成布风板布风不均，会造成部分料层不流化而产生结焦。另外，返料阀设计不当，返料风可能导致阀体内可燃物的燃烧，从而使返料温度升高造成返料器内结焦。
2.7 床层局部超温
锅炉运行中长时间风、煤配比不当或辅机设备运行不正常，造成过量给煤，引起床层局部超温。炉内浇注料大面积塌落或意外出现大块的燃料进入炉膛在床层沉积，影响流化和燃烧引起炉内结焦，排渣困难。
3 防止结焦的技术措施
3.1 锅炉启动前的检查
为确保床料流化正常，在每次锅炉启动前，都必须更换床料：①将锅炉内的铁块、大块矸石和其他杂物及时清除，防止沉积在风帽之间而影响流化风；②对风帽进行全面检查，更换磨损严重的风帽，保证风帽眼畅通，同时确保风帽在同一个水平面上，以使床料流化正常；③及时清理返料器，使返料系统工作正常；④加床料时，必须保证渣的粒度符合设计要求；⑤在启动前必须做好床料流化试验，确保整个床面流化一致，这是保证良好燃烧的前提。
3.2 点炉及运行过程中的防范措施
（1）投油枪点炉过程，床温达到450 ℃稳定燃烧后开始投煤，刚开始投煤时，遵循少量间断的原则以免造成爆燃现象。先单台给煤机点动少量给煤，等确认炉膛氧量下降、床温上升后才可再次并逐渐延长点动给煤时间、增加给煤量。在730 ℃以前，最好采用点动给煤，禁止连续给煤，投煤时机可参照氧量的变化进行。在800 ℃以前，投煤量一定不能超过10 t/h。
（2）启炉时回料腿由于回料温度较低、流动性差，容易出现回料腿堵塞。建议启炉时应密切观察回料腿温度、压力的变化，如温度不变，则应全开返料风调节阀门进行吹扫流化，吹
扫时应注意防止回料腿内的物料突然大量返回炉膛影响燃烧。
（3）适当加大一次风量、风压，将风室风压提高到8 kPa以上，是CFB锅炉良好流化、稳定运行的保证。为保证安全稳定运行，应在点火过程中保证布风均匀性，并注意在点火过程后期适时排渣。运行中的渐进性结焦在掌握操作技能、控制入炉颗粒大小尺寸后，也是可以避免的。避免低温结焦，最好的办法是保证易发地带流化良好，颗粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，这样温度均匀，可防止结焦。
（4）料层差压应控制在5～7 kPa之间。料层差压（料层的厚度）可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。锅炉运行中，如果料层差压超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开放渣管排渣：如不能清除，应立即停炉检修。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，不允许一次放过多的床料，不得用压风的方式降低料层差压。排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。
（5）床温控制。在运行过程中，一般应将料层温度控制在850～950 ℃。如料层温度过高，应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量，使料层温度降低；如料层温度过低，应采取相反的方法，使料层温度升高。一旦料层温度低于700 ℃，应做压火处理，待查明原因并排除后再启动。
3.3 锅炉停炉、压火的预防
锅炉在压火或停炉期间，较易发生低温结焦。因此时床料处于静止状态，如果锅炉本体及烟、风挡板密封不好，特别是在密相区出现漏风，床料中灼热的可燃物获得氧气便会发生燃烧。由于燃烧产生的热量不能及时带走，在扬火操作过程中，煤加得太多而流化风量不足也会使局部区域床料超温，进而导致结焦。
正确的处理方法：压火时将锅炉负荷降至最小值，停止排渣并保持较高的料位；停止给煤，减小二次风量；床温维持在850～900 ℃，待床温有下降趋势时，则停止二次风机、一次风机、返料风机和引风机，迅速关闭各风机进、出口阀以及风、烟道挡板和隔离门（锅炉与烟囱隔离），防止漏风。
3.4 设计结构调整
设计时适当选取布风板及床层阻力，基本保证锅炉在运行过程中床层流化均匀，避免大颗粒在布风板上沉积，保证布风均匀，流化质量良好，床层内无死区。另外使冷渣器的出力有足够的裕量，可通过改变炉内灰的驻留时间和床料构成，达到调节床温的目的，可选取采用成熟的水冷滚筒冷渣器，保证底渣冷渣的安全性和可靠性。
尽管循环流化床锅炉结焦原因众多，但只要能保证良好的流化质量，同时保证合理的风煤比，严格控制床温及料层差压等运行参数，循环流化床锅炉的结焦事故是可以预防的。
参考文献：
［1］刘德昌，阎维平.流化床燃烧技术［M］.北京：水利电力出版社，1995.
［2］牛勇.循环流化床锅炉设备［M］.北京：中国电力出版社，2007.
［3］刘德昌主编.流化床燃烧技术的工业应用［M］.北京：中国电力出版社，1998.
（编辑：王昕敏）
Circulating Fluidized Bed Boiler Coking Cause Analysis and Countermeasures
Ma Xinxi
Abstract: This paper describes a circulating fluidized bed boiler coking phenomenon, and this phenomenon is the reason put forward practical solutions and preventive measures have a role.
Key words: circulating fluidized bed boiler; coking cause analysis; control measures
关键词：循环流化床锅炉；结焦原因；治理措施
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0018－02
循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）是近年来迅速发展起来的一种高效、低污染的清洁燃烧锅炉。因其具有燃烧效率高、燃料适应性广、温度分布均匀、烟气中有害气体排放浓度低等优点，得到了广泛的应用。但其运行过程中极易发生结焦。因此，研究锅炉结焦的原因并有针对性地找出防范措施，对提高循环流化床锅炉的安全稳定运行有非常重要的意义。
1 循环硫化床锅炉结焦现象
床温、料层差压极不均匀，燃烧极不稳定，相关参数波动大，偏差大。床温测点有数个出现偏差大的现象（差值大于150 ℃），并且大幅跳动；两侧料层差压值偏大；出现堵煤现象，投煤不正常，无法脱油运行，升温升压困难，负荷最高时达到50 MW左右，氧量快速下降，几近于零；炉膛负压增大，一次风量，风室风压波动大，燃烧不稳定，多次灭火，床温上升缓慢；负荷、压力、汽温均下降，床温逐渐下降，油枪多次点火不成功，左右平均床温降至440 ℃，两侧温度相差大；排渣不畅，锅炉排渣管发生堵塞，单个或多个放渣口放不出渣或放渣中有疏松多孔烧结性焦块（局部结焦）；从看火孔观察流化床内有白色火花，可见渣块，床料在炉内不正常的运动；料层差压突然增高（达或超过10 kPa左右），短时后很快下降（判断为炉内浇注料大面积塌落）。
2 生产运行中结焦原因分析
2.1 燃料的影响
若煤的灰熔点低，当煤颗粒在炉膛内较高温度下熔化成液态或软化状态时，相互黏结，且自身燃烧放出的热量无法及时传出，就会产生结焦。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。另外，煤种变化太大，燃料制备系统选择不当，煤粒度太大，或粗颗粒份额较多也会严重影响床层的流化，导致密相区超温而结焦。
2.2 运行参数的影响
运行中一次风量太小或减风至流化极限以下，会造成料层流化不好而出现局部温度过高的情况，一旦局部出现结焦就会黏结周围的颗粒而使结焦扩大。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。根据资料统计，实际颗粒的温度比床温测点测得温度要高150～200 ℃左右，可知床温测点反映的温度在850～950 ℃之间，但实际最高温度已达1 100 ℃左右，部分颗粒会产生粘黏，形成焦块，循环流化床锅炉床温的变化非常快，由于炉膛内的物料很多，热容积大，而床温的升高使煤粒的燃烧进一步加速，从而形成床温
飞速上升而无法控制导致结焦。
2.3 流化风量偏低，长时间流化不良
一次风量过小，低于临界流化风量，物料流化不好。炉底风压过低，布风板阻力较低（一般布风板阻力应为整个料层阻力的25%～30%），布风不均，致使炉内流化不良，在床层内出现局部吹穿，而其他部位供风不足，床温偏高，物料产生黏结，从而形成焦块。
2.4 返料影响
返料风过小造成返料器返料不正常或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞或因料差高放循环灰外泄失控等原因，返料无法正常返至炉内，造成床温过高而结焦。若再通过加煤来维持压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下会急剧上升而导致床上结焦。
2.5 运行人员对床温监视不严或床温测量装置故障
床温测点失准，使运行人员误判断或对某一单点床温偏高束手无策造成超温。当实际温度达到1 000 ℃以上时，部分颗粒将产生粘黏，形成焦块，并逐步长大。当出现燃烧故障时，循环流化床锅炉床温的变化非常快。由于炉膛内的物料很多，热容积大，床温如不能及时控制，极易产生结焦。
2.6 结构方面的影响
布风板设计不良、风帽布置不合理或风帽损坏，造成布风板布风不均，会造成部分料层不流化而产生结焦。另外，返料阀设计不当，返料风可能导致阀体内可燃物的燃烧，从而使返料温度升高造成返料器内结焦。
2.7 床层局部超温
锅炉运行中长时间风、煤配比不当或辅机设备运行不正常，造成过量给煤，引起床层局部超温。炉内浇注料大面积塌落或意外出现大块的燃料进入炉膛在床层沉积，影响流化和燃烧引起炉内结焦，排渣困难。
3 防止结焦的技术措施
3.1 锅炉启动前的检查
为确保床料流化正常，在每次锅炉启动前，都必须更换床料：①将锅炉内的铁块、大块矸石和其他杂物及时清除，防止沉积在风帽之间而影响流化风；②对风帽进行全面检查，更换磨损严重的风帽，保证风帽眼畅通，同时确保风帽在同一个水平面上，以使床料流化正常；③及时清理返料器，使返料系统工作正常；④加床料时，必须保证渣的粒度符合设计要求；⑤在启动前必须做好床料流化试验，确保整个床面流化一致，这是保证良好燃烧的前提。
3.2 点炉及运行过程中的防范措施
（1）投油枪点炉过程，床温达到450 ℃稳定燃烧后开始投煤，刚开始投煤时，遵循少量间断的原则以免造成爆燃现象。先单台给煤机点动少量给煤，等确认炉膛氧量下降、床温上升后才可再次并逐渐延长点动给煤时间、增加给煤量。在730 ℃以前，最好采用点动给煤，禁止连续给煤，投煤时机可参照氧量的变化进行。在800 ℃以前，投煤量一定不能超过10 t/h。
（2）启炉时回料腿由于回料温度较低、流动性差，容易出现回料腿堵塞。建议启炉时应密切观察回料腿温度、压力的变化，如温度不变，则应全开返料风调节阀门进行吹扫流化，吹
扫时应注意防止回料腿内的物料突然大量返回炉膛影响燃烧。
（3）适当加大一次风量、风压，将风室风压提高到8 kPa以上，是CFB锅炉良好流化、稳定运行的保证。为保证安全稳定运行，应在点火过程中保证布风均匀性，并注意在点火过程后期适时排渣。运行中的渐进性结焦在掌握操作技能、控制入炉颗粒大小尺寸后，也是可以避免的。避免低温结焦，最好的办法是保证易发地带流化良好，颗粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，这样温度均匀，可防止结焦。
（4）料层差压应控制在5～7 kPa之间。料层差压（料层的厚度）可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。锅炉运行中，如果料层差压超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开放渣管排渣：如不能清除，应立即停炉检修。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，不允许一次放过多的床料，不得用压风的方式降低料层差压。排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。
（5）床温控制。在运行过程中，一般应将料层温度控制在850～950 ℃。如料层温度过高，应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量，使料层温度降低；如料层温度过低，应采取相反的方法，使料层温度升高。一旦料层温度低于700 ℃，应做压火处理，待查明原因并排除后再启动。
3.3 锅炉停炉、压火的预防
锅炉在压火或停炉期间，较易发生低温结焦。因此时床料处于静止状态，如果锅炉本体及烟、风挡板密封不好，特别是在密相区出现漏风，床料中灼热的可燃物获得氧气便会发生燃烧。由于燃烧产生的热量不能及时带走，在扬火操作过程中，煤加得太多而流化风量不足也会使局部区域床料超温，进而导致结焦。
正确的处理方法：压火时将锅炉负荷降至最小值，停止排渣并保持较高的料位；停止给煤，减小二次风量；床温维持在850～900 ℃，待床温有下降趋势时，则停止二次风机、一次风机、返料风机和引风机，迅速关闭各风机进、出口阀以及风、烟道挡板和隔离门（锅炉与烟囱隔离），防止漏风。
3.4 设计结构调整
设计时适当选取布风板及床层阻力，基本保证锅炉在运行过程中床层流化均匀，避免大颗粒在布风板上沉积，保证布风均匀，流化质量良好，床层内无死区。另外使冷渣器的出力有足够的裕量，可通过改变炉内灰的驻留时间和床料构成，达到调节床温的目的，可选取采用成熟的水冷滚筒冷渣器，保证底渣冷渣的安全性和可靠性。
尽管循环流化床锅炉结焦原因众多，但只要能保证良好的流化质量，同时保证合理的风煤比，严格控制床温及料层差压等运行参数，循环流化床锅炉的结焦事故是可以预防的。
参考文献：
［1］刘德昌，阎维平.流化床燃烧技术［M］.北京：水利电力出版社，1995.
［2］牛勇.循环流化床锅炉设备［M］.北京：中国电力出版社，2007.
［3］刘德昌主编.流化床燃烧技术的工业应用［M］.北京：中国电力出版社，1998.
（编辑：王昕敏）
Circulating Fluidized Bed Boiler Coking Cause Analysis and Countermeasures
Ma Xinxi
Abstract: This paper describes a circulating fluidized bed boiler coking phenomenon, and this phenomenon is the reason put forward practical solutions and preventive measures have a role.
Key words: circulating fluidized bed boiler; coking cause analysis; control measures