CFB鍋爐結焦的原因分析

【摘要】循環(huán)流化床鍋爐向大型化、高參數(shù)發(fā)展已經(jīng)是大勢所趨，但是大型的循環(huán)流化床鍋爐從設計、制造和運行方面都不成熟，如磨損、密封、結焦、出力達不到額定值等經(jīng)常存在，只有在使用中總結經(jīng)驗不斷改進。

關鍵詞：循環(huán)流床鍋爐原因結焦床溫

1.前言

近年來，隨著節(jié)能減排意識的提高和國內(nèi)環(huán)保法治的不斷完善，循環(huán)流化床鍋爐作為高效清潔的燃燒技術，正在向大容量、高參數(shù)方向快速發(fā)展，相繼投產(chǎn)了一批135MW級的440T/H的循環(huán)流化床鍋爐，還有相當數(shù)量的300MW等級的1025T/H循環(huán)流化床鍋爐投入運行。在調(diào)試、運行中，不少循環(huán)流化床鍋爐發(fā)生了爐內(nèi)結焦。華亭電廠的兩臺循環(huán)流化床鍋爐是東方鍋爐集團公司生產(chǎn)的DG480/Ⅱ2型，#1爐于2006年12月投入運行，#2爐于2007年4月投入運行，#1爐在投入商業(yè)生產(chǎn)后發(fā)生了一次大面積的非常嚴重地結焦，這次結焦是一次典型的經(jīng)驗不足、設備本身特點等造成的低溫結焦，現(xiàn)此次爐內(nèi)結焦進行探討、分析。

2.華亭電廠CFB鍋爐的設計特點

華亭電廠#1、2爐是東方鍋爐集團公司在消化吸收及引進先進CFB鍋爐技術的基礎上，總結了第一、二代135～150MW等級循環(huán)流化床鍋爐的成功經(jīng)驗，結合本公司在125MW、200MW、300MW、600MW大容量煤粉爐機組開發(fā)、設計制造方面的豐富經(jīng)驗，自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的第三代國產(chǎn)135～150MW等級的循環(huán)流化床鍋爐，采用床下點火，左右各二支油槍。燃料采用#0輕柴油和兩級破碎輸煤系統(tǒng)，配一級給煤系統(tǒng)六臺給煤機的前墻給煤方式，并配有獨立的石灰石脫硫系統(tǒng).設計煤種為華亭煤業(yè)集團的華亭煤礦、硯北煤礦、陳家溝煤礦的原煤篩選產(chǎn)生的煤矸石。設計允許煤的最大粒徑為≤9mm，d50=,校核煤種為灰份較大的煤矸石。設計啟動床料為石灰石顆粒或爐渣，設計煤種的特性如表一

3.結焦的原因分析

結焦的過程

2007年8月10日00：34，#1爐開始點爐，一次風量為10萬Nm*3/h，啟動床料為爐渣，床料厚度為650mm，床壓為/。03:50開始脈沖投煤，床壓為/，一次風量為12萬Nm*3/h，密相區(qū)床溫最高點為430℃、平均床溫為390℃；04：20開始連續(xù)投煤，密相區(qū)床溫最高點為700℃、平均床溫為480℃。連續(xù)投煤后床壓開始下降，由/至05：43降為/，此時一次風量為15萬Nm*3/h，在這一過程中，密相區(qū)床溫最高點在950℃以下，應該是正常的，只是床壓有點低，床料太少。05：43至06：00爐膛右側(cè)床壓開始急驟下降為1KPa后基本保持不變，并且密相區(qū)部分床溫迅速上升，運行那臺給煤機，對應的密相區(qū)床溫超過1000℃，最高達1200℃只能用切換給煤機來控制床溫，并且床溫偏差很大；07：58至08：46，爐膛左側(cè)開始急驟下降為后基本保持不變，密相區(qū)床溫發(fā)生了同爐膛右側(cè)一樣的變化。由于床壓低，18：00，#1機才帶60MW的電負荷，密相區(qū)部分床溫在1000℃以上，最高達1200℃，被迫減出力來降低密相區(qū)床溫；18：50，相繼有三臺給煤機內(nèi)堵滿煤跳閘，直至21：16其余三臺給煤機內(nèi)堵滿煤相繼跳閘，被迫停爐，由于床壓一直顯示低，沒有啟動冷渣器排渣。11日09：00，打開人孔門時才確認爐內(nèi)大面積結焦，爐膛兩側(cè)人孔門被焦塊堵死，在清理焦塊時發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)左右兩側(cè)結焦非常嚴重，最厚達，布風板中間結焦較薄，而且松軟，爐膛四面墻壁上不同程度的粘有焦塊，落煤口基本被焦塊堵死。

序類項目符號單位數(shù)值號別設計煤種校核煤種1燃煤成分收到基碳Car％收到基氫Har％收到基氧Oar％收到基氮Nar％1073收到基硫Sar％收到基灰份Aar％全水份War％干燥基無灰基揮發(fā)份Vdaf％低位發(fā)熱量Qnet,arMJ/kg2灰熔點變形溫度T1℃12201260軟化溫度T2℃12501280熔化溫度T3℃12601290

表一

結焦的原因分析

床壓測點布置不同，造成運行人員誤判斷

華亭電廠的床壓測點布置在爐膛左右兩側(cè)墻上，并且距布風板100mm，運行人員沒有掌握床壓測點的布置特點，造成結焦程度的加劇、結焦面積的擴大。

根據(jù)床壓測點的布置位置及一些數(shù)據(jù)分析，06:00右側(cè)床壓降為1KPa后基本保持不變，密相區(qū)部分床溫在1000℃以上，最高達1200℃，這時爐膛右側(cè)已經(jīng)結焦，床壓測點距布風板有一定距離，床壓測點被掩埋在焦塊中，無法測到風壓，所以床壓隨結焦的程度加重而變小，如果床壓測點布置在布風板上緊貼布風板，結焦后床壓值變大；同樣08：46以后爐膛左側(cè)床壓為基本保持不變，爐膛左側(cè)也已經(jīng)結焦。爐膛左右兩側(cè)結焦后，大量的一次風從布風板中間進入爐膛，暫時性的維持爐膛中部的流化狀態(tài)，使鍋爐維系運行，但是由于持續(xù)的高床溫，爐膛中部的小焦塊被吹起落在了基本沒有一次風的爐膛左右兩側(cè)，使爐膛左右兩側(cè)的結焦加劇，最終形成一個爐內(nèi)左右兩側(cè)高中間凹陷的形狀；有一少部分焦塊被吹起后，粘著在落煤口，造成給煤機堵煤跳閘。

煤質(zhì)發(fā)生變化，致使投煤時對密相區(qū)床溫選擇不合適

根據(jù)以前多次的啟動經(jīng)驗，一般密相區(qū)床溫最高點在420℃以上，密相區(qū)平均床溫在370℃以上，對應密相區(qū)高點床溫給煤機脈動投煤，所用煤質(zhì)為：收到基低位發(fā)熱量基本為20MJ/kg左右，收到基揮發(fā)份為24～28％，啟動很順利。由于電量送出受線路限制6月26日#1爐停爐備用，停爐時煤倉煤位高，8月10日啟動時還是按照以前的經(jīng)驗投煤，停爐時間長，煤質(zhì)發(fā)生了很大的變化：收到基低位發(fā)熱量為/kg，收到基揮發(fā)份僅為％。煤中揮發(fā)份的析出分兩個階段：第一穩(wěn)定析出階段在500～600℃，第二穩(wěn)定析出階段在800～1000℃；由于煤在煤倉內(nèi)堆放時間較長，第一穩(wěn)定階段的揮發(fā)份的份額減少，保證了密相區(qū)床溫在低溫時穩(wěn)定升高，但是大量的煤進入爐膛沒有燃燒，隨著爐內(nèi)溫度的不斷升高，在密相區(qū)床溫高點，煤的第二穩(wěn)定析出階段開始進行，高份額的揮發(fā)份和大量的焦炭參與燃燒，使密相區(qū)部分床溫迅速上升超過1000℃，高溫區(qū)許多煤快速熔化和沒有燃燒的煤粘接在一起，形成焦塊。清理爐內(nèi)焦塊時，爐左右兩側(cè)焦塊內(nèi)大部分是煤粘接在一起，又黑又硬，爐膛中部松軟的部分基本是煤，如圖一、圖二所示。

啟動床料粒徑的影響

華亭電廠正常運行時入爐煤的粒徑分布大概為：8～13mm為％，6～8mm為3％，3～6mm為20％，1～3mm為30％，1mm以下的為45％；正常運行產(chǎn)生的爐渣粒徑分布大概如表二所示，根據(jù)多次啟動的經(jīng)驗，將正常運行產(chǎn)生的爐渣不做任何處理，直接作為啟動床料，收到很好的效果，但在這次啟動前將正常運行產(chǎn)生的爐渣進行篩分，篩去了爐渣中的大顆粒后作為啟動床料，并且將返料器內(nèi)的大量細灰加入爐內(nèi)。啟動床料粒徑的大小，對流化質(zhì)量的好壞影響很大。床料顆粒太細，顆粒間的粘著力大，床料的密度加大，流化風量小，流化不良，容易出現(xiàn)溝流現(xiàn)象，造成結焦；流化風量大，在點爐過程中隨著床溫的不斷升高，一次風速加快，容易將大量的床料帶出爐膛，導致床壓不斷降低，床料減少，爐內(nèi)床料太少，不能在爐內(nèi)形成正常的內(nèi)循環(huán)，并且床料中可燃成份大大超標，一旦遇到高溫點，發(fā)生快速結焦。從這次結焦中應證了這些情況，焦塊中基本是煤，如圖一所示。

鍋爐設計中存在一定缺陷

煤粉爐有爐內(nèi)火焰監(jiān)測裝置，能夠很好的了解爐內(nèi)燃燒情況，便于運行人員調(diào)整。循環(huán)流化床鍋爐由于其燃燒原理的特殊性、復雜性，至今還沒有可利用的觀察爐內(nèi)燃燒情況的裝置，只能采用最原始的在爐膛合適位置裝設觀火孔，以便運行人員了解爐內(nèi)燃燒情況。華亭電廠兩臺循環(huán)流化床鍋爐沒有設計觀火孔，使運行人員無法了解爐內(nèi)燃燒情況，對爐內(nèi)燃燒情況的分析和判斷十分的不利，造成爐內(nèi)結焦進一步擴大。

合計篩上所剩渣樣的重量篩上所剩渣樣重量占總樣重量的百分比

表二

一次風量測點不準確

一次風量是循環(huán)量化床鍋爐在運行中十分重要的參數(shù)，它不但關系到機組的經(jīng)濟性，更重要到關系到機組的安全性。8月10日點爐前所做流化風量為9萬Nm*3/h，點爐時一次風量為10萬Nm*3/h，開始脈沖投煤時一次風量為12萬Nm*3/h，連續(xù)投煤時一次風量為15萬Nm*3/h，按照這些風量值，正常點爐是不會結焦。但是，這次結焦停爐后，一次風量仍顯示8萬Nm*3/h，焦塊清理后準備啟動，一次風量在12萬Nm*3/h，床料基本不流化，一次風量在13萬Nm*3/h時，床料才開始流化，熱工將一次風量測點校核后，一次風量在5萬Nm*3/h床料已經(jīng)流化良好。要認識到一次風量的重要性，一次風量偏大，容易將床料帶出爐膛，形成空床；一次風量偏小，大顆粒的床料沉積在布風板上，引起流化不良，所以啟動前要對一次風量做準確的校核。

4.結束語

循環(huán)流化床鍋爐結焦有設計、制造、運行等多方面的因素。運行方面主要除一次風量的配比、煤質(zhì)的變化、燃料粒徑的大小、床料粒徑的大小，還有返料不暢、耐磨澆注料脫落、