循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因分析及預(yù)防措施
[摘要] 在電廠(chǎng)鍋爐運(yùn)行中，鍋爐結(jié)焦是一個(gè)長(zhǎng)期存在并且一直困擾著電廠(chǎng)鍋爐運(yùn)行人員的主要問(wèn)題。為了提高循環(huán)流化床鍋爐的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性，分析了循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的原因，認(rèn)為其主要因床料局部或整體溫度超過(guò)灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度，以及爐內(nèi)流化工況不良等所致。對(duì)此提出了改變?nèi)济航菇Y(jié)特性，嚴(yán)格控制運(yùn)行參數(shù)，盡量縮短壓火時(shí)間等措施，以避免循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦。
[關(guān)鍵詞] 1、床料 2、結(jié)焦 3、灰熔點(diǎn) 4、運(yùn)行參數(shù)
一、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的機(jī)理
鍋爐結(jié)渣是個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。它涉及煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)、煤的潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及煤灰與管壁間的粘附等復(fù)雜過(guò)程。
在燃料中都或多或少地含有灰分，特別是劣質(zhì)煤的含灰量較多。灰分狀態(tài)變化時(shí)經(jīng)歷三種溫度：變形溫度、軟化溫度、熔化溫度。其中軟化溫度在熔融特性溫度中為重要。在固態(tài)排渣煤粉爐中，火焰中心溫度高達(dá)1400℃ -1600℃。煤粉在爐膛內(nèi)燃燒后一部分灰在爐內(nèi)高溫環(huán)境下呈熔化或半熔化狀態(tài)。正常情況下由于水冷壁溫度相對(duì)較低，灰渣粒在接近水冷壁管之前，以輻射換熱的形式釋放熱量，其自身溫度迅速降低而凝固，最終可能在水冷壁管上形成一層疏松的積灰。在鍋爐運(yùn)行中積灰層自行脫落或通過(guò)吹灰器吹落灰層不至于發(fā)展為焦塊。若灰渣粒在到達(dá)受熱面前未得到足夠冷卻成為凝固狀態(tài)，而仍然具有較高粘結(jié)能力時(shí)，就容易粘附在受煙氣火焰沖刷的受熱面或爐墻上，產(chǎn)生結(jié)焦。一旦結(jié)焦發(fā)生，由于焦層的熱阻使得傳熱惡化，焦層表面因得不到充分冷卻而溫度很高，再加上焦層表面粗糙，爐內(nèi)灰渣粒更容易粘附上去，加速結(jié)焦過(guò)程的發(fā)展，從而形成更大的焦塊。
二、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的危害
1、鍋爐效率下降
受熱面結(jié)渣后，使傳熱惡化水冷壁的吸熱量降低煙氣溫度升高，造成排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降，燃燒器出口結(jié)渣，造成氣流偏斜，燃燒惡化，有可能使機(jī)械未完全燃燒熱損，化學(xué)未完全燃燒，熱損失增，在爐膛出口處結(jié)焦，使鍋爐通風(fēng)阻力增，廠(chǎng)用電量上升。使鍋爐的經(jīng)濟(jì)性變差。
2、影響鍋爐的出力
水冷壁結(jié)渣后，由于大量的結(jié)渣附著在水冷壁上，受熱面內(nèi)汽水混合物吸熱效果下降，如保持燃料量不變，則鍋爐的蒸發(fā)量將下降，爐膛出口煙溫升高，蒸汽出口溫度升高，管壁溫度升高。當(dāng)結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，通風(fēng)阻力的增，增引風(fēng)機(jī)出力，當(dāng)引風(fēng)機(jī)出力到大時(shí)被迫降低鍋爐出力。
3、影響鍋爐的安全性
結(jié)渣后過(guò)熱器處煙溫及汽溫均升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起管壁超溫，結(jié)渣往往是不均勻的，結(jié)果使過(guò)熱器熱偏差增，對(duì)自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性以及強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的水冷壁熱偏差帶來(lái)不利影響。爐膛上部結(jié)渣塊掉落時(shí)，可能砸壞冷灰斗水冷壁管，造成爐膛滅火或堵塞排渣口，使鍋爐被迫停止運(yùn)行，除渣操作時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，爐膛漏入冷風(fēng)太多，使燃燒不穩(wěn)定甚至滅火。鍋爐的大焦塊掉在冷渣機(jī)后，產(chǎn)生大量的水蒸氣，破壞冷渣機(jī)的水封，同時(shí)使?fàn)t底漏入大量冷風(fēng)，造成燃燒器區(qū)域，尤其是下排燃燒器區(qū)域煤粉火焰著火狀況的嚴(yán)重惡化，使?fàn)t膛負(fù)壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，超限而引起鍋爐滅火。
三、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦分類(lèi)
循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦一般分為高溫結(jié)焦、低溫結(jié)焦和漸進(jìn)性結(jié)焦3 種。
1、 低溫結(jié)焦就是當(dāng)床層整體溫度低于灰渣的變形溫度，由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)引起的結(jié)焦。常在起動(dòng)和壓火時(shí)的床層中發(fā)生，并有可能發(fā)生在高溫旋風(fēng)分離器的灰斗內(nèi)以及外置換熱器和返料機(jī)構(gòu)內(nèi)。
2、 高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時(shí)所形成的結(jié)焦現(xiàn)象。其特點(diǎn)是面積大，甚至波及整個(gè)爐床，而且從高溫焦塊表面上看是熔融的，冷卻后呈深褐色，質(zhì)地堅(jiān)硬，并夾雜少量氣孔。
3、漸進(jìn)性結(jié)焦是運(yùn)行中較難察覺(jué)的一種結(jié)焦形式主要因布風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量不好、給煤顆粒度超出設(shè)計(jì)值、運(yùn)行參數(shù)控制不當(dāng)、風(fēng)帽錯(cuò)裝或堵塞等所致。
這3種結(jié)焦類(lèi)型并不是明顯分離的，不論是哪種類(lèi)型的結(jié)焦一旦渣塊在床料中存在并隨著時(shí)間的推移，焦塊將越來(lái)越大，結(jié)果會(huì)堵塞排渣管甚至被迫停爐。
四、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象及分類(lèi)
循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象一般分為局部結(jié)焦和大面積結(jié)焦2種。
關(guān)于局部結(jié)焦的現(xiàn)象
1、結(jié)焦部分的床溫測(cè)點(diǎn)指示值偏高。
2、稀相區(qū)、爐膛出口溫度、排煙溫度和煙氣含氧量的指示值偏高。
3、床位指示增長(zhǎng)過(guò)慢，嚴(yán)重時(shí)床位降低。
4、爐膛負(fù)荷減少。
5、爐膛燃燒刺眼，有固定火舌出現(xiàn)。
關(guān)于大面積結(jié)焦的現(xiàn)象
1、一次風(fēng)機(jī)電流擺動(dòng)大、指示偏高，稍開(kāi)一次風(fēng)擋板，電流增長(zhǎng)幅度大。
2、床溫指示達(dá)到大。
3、稀相區(qū)、爐膛出口溫度、排煙溫度和煙氣含氧量的指示值偏高。
4、床位及一次風(fēng)出口風(fēng)壓指示值降低。
5、爐膛內(nèi)爐料不流化，燃料在床層表面進(jìn)行。
6、負(fù)荷、氣溫和氣壓急劇下降。
7、不下渣，正壓向外噴火星和黑煙。
五、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因分析
循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的主要原因是床料局部或整體溫度超過(guò)灰熔點(diǎn)或燒結(jié)溫度，以及爐內(nèi)流化工況不良等。
1、燃料的影響
若煤的灰熔點(diǎn)低，當(dāng)煤顆粒在爐膛內(nèi)較高溫度下熔化成液態(tài)或軟化狀態(tài)時(shí)，相互黏結(jié)，且自身燃燒放出的熱量無(wú)法及時(shí)傳出，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦。其次，運(yùn)行中給煤量過(guò)大，使料層中含煤量過(guò)多，料層溫度升高，燃燒氣氛更加趨于還原性氣氛，煤的灰粒容易達(dá)到熔融及軟化狀態(tài)而結(jié)焦。另外，煤種變化太大，燃料制備系統(tǒng)選擇不當(dāng)，煤粒度太大或粗顆粒份額較多也會(huì)嚴(yán)重影響床層的流化，導(dǎo)致密相區(qū)超溫而結(jié)焦。
2、運(yùn)行參數(shù)的影響
運(yùn)行中一次風(fēng)量太小或減風(fēng)至流化極限以下，會(huì)造成料層流化不好而出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的情況。一旦局部出現(xiàn)結(jié)焦就會(huì)黏結(jié)周?chē)念w粒而使結(jié)焦擴(kuò)大。這種情況主要發(fā)生在起動(dòng)過(guò)程中，因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)料層太低，風(fēng)量較小，整個(gè)料層未能均勻地達(dá)到較好的流化狀態(tài)。另外，料層差壓是一個(gè)反映燃燒室料層厚度的參數(shù)。在鍋爐運(yùn)行中，料層厚度大小會(huì)直接影響鍋爐的流化質(zhì)量，如料層厚度過(guò)大，有可能引起流化不好造成爐膛結(jié)焦或滅火。
3、返料影響
返料風(fēng)過(guò)小，或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞，或因料層差壓高放循環(huán)灰外泄失控等原因，返料無(wú)法正常返至爐內(nèi)都會(huì)造成床溫過(guò)高而結(jié)焦。若此時(shí)再通過(guò)加煤來(lái)維持壓力及汽溫，則床溫在返料未回爐膛及加煤的雙重作用下會(huì)急劇上升而導(dǎo)致床上結(jié)焦。若運(yùn)行中返料溫度過(guò)高，可能會(huì)造成返料器內(nèi)結(jié)焦。
4、結(jié)構(gòu)方面的影響
布風(fēng)板設(shè)計(jì)不良、風(fēng)帽布置不合理或風(fēng)帽損壞，造成布風(fēng)板布風(fēng)不均，會(huì)造成部分料層不流化而產(chǎn)生結(jié)焦。另外返料閥設(shè)計(jì)不當(dāng)，返料風(fēng)可能導(dǎo)致閥體內(nèi)可燃物的燃燒，從而使返料溫度升高造成返料器內(nèi)結(jié)焦。
5、點(diǎn)火過(guò)程中由于料層薄，床溫升漲過(guò)快，造成超溫。
6、熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于操作緩慢，造成爐料局部不流化。
7、點(diǎn)火過(guò)程中，單側(cè)煤氣點(diǎn)火裝置運(yùn)行，底料受熱不均，流化狀態(tài)破壞。
8、保溫磚脫落或風(fēng)帽脫落，床上有異物破壞流化。
9、運(yùn)行操作人員問(wèn)題。
六、循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦處理
電廠(chǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的作用是舉足輕重的，因此要保證發(fā)電量指標(biāo)的完成就要有穩(wěn)定的工作環(huán)境，最主要的就是鍋爐的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)燃燒。所以對(duì)鍋爐結(jié)焦這種現(xiàn)象的及時(shí)處理就顯的尤為重要。
1、局部結(jié)焦發(fā)現(xiàn)有焦塊，放渣口不下渣時(shí)，可適當(dāng)提高一次風(fēng)壓，并及時(shí)連續(xù)捅渣，直到下渣正常為止。
2、如煤質(zhì)配備不當(dāng)，應(yīng)匯報(bào)總調(diào)，并在上煤時(shí)改變配比，可適當(dāng)降低負(fù)荷運(yùn)行。
3、大面積結(jié)焦時(shí)，立即停爐。
4、根據(jù)要求，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻，冷卻后及時(shí)處理。
七、預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的措施
為了保證鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行，就必須要采取相應(yīng)的措施來(lái)阻止鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象的出現(xiàn)。
1、改變?nèi)济旱慕菇Y(jié)特性，保證良好而穩(wěn)定的入爐煤質(zhì)，入爐煤顆粒度符合要求。
2、在每次鍋爐起動(dòng)前認(rèn)真檢查風(fēng)帽、風(fēng)室，清理雜物。起動(dòng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行冷態(tài)流化試驗(yàn)，確認(rèn)床層布風(fēng)均勻，流化良好。
3、加快起動(dòng)速度，盡量縮短煤、氣混燒時(shí)間。點(diǎn)火初期當(dāng)床溫達(dá)到投煤溫度時(shí)，應(yīng)立即投煤，燃燒穩(wěn)定后果斷斷油。在事故處理過(guò)程中，也應(yīng)及時(shí)斷油，使煤油混燃時(shí)間縮短，避免結(jié)焦。
4、鍋爐起動(dòng)期間，返料裝置必須充滿(mǎn)灰后方可投入，以防風(fēng)反竄。點(diǎn)火初期先不投返料風(fēng)，待底料中的細(xì)灰充滿(mǎn)返料裝置后則應(yīng)開(kāi)返料風(fēng)，保證床內(nèi)有料。
5、點(diǎn)火過(guò)程中，床溫達(dá)到 500℃以上可加入少量的煤以提高床溫。剛開(kāi)始投煤時(shí)，不得過(guò)快過(guò)猛，遵循少量間斷的原則。如果加煤量過(guò)多，由于煤粒燃燒不完全，整個(gè)床料含碳量增一旦加大風(fēng)量，就會(huì)猛烈燃燒，床溫上升很快，甚至超過(guò)灰的軟化溫度，結(jié)果造成整床超溫結(jié)焦。點(diǎn)火給煤過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)底料局部發(fā)亮或底料溫度急劇升高，說(shuō)明底料有結(jié)焦的趨勢(shì)，則應(yīng)該減少給煤量，增加風(fēng)量避免結(jié)焦。
6、綜合考慮結(jié)焦和控制 NOx 的影響?yīng)ù矞貞?yīng)控制在850-950℃之間，高不應(yīng)超過(guò) 1000℃。通過(guò)調(diào)整風(fēng)煤配比及返料量控制。如因煤粒變粗或煤質(zhì)變差等原因引起床溫波動(dòng)，應(yīng)視情況適當(dāng)提高一次風(fēng)量來(lái)流化床層，抑平床溫，以免出現(xiàn)大顆粒沉積，造成局部或整體超溫結(jié)焦現(xiàn)象。如床溫幾點(diǎn)極不平衡或個(gè)別點(diǎn)極高，應(yīng)遵循就高不就低的原則及時(shí)進(jìn)行處理。國(guó)外的研究報(bào)告和國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，流化床中的結(jié)焦溫度比煤粉爐中低得多。一般情況下，流化床中溫度低于灰軟化溫度150 -250℃就開(kāi)始結(jié)焦，因此建議控制局部床溫不能高于950 -1000℃。另外在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如發(fā)現(xiàn)床溫突然下降，除了斷煤外，很可能是床料沉積，這時(shí)若增給煤量，反而會(huì)加劇沉積，使流化床的流化質(zhì)量變差，造成局部結(jié)焦。當(dāng)判明是床料沉積時(shí)，應(yīng)打開(kāi)冷渣排放管放渣，待床溫正常后適當(dāng)調(diào)節(jié)至較高負(fù)荷下運(yùn)行。變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也應(yīng)控制床溫在允許范圍內(nèi)，做到升負(fù)荷先加風(fēng)后加煤，降負(fù)荷先減煤后減風(fēng)，燃燒調(diào)節(jié)要平穩(wěn)避免床溫大起大落。
7、運(yùn)行時(shí)應(yīng)控制返料溫度高不能超過(guò)1000℃+ T%，溫度過(guò)高有可能造成返料器內(nèi)結(jié)焦，特別是在燃用較難燃的無(wú)煙煤時(shí)。因?yàn)榇嬖谌剂虾笕记闆r，溫度控制不好極易發(fā)生結(jié)焦。返料溫度可以通過(guò)調(diào)整給煤量和返料風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)，如溫度過(guò)高，可適當(dāng)減少給煤量并加大返料風(fēng)量，同時(shí)檢查返料器有無(wú)堵塞，及時(shí)清除。保證返料器的通暢。
8、料層差壓應(yīng)控制在5 -7kPa 之間。料層的厚度可以通過(guò)爐底放渣管排放底料的方法來(lái)調(diào)節(jié)。鍋爐運(yùn)行中如果料層差壓超出正常范圍，說(shuō)明流化不正常，下部有沉積或結(jié)渣，此時(shí)，可短時(shí)開(kāi)大一次風(fēng)，吹散焦塊，并打開(kāi)放渣管排渣，如不能清除，應(yīng)立即停爐檢修。采用人工放渣要及時(shí)，做到少放勤放，不允許一次放過(guò)多的床料，不得用壓風(fēng)的方式降低料層差壓。排出的爐渣有渣塊應(yīng)匯報(bào)司爐，排渣結(jié)束后排渣門(mén)要關(guān)閉嚴(yán)密。
9、運(yùn)行過(guò)程中，保持合理的風(fēng)煤配比及一、二次風(fēng)配比。運(yùn)行中一次風(fēng)量不得低于對(duì)應(yīng)料層厚度下的低臨界流化風(fēng)量，以保證床料流化正常。二次風(fēng)補(bǔ)充燃燒中氧的不足，其調(diào)整應(yīng)根據(jù)燃煤揮發(fā)分的高低隨負(fù)荷進(jìn)行。
10、壓火時(shí)首先關(guān)閉返料閥風(fēng)、二次風(fēng)機(jī)然后停止給煤機(jī)。待料層溫度比正常溫度降低 50 ℃左右時(shí)，立即停止一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，并迅速關(guān)嚴(yán)送風(fēng)門(mén)，使料層從流化狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止堆積狀態(tài)，與空氣隔絕，動(dòng)作越快越好。
11、對(duì)于高溫分離器，保證任何時(shí)候含氧量不低于 3-5 % 以降低飛灰可燃物含量，避免分離器和返料機(jī)構(gòu)內(nèi)發(fā)生二次燃燒而超溫。運(yùn)行中要定期察看返料的情況，監(jiān)視返料器床層的溫度是否正常。
12、應(yīng)確保合格的爐內(nèi)澆注料及耐火耐磨材料質(zhì)量及施工質(zhì)量，避免因澆注料等材料塌落而引起結(jié)焦。
八、結(jié)語(yǔ)
循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦不單會(huì)影響到鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至還會(huì)損壞設(shè)備。在流化床鍋爐運(yùn)行中，要認(rèn)真做好冷態(tài)試驗(yàn)，保證良好的流化質(zhì)量，同時(shí)要認(rèn)真調(diào)整好煤量、風(fēng)量，嚴(yán)格控制床溫及料層差壓等運(yùn)行參數(shù)，這樣可以避免流化床鍋爐結(jié)焦。（建湖公司 王建東）
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