循环流化床锅炉的运用及运行中的问题.docx

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循环流化床锅炉的运用及运行中的问题

循环流化床锅炉的运用及运行中的问题

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摘要

锅炉是电厂的重要组成部分，是将水加热成过热蒸汽的地方。

锅炉在运行起来的时候是比较危险的，在次高温次高压锅炉中，过热器出口蒸汽温度达到485℃，汽包工作压力达到5.83MPa。

如果发生事故，这些高温高压的蒸汽突然喷射出来，造成的破坏力可想而知。

所以锅炉的安全稳定运行是至关重要的，作为调整锅炉运行的人员很有必要学习研究锅炉的一些基本的知识，只有对锅炉设备的工作原理了解透了，对锅炉平时运行所常出现的一些问题掌握清楚了，在调整锅炉运行的时候才能做到游刃有余。

关键词：

锅炉，过热器，汽包，结焦

1前言

循环流化床锅炉采用流态化的燃烧方式，是介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。

自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用。

循环流化床锅炉是一种国际公认的洁净煤燃烧技术，以其燃料适应性广、脱硫效果好、NOx排放量低、负荷调节性能好等优点在我国燃煤电站中方兴未艾。

我国循环流化床锅炉技术已步入世界先进水平，循环流化床锅炉总装机容量也居世界第一位，但是，我国锅炉的脱硫现状还不很乐观，脱硫系统的可用率、锅炉脱硫效率不高，因此循环流化床锅炉的应用加工还存在不少问题，离国际先进水平有一定差距。

2循环流化床锅炉的特点

       由于循环流化床内气、固两相混合物的热容量比单相烟气的热容量大几十倍甚至几百倍，循环流化床锅炉中燃料的着火、燃烧非常稳定。

在床内沿炉膛高度所进行的燃烧和传热过程，基本上是在十分均匀的炉膛温度下（一般为850℃～900℃）进行的，从而可使循环流化床锅炉达到98%～99%的燃烧效率。

在钙与燃料中的硫摩尔比为115～215的情况下可以达到90%以上的脱硫效率。

由于循环流化床锅炉是低温燃烧，而且燃烧过程是在整个炉膛高度上进行的，所以可以方便地组织分级燃烧，因而可以有效地抑制NOx的生成，降低NOx的排放。

由于炉内气、固两相流对受热面的传热是在整个炉膛内进行的，不需在床内布置埋管受热面，因而完全避免了埋管的磨损问题。

而布置在炉膛出口外的高效分离器可将大部分固体颗粒从烟气中分离出来，大大减少了尾部烟道中烟气的粉尘浓度，减少了尾部受热面的磨损。

①燃料适应性强，由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%－3%，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。

②燃烧效率高，循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。

③脱硫率高，循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。

④氮氧化物排放低，这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点，其主要原因是：

一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成NOx；二分段燃烧，抑制氮转化为NOx，并使部分已生成的NOx得到还原。

⑤燃烧强度高，炉膛截面积小，负荷调节范围大，调节速度快。

⑥易于实现灰渣综合利用，由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。

⑦燃料预处理系统简单，其燃料的粒度一般小于12mm，破碎系统比煤粉炉更为简化。

3循环流化床内的燃烧加工过程

循环流化床锅炉的脱硫原理是在燃烧中加入适当比例和颗粒度的石灰石与燃料一起进行循环燃烧，加入的石灰石在炉内循环时间长，使石灰石磨得非常细的时候才会从分离器中飞到后面去。

循环流化床锅炉的燃烧温度是900℃左右，这一温度既能抑制二氧化硫的生成，又使石灰石能充分分解。

煤粒送入循环流化床内迅速受到高温物料和烟气的辐射而被加热，首先水分蒸发，然后煤粒中的挥发份析出并燃烧、最后是焦炭的燃烧。

其间伴随着煤粒的破碎、磨损，而且挥发份析出燃烧过程与焦炭燃烧过程都有一定的重叠。

循环流化床内沿高度方向可以分为密相床层和稀相空间，密相床层运行在鼓泡床和紊流床状态。

循环流化床内绝大部分是惰性的灼热床料，其中的可燃物只占很小的一部分。

这些灼热的床料成为煤颗粒的加热源，在加热过程中，所吸收的热量只占床层总热容量的千之几，而煤粒在10秒钟左右就可以燃烧（颗粒平均直径在0～8mm），所以对床温的影响很小。

 3.1循环流化床内煤的燃料着火

流化床内燃料着火的方式，固体质点表面温度起着关键作用，是产生着火的点灶热源，这类固体近质点可以是细煤粒，也可以是经分离后的高温灰粒或者是布风板上的床料。

当固体质点表面温度上升时，煤颗粒会出现迅猛着火。

另外，颗粒直径大小对着火也有很大的影响，对一定反应能力的煤种，在一定的温度水平之下，有一临界的着火粒径，小于这个颗粒直径，因为散热损失过大，燃料颗粒就不能着火，逸出炉膛。

  3.2循环流化床内煤的破碎特性

煤在流化床内的破碎特性是指煤粒在进入高温流化床后粒度急剧减小的一种性质。

但引起粒度减小的因素还有颗粒与剧烈运动的床层间磨损以及埋管受热面的碰撞等。

影响颗粒磨损的主要因素是颗粒表面的结构特性、机械强度以及外部操作条件等。

磨损的作用贯穿于整个燃烧过程。

煤粒进入流化床内时，受到炽热床料的加热，水份蒸发，当煤粒温度达到热解温度时，煤粒发生脱挥发份反应，对于高挥发份的煤种，热解期间将伴随一个短时发生的拟塑性阶段，颗粒内部产生明显的压力梯度，一旦压力超过一定值，已经固化的颗粒表层可能会崩裂而形成破碎；对低挥发份煤种，塑性状态虽不明显，但颗粒内部的热解产物需克服致密的孔隙结构都能从煤粒中逸出，因此颗粒内部也会产生较高的压力，另外，由于高温颗粒群的挤压，颗粒内部温度分布不均匀引起的热应力，这种热应力都会引起煤颗粒破碎。

煤粒破碎后会形成大量的细小粒子，特别是一些可扬析粒子会影响锅炉的燃烧效率。

细煤粒一般会逃离旋风分离器，成为不完全燃烧损失的主要部分。

破碎分为一级破碎和二级破碎，一级破碎是由于挥发份逸出产生的压力和孔隙网络中挥发份压力增加而引起的。

二破碎是由于作为颗粒的联结体——形状不规则的联结“骨架”（类似于网络结构）被烧断而引起的破碎。

煤的破碎发生的同时也会发生颗粒的膨胀，煤的结构将发生很大的变化。

一般破碎和膨胀受下列因素的影响：

挥发份析出量；在挥发份析出时，碳水化合物形成的平均质量；颗粒直径；床温；在煤结构中有效的孔隙数量；母粒的孔隙结构等。

4循环流化床锅炉发展中存在的一些问题及加工剖析

       由于循环流化床锅炉炉膛没有设置埋管，不存在磨管现象。

也不存在点火时有一部分热量被水冷系统带走的问题，点火启动，停炉都比较方便。

冷炉状态20分钟炉子就可以点着，热炉状态只用5到6分钟，一般压火24小时没有问题，环境污染小。

由于循环流化床锅炉的低温燃烧特性，二氧化硫和氮氧化物排放浓度非常低（氮氧化物的生成温度约为1000℃，其排放浓度可控制在200PPM以下），是链条炉和煤粉所不容易实现的。

由于循环燃烧使它的炉渣几乎不含碳，呈黄褐色小颗粒，可以作为水泥制品的掺和料。

并相对减少了总出渣量。

4.1国内目前已运行的循环流化床锅炉遇到的主要问题有：

①炉蒸发量不到设计的额定值；②高温分离器和物料返送器内结焦；③耐火材料和受热面磨损；④锅炉排烟温度偏高。

上述四点主要问题中最根本的问题是锅炉额定蒸发量达不到设计值，分析其锅炉出力不足有如下一些原因：

   流化速度低，飞灰循环流量不够。

另外，飞灰分离装置效率不高，亦致使床内粒子循环流量不够。

所以实际运行的传热效果与设计计算中的传热系数值偏移较大。

   1）浓相床与悬浮段受热面布置不洽当或有矛盾，特别是在烧劣质煤时，浓相床内没有布置热面不足时，锅炉负荷高时则床内超温，这无形中限制了锅炉负荷的提高。

   2）煤的筛分范围过宽；在浓相床，稀相床内燃烧份额；一二次比风例的选取与设计的传热系数值不协调等，亦是造成锅炉出力不足的原因之一。

   3）辅机的选取如鼓风机，引风机流量，压头选择不当也将影响锅炉出力。

解决循环流化床锅炉蒸发量不足问题，要对具体情况作具体分析，一般可采取以下几个措施：

   4）增加床内受热面

   5）减少煤的筛分范围

   6）若是床内粒子循环流量小，则可提高飞灰回收装置的效率：

或将锅炉尾部过滤灰投入再循环燃烧：

或从系统外补充细灰等。

   7）确产因鼓风机，引风机选择不当，则要更换压头，容量大些的风机。

设计时适当选用大一些的风机，对试运行时调整是有利的。

4.2锅炉调试及运行中的控制重点：

4.2.1流化不良的预防方法：

①必需保证布风板风帽小孔的畅通，这就要求在加床料之前把风帽小孔及床面清理干净；②运行后一次风量必需大于临界流化风量；③升温升压过程中，控制升温速度，防止炉内耐磨耐火材料脱落堵塞风帽；④原煤粒度控制在6～10mm之间，避免因为原煤粒度过大流化不良；⑤控制燃煤中矸石及铁块的含量，定期将大颗粒物料排除，确保流化良好。

⑥在升负荷及调整过程中，加煤和调风不能猛增猛减。

4.2.2循环流化床锅炉结焦的原因分析

结焦分为高温结焦和低温结焦．高温结焦是由于运行中温度过高，床料燃烧异常猛烈，温度急剧上升，当温度超过灰的熔化温度T2时就会发生高温结焦-{氐温结焦则是因为流化不良使局部物料达到着火温度，但此时的风量足以使物料迅速燃烧，但不能充分的沸腾移动，致使局部物料温度超过灰熔点T2，如不及时处理就会发生结焦．如何控制低温结焦和高温结焦呢?

高温结焦主要的原因是启动过程和正常运行中，给煤过多过快未及时加大一、二次风量，加减煤和风时大起大落，风和煤比例失调，监盘不认真或调整不当造成床料超温，放渣过多造成料层太薄，造成床温忽上忽落不稳定，返料器回送装置返料不正常或堵塞，运行中热工控制系统不完备，仪表配置不合理。

测点不足，司炉盲目操作等。

低温结焦主要的原因是一次风过小和局部区域故障，在低于临界流化风量运行，点火前，没有常规做冷态临界流化试验，运行操作心中无数，在运行中没有根据床层压差值进行分析和放渣，造成料层太厚，造成流化形成泡状状态，局部区域故障系锅炉耐火材料脱落，耐火材料大面积脱落或炉膛内有异物，破坏高温返料器工作或锅炉床料流化不良，还有风帽损坏较多或风帽堵塞，渣漏至风室造成风量分配不均．均会导致物料不能充分流化，床料超温而结焦。

锅炉在压火期间，很易造成低温结焦的．因床料处于静止状态，如果锅炉本体及烟、风挡板不严密、特别在密向区漏风，灼热的床料中的可燃物获得

氧气，便会产生燃烧．由于燃烧产生的热量不能及时带走，在扬火操作过程中，煤量加太多，流化风量不足也是使局部区域床料超温而结焦。

4.2.3超温结焦的预防控制方法：

循环流化床锅炉一旦产生结焦，便会迅速增长，焦块长大速度越来越快，

因此预防结焦和及早发现结焦及处理是运行人员必须掌握的。

1、保证良好的流化工况，防止床料沉积

1）保证临界流化风量，必须在每次锅炉启动前，应认真检查风帽、风室，清

理杂物，启动时，应进行冷态临界流化试验，确认床层布风均匀，流化良好，床料面平正

2）确保燃烧系统正常运行，给煤粒度符合设计0—13ram要求，随时查看入

炉煤粒情况并加强煤控联系。

3）严格控制料层差压，均匀排渣．采用人工放渣要及时，做到少放勤放．若

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．定期对水冷风室和返料器风室进行放灰．保证水冷风室和返料器小风室不堵灰。

4）认真监测床底部和床中部温差，如果温差超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣。

此时可开大一次风增大流化风量，并打开热渣管排渣：

如不能清除，应立即停炉检修

5）严格控制高温旋风筒下部和返料器温度，随时调节返料增压风机的压

力和风量。

确保返料器工作正常。

4.2.4磨损及其预防措施

循环流化床锅炉中高速度、高浓度、高通量的流体或固体颗粒以一定的速度和角度对锅炉受热面和耐火材料的表面进行冲击，会造成锅炉金属部件磨损，加