循环流化床锅炉循环回料不稳原因分析及建议
本文介绍CFB锅炉飞灰循环系统在点火过程中循环回料不稳定，对锅炉运行造成影响的原因分析，为锅炉飞回灰循环系统的运行稳定寻找合适的方法和途径。1. 系统介绍 我公司热电厂有三台220t/h循环流化床锅炉，于2002年建设施工，2003年投入生产运行。锅炉指标参数、性能概述如下： 220t/h循环流化床锅炉系高温高压参数（9.81MPa,540℃）、单汽包、自然循环蒸汽锅炉，采用循环流化床燃烧方式，物料分离采用高温绝热旋风分离，平衡通风。 锅炉主要由四部分组成：燃烧室、高温旋风分离器、自平衡U型密封返料阀和尾部对流烟道。燃烧室位于锅炉前部，四周和顶棚布置有膜式水冷壁，以保证炉膛气密性。底部为略有倾斜的水冷布风板，布置有大直径钟罩式风帽。炉膛上部与前墙垂直布置有四片水冷屏和四片二级过热器，以提高辐射传热。燃烧室后有两个平行布置的高温绝热旋风分离器，直径φ5160mm，内衬耐磨绝热材料。密封返料阀位于旋风分离器下部，与燃烧室和分离器相连接，回料采用自平衡方式，流化密封风采用高压风机单独共给。燃烧室，旋风分离器和密封返料阀构成了物料粒子循环回路，煤与石灰石在燃烧室完成燃烧及脱硫反应。尾部对流烟道在锅炉后部，烟道上部的四周及顶棚由包墙过热器组成，其内沿烟气流程依次布置有过热器和一级过热器，下部烟道内，依次布置有省煤器和卧式空气预热器，—、二次风分开布置。 锅炉采用单段蒸发系统，下降管采用集中与分散相结合的供水方式。过热蒸汽温度采用二级给水喷水减温调节。锅炉布置在主厂房DE间隔，炉本体采用紧身封闭方式,8m运转层下按全封闭设计，设有炉顶小间。锅炉构架采用全钢焊接结构，按7度地震裂度设计。 锅炉采用支吊结合的固定方式，除旋风分离器和空气预热器为支撑结构外，其余均为悬吊结构。为防止因炉内爆燃引起水冷壁和炉墙的破坏，锅炉设有刚性梁。锅炉分别将炉膛中心线、旋风分离器中心线、为部烟道中心线设置成膨胀中心，以膨胀中心为原点自由膨胀，在分离器、炉膛、回料阀、尾部烟道的连接处设有非金属膨胀节，以解决热位移密封问题，确保锅炉密封严密。 锅炉燃烧系统采用前墙四点给煤，炉前煤斗里的煤经称重皮带给煤机送入炉前刮板给煤机，经落煤管进入炉膛，为防止正压烟气反窜入给煤系统，在给煤系统中通入二次风正压密封。 石灰石系统采用正压气力输送，由石灰石风机将日用仓内的石灰石经送风管路送入二次风管道进入炉膛和回料阀斜腿。 锅炉排渣由床面两个排渣孔进行，高温灰渣经两台滚筒冷渣器冷却，再将低温灰渣送入除渣系统。 锅炉配风设有一次风机、二次风机、高压风机、石灰石风机及引风机，采用平衡通风方式，压力平衡点设在炉膛出口。 锅炉点火系统采用床下联合启动方式，床上布置四支启动燃烧器，床下布置两支热烟气发生器，具有热效率高，加热均匀，启动速度快、点火可靠性高等优点。2. 灰循环系统问题 2006年12月16日在锅炉点火过程中，锅炉出现回料波动。当时锅炉炉膛中部床温点温度过高，锅炉出口温度、旋风分离器进出口温度偏低，灰循环回料温度低，灰料压力低，且时有波动。3. 问题分析3.1 CFB锅炉物料分析。 CFB锅炉的物料分布可分四种形式：飞灰、底渣、内循环和外循环物料。其中，内循环物料和外循环物料平衡的实现是CFB锅炉运行的关键，如果回料不稳或突然停止工作，会造成炉内循环物料量不足，气温、气压床温难以控制，危及正常的运行。而造成外循环回料不稳的原因，除浇筑料脱落堵塞外，最为重要是锅炉循环灰量不足致使烟气短路，难以建立连续稳定的外循环物料平衡。如不加以重视及时采取措施加以调整，后果将十分严重。3.2锅炉点火启动过程分析 分析锅炉点火启动过程中，循环灰量不足的原因很简单，因为当我们在锅炉点火启动前，炉料是一定的，有700mm厚，锅炉升温前5小时是不投煤的，就没有介质进入炉内，来补充随烟气连续不断被带走的循环灰量，而此时燃烧室内所剩的炉料以大颗粒居多（这也是这一次发生床温波动的主要原因），加之我们在点火初期一般一次风量控制的不够准确，使大量飞灰扬析随烟气又进一步被带走，那么被烟气被带走的循环灰都那里去了呢？都积存在返料阀内了，因为我们在点火启动初期返料阀是空的，只有当返料阀内达到一定厚度的料位后，才能建立起良好的循环，为什么这样讲呢？让我们首先来了解一下回料阀、回料立管、高压风机的作用和运行特性。 3.2.1 U回料阀 实际是一个小流化床，回料风由下部两个小风室通过流化风帽进入阀内，运行中高压风通过、图1；a1、a2进入风室通过布风板、风帽流化U型阀内的物料。U型阀属于自平衡阀，既流出量与进入量自动调节，阀本身调节流量的功能较弱。它还有一个最为重要的作用是：用以回料密封。3.2.2回料立管 立管的作用是输送物料、系统密封、产生一定的压头避免炉膛烟气反串，与回料阀、高压风机配合使物料能够由低压向高压（炉膛）处连续稳定地输送。3.2.3高压风机 高压风机是一种高压头低风量设备，有较高的压头并且具有阻力增加，风机压头增加的特点来克服炉堂内的高压，实现物料连续稳定的输送。低风量是为了避免高温物料在回料阀内结焦。3.3回料不稳原因分析3.3.1回料循环的建立 其中一条最为重要的作用：“回料密封”，炉膛内的高压5将返窜，造成烟气短路，从而阻碍正常的飞灰循环。 B1段为回料立管，当外循环灰进入立管中物料的自重B1B2时才能使循环灰进入到U型阀内，但此时进入U型阀内的循环灰量较少还难以输送回炉膛内，只能在U型阀内积存，而此时又将形成上述所讲的几次或十几次的循环，使U型阀内积存一定量的循环灰量最终只有当、B1=B2或、B1≥B2时才能建立起良好稳定的外循环物料平衡。3.3.2回料阀的自平衡 根据上述的分析和U型阀的特性，让我们再次试分析：当U型阀内如果在图中B2段存有厚度一定的料层时，在高压风机的作用下，料位膨胀被流化，（它是决不会被吹空的，我们曾经在停炉时做过实验，两台高压风机同时启动运行很长时间后，打开U型阀内还是存有B2段厚度的循环量）假如我们将U型阀B2段内原有的存灰比作是被，“膨胀流化的水”、既“连通器”原理。那么当分离器被分离下的循环灰，由回料立管B1≥B2连续不断地进入U型阀（既“连通器”原理）返回炉内，从而建立起良好的外循环回路，实现其原有的设计理念，“U型阀属于自平衡阀，既流出量与进入量自动调节”。3.3.3回料不稳现象 由此又使我们联想到，曾经正常运行时出现过的几次回料不稳时，主要出现在锅炉减负荷过急、过快，原因当外循环灰量突然减少时立管中物料的自重、B1B2时使高压风机阻力增加压头增高、B1段物料大量返回炉内，从而使B1段压力又小与B2段造成返料不稳，形成恶性循环。只有当、B1=B2或、B1≥B2时才能建立起良好稳定的外循环物料平衡，在调整时不能急噪要循序渐进，也许需要数小时的调整才能使外循环物料平衡稳定。3.3.4回料循环不稳定的影响 通过在点火启动过程中，旋风分离器入口温度比较低并且温升缓慢，也可以证明被分离器分离的循环灰，滞留在U型阀内没能回送炉膛燃烧室参与灰循环，如果有循环灰来参与灰循环，旋风分离器入口温度势必将随着床温度的提高而提高，因为是循环灰将温度带到旋风分离器入口，而在我们点火启动初期，未投煤时分离器入口与床温偏差极大，不利于分离器温升控制，也势必造成分离器开裂、脱落情况的发生。3.3.5电厂锅炉循环回料系统情况 根据电厂锅炉点火启动过程的经验，也可以证明我们在点火启动过程中造成回料不稳定，是和回料阀清空没有一定厚度料位是有关系的。以吉林市东关电厂、辽宁大连香海电厂、辽宁盘锦电厂的点火启动过程来看。吉林市东关电厂点火启动过程及正常运行时从未出现过，回料波动现象的发生，他们一般锅炉小修情况时，对U型回料阀内的存灰，是从不进行清理的，全部留着再次点火启动时使用，所以从未发生过回料不稳定情况的发生，盘锦电厂也是如此进行的。大连香海电厂，点火床料比较细，一般都在5mm以下，并且在点火启动过程中还得根据床压表计变化，对锅炉进行两次补装床料，来补充循环灰量的不足和床料的缺失，大连香海电厂，自行设计了床料补装口，锅炉点火启动过程中即可进行补料工作，十分方便，所以他们在点火启动过程中，也从未出现过回料波动现象的发生。4. 避免回料不稳措施建议4.1循环灰的留用 如果未出现分离器、回料立管、U型阀、内浇注料脱落现象发生的情况，对U型阀内存灰不进行清除工作，留着下次点火启动时使用。如果有类似回料波动的情况，进行回料阀清理、修补、检查后，将细灰留存，重新投入炉膛使用。4.2启动风量调整 对回料阀不进行清理工作，再次点火启动过程中，有可能出现的问题是点火生温速度慢。我们可以采取减一次风量，增加点火油压的方法解决。因为我们历次点火启动过程的一次风量裕量较大，高温烟气都随着炉膛负压被带走，存于炉料中用于加热床料的热量非常少。5. 结论 物料在CFB锅炉内的分布可分为四种形式：底灰、飞灰、外循环物料和内循环物料。CFB锅炉的物料平衡可以进一步认为是内循环和外循环物料的平衡。CFB锅炉点火启动过程中，出现回料波动时，在调整时不能急躁，要循序渐进，也许需要数个小时的调整才能使循环灰系统的外循环物料平衡稳定。 [作者:吉林燃料乙醇公司热电厂工程师 高自强 高级技师 曹桂林]
