循環流化床鍋爐運行問題探析

劉金鵬，田 軍

久泰能源有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017100

因為自循環流化床鍋爐的出現循環流化床燃燒技術已廣泛應用于世界。循環流化床鍋爐是一種國際公認的清潔煤燃燒技術，其廣泛的適應性，良好的脫硫效果，低NOx 排放，方興未艾的燃煤電廠的負載調節性能優勢。循環流化床鍋爐技術已進入世界先進水平，循環流化床鍋爐的總裝機容量也居世界第一，但鍋爐脫硫的現狀并不十分樂觀的脫硫系統，鍋爐的可用性脫硫效率不高，所以循環流化床鍋爐還存在許多問題，與國際先進水平還有一定的差距。

1 循環流化床鍋爐簡介

循環流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術的基礎上發展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區別在于爐內流化風速較高（一般為4 m/s～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細小固體顆粒，經分離器分離后，再送回爐內燃燒床上循環燃燒。循環流化床鍋爐可分為兩個部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、煙氣氣固物料分離器、固體物料再循環設備和外置熱交換器（有些循環流化床鍋爐沒有該設備）等組成，上述部件形成了一個固體物料循環回路。第二部分為對流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器等，與其它常規鍋爐相近。

循環流化床鍋爐燃燒所需的一次風和二次風分別從爐膛的底部和側墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。

被一次風吹起來處在懸浮狀態的床上大顆粒，這部分具有流體的性質，被吹走的為小顆粒，氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛，這部分成了循環燃燒，于是得名循環流化床鍋爐工作原理。

2 爐膛爆炸事故

鍋爐爐膛或煙道內燃料突然強烈燃燒或熄火，燃氣壓力驟增或驟減，超過爐墻或煙道內所能承受能力而造成破裂的事故。有外爆和內爆兩種，前者是爐膛或煙道內聚集的可燃混合物被引燃，導致急劇不可控的爆炸性燃燒，燃氣體積迅速膨脹，使爐墻或煙道向外爆裂。后者是爐膛滅火，煙氣體積隨溫度降低迅速減小，這時，如送、引風機調整不當引風機抽力瞬間過大，使爐墻或煙道承受很大的負壓力而向內爆裂（大容量鍋爐易出現此問題）。爆裂危害很大，特別是外爆，不僅會造成爐膛或煙道破裂，鍋爐的鋼架彎曲或斷裂，也會使有關的受熱面管子破壞和造成人身傷亡，修復工作困難，停用時間長，直接和間接損失都很大。

2.1 事故原因

外爆起因主要是爐膛滅火處理不當，繼續送入燃料，使爐內燃料與空氣比（即煤粉濃度）增大，達到一定程度并被引燃形成爆炸。目前對鍋爐的爐膛結構部件（包括爐墻包殼，水冷壁剛性梁，水冷壁與冷灰斗的連接部分）、煙道的設計瞬態承壓能力，國內外均按不超過±8.7kPa 考慮，即使如此，也不能承受煤粉爆然所產生的壓力。另外，爆炸的強烈程度和規模取決于點燃時的可燃物量和瞬間混入的空氣量。在煤粉爐中，當煤粉/空氣混合物濃度處于0.3 kg/m3～0.6kg/m3時，爆炸的可能性和危害性就很大，濃度大于1 kg/m3時，爆炸產生的壓力反而見效，小于0.1 kg/m3時，一般不會爆炸。氣粉混合物中相對含氧量，對可爆性也有影響，含氧量的比例越大，爆炸的可能性越大，產生的爆炸力越強，含氧量小于14%時，一般無爆炸危險。其次是在爐內已積存的燃料被突然引燃而爆燃，如點火前已有油、可燃氣體或煤粉漏入爐膛，未進行吹掃即點火，或反復點火未成功，以及油槍霧化不良、點火能量小，鍋爐長期在低負荷下運行、個別燃燒器滅火等，都可能在鍋爐內不同部位上積存燃料，當這些積存的燃料，被增大的通風或吹灰等擾動時也會形成爆燃。運行中媒質變化、風煤比失調以及給粉自流，燃料、空氣瞬間中斷等，都可能引起滅火和爆炸事故。發生內爆的原因主要是爐膛滅火、燃料中斷，還有可能是送風機跳閘和起、停爐過程中操作不當，使爐內平衡通風破壞，瞬間負壓過大等。

2.2 預防措施

主要是防止爐膛滅火及滅火后能正確處理，停止向爐內送入燃料，進行吹掃后再按規定點火。另外應根據鍋爐容量的大小，設置爐膛安全監控系統，如爐膛壓力保護和火焰監視器等。對較大容量的鍋爐應配置較完善的爐膛安全監控系統，它具有對爐膛火焰監視、報警、自動定時吹掃以及爐膛壓力保護、滅火保護、自動切除燃料（MFT）等功能，是防止爐膛外爆最有效的手段之一。在防止內爆方面，除對爐膛和煙道的強度設計應考慮低煙氣流量下引風機可能產生的最大抽力外，在控制系統上應對爐膛壓力信號傳誦給引風機的控制系統，使其在負壓過大時直接閉鎖和減載，以降低內爆的可能性。

3 燃燒熄火

流化床燃燒烷是一種燃燒方式且介于層燃燃燒與煤粉懸浮燃燒之間。層燃料燃燒不容易發生意外熄火；易產生燃燒熄火事故的多數是粉煤燃燒懸浮燃燒，只要停止粉末供給，立即出現熄火。流化床燃燒處于層燃燃燒和煤粉燃燒之間，這樣就容易發生熄火的危險。

3.1 事故原因

斷煤是引起流化床燃燒的熄火的主要原因。燃燒的流化床中有大量灼熱的床料，床溫度通常為850℃～1050℃，95%的熱灰渣于床料中，剩下約5%為可燃物質，以焦炭為主。同時每分鐘添加新的燃料只占約1%。大量的熱灰床材料是惰性的物質，它不會與新添加的燃料氧氣競爭。相反為新型燃料加熱和點燃提供了豐富的熱量。因此，在循環流化床燃燒過程中，點火和燃燒條件對新添加的燃料是最好的。當循環流化床燃燒發生短時斷煤時，床料中的5%左右的可燃物質還能維持3min～5min 的燃燒。因此，在循環流化床燃燒過程中，只要保持連續的煤并根據負載的變化，根據煤的量的變化適當調整，一般不熄火。

煤的水分大于8%是造成斷煤的主要原因，煤在煤倉內搭橋、堵塞、不下煤，而運行人員沒有發現，未能及時消除。

3.2 預防措施

在實際運行中，應設計較大的干煤棚，控制煤的水分低于8%；加強給煤監視，設計斷煤警報器或語音提醒是防止斷煤的有效措施。

通過對循環流化床鍋爐運行中出現問題的分析及研究以及循環流化床鍋爐在中國能源方面的重要作用，讓我們更深層次的理解了循環流化床鍋爐在未來的發展趨勢。

[1]胡玉龍.在用工業鍋爐節能運行與改造[J].應用能源技術，2009（3）：15-17.

[2]岑可法，倪明江，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行[M].北京：中國電力出版社，1997.