熱電廠循環流化床鍋爐回料器返料困難的原因和對策

四川電力工業調整試驗所 胡 林

越南升龍2x310MW熱電廠項目鍋爐為ALSTOM設計的循環流化床鍋爐，該鍋爐型號為WGF1025/17.4-1型。鍋爐整體結構主要包括單爐膛，爐膛下部兩個“褲腿”型結構，四個高效旋風分離器，四個回料器和四個外置床。機組自試運開始后，無法帶高負荷運行，主要原因為回料器返料困難，不能將回料器內的高溫物料返回到爐膛，嚴重時還會引起回料器超溫結焦，并導致外置床不能正常進灰[1]，主蒸汽和再熱器溫度得不到保證，長期在500℃以下，鍋爐運行的經濟性和安全性都降低。

1 影響回料器返料的因素分析

流化床鍋爐的灰循環系統（返料系統）是一個關鍵系統（見圖1），而分離器和回料器是整個循環流化床鍋爐物料循環動態平衡和穩定運行的關鍵設備，對鍋爐的灰循環、傳熱、床溫、燃燒至關重要[2-3]。

1.1 回料器循環灰情況無監視手段

在投運外置床時，回料器中部分循環灰逐步進入到外置床，由于回料器內循環灰情況無監視手段，運行人員不能及時調整灰控閥的開度來平衡回料器內物料量，如果投運過程中灰控閥開度過小，一種可能是大量滯留在回料器的循環灰返回到爐膛，引起床壓波動或者塌床，另一種可能是回料器堵塞只能停機處理；但如果灰控閥開度過大，大量的循環灰進入到外置床，由于回料器內循環灰的減少極易引起煙氣反串形成短路，反串的煙氣攜帶回料腿給煤口的煤粉在回料器內堆積燃燒，嚴重時引起回料器超溫結焦，當回料器不能正常工作時，外置床也不能正常進灰，主蒸汽和再熱蒸汽溫度開始下降，機組負荷開始波動，嚴重影響機組的正常運行。

圖1 ALSTOM物料循環系統圖

1.2 循環灰密度大

根據ALSTOM設計要求，回料器正常運行狀態灰的密度為1150kg/m3，設計的回料器堵灰密度為1500kg/m3，而越南升龍項目回料器的灰密度為1525kg/m3，超過了回料器堵灰密度，煤質和灰成分分析結果見表1和表2，其中SiO2含量超標是導致灰密度過大的主要原因。

表1 煤質的工業分析和元素分析

表2 灰的成分分析

表3 燃燒調整前后各參數對比

1.3 回料器至回料腿水平段積灰結焦

回料器至回料腿有一個水平段過渡區，這段過渡區長度有1.2m，由于沒有吹掃裝置，當機組運行一段時間后，該水平段開始堆積物料，其中未燃盡煤顆粒（部分來自回料腿給煤口煙氣反串攜帶）開始燃燒并形成焦塊，焦塊高度超過0.5m，由于循環灰本身比重較大又加上焦塊的存在，增加了回料器返料的難度。

1.4 爐膛出口煙溫高

對于無煙煤來說，其揮發分較少，根據表1可知，那陽煤的揮發分只有5.94%，導致了煤的燃燒速度緩慢，燃燒過程長，有時在尾部煙道或者旋風分離器內還在繼續燃燒；再加上設計的一次風量偏高（總一次風量396kNm3/h），爐膛上部稀相區的燃燒增強，所以爐膛出口煙溫偏高，過高的煙溫使得進入到分離器和回料器的循環灰溫度也相對較高，如果控制不當，極易引起回料器超溫結焦。

2 解決措施

針對上述存在的問題，已經嚴重影響到機組的安全運行，并結合現場的實際情況，對回料器進行了相應的改造和調整。

2.1 增加回料器料層壓力測點

為便于對回料器內循環灰情況有個直觀的掌握，在回料器下降段距離布風板600mm的位置增加一個料層壓力測點（見圖2），通過料層壓力計算回料器內的料層高度，回料器內料層厚度計算公式如公式（1）。

圖2 回料器下降段新增料層壓力測點

回料器內的循環灰高度hlc由式（1）得到：

式中：回料器料層高度m；ΔPk回料器的料層壓降pa，由式（2）可得Pwl；物料堆積密度，根據現場實測取1525kg/m3；g重力加速度，m/s2。

式中：Plc風室壓力pa；Plt.out爐膛出口壓力，取-50pa；Pbfb布風板壓降，四個回料器布風板壓降實測均值4700pa；ΔPjb局部阻力壓降，取1000～1500pa。

由（1）和（2）式計算得知[4]，當回料器風室壓力在31kpa時（此時對應的當新增料層壓力測點壓力值為8kpa），回料器內的物料高度在1.66m，大于回料器密封高度的1.6m，表明回料器的循環灰密封已經完成，外置床可逐步投入，但在開灰控閥的過程中，須密切關注新增料層壓力值，如果低于8kpa時應關小灰控閥開度(或者減少上升段風量)，防止回料器的密封被打破引起煙氣反串。

當隨著負荷的升高，料層壓力值也逐漸增加，當該壓力達到30kpa，并且回料器立管壓力由負值變為正值時，需要開大灰控閥或者上升段流化風風量，以防止回料器堵塞或者爐膛塌床，不同負荷下對應的料層壓力值見圖3。從圖中可以看出，回料器內的料層壓力隨著負荷的升高逐漸升高，即回料器內的物料逐漸增多。

2.2 調整回料器流化風風量

圖3 不同負荷下對應的料層壓力值

回料器其實就是一個鼓泡流化床（或移動床），依靠從回料器底部布風板出來的流化風將分離器收集的物料流化后送入爐膛[2]，ALSTOM設計的回料器流化風為定風量運行（上升段和下降段均為1500Nm3/h），但由于實際的循環灰比重比設計值大，只能通過增加流化風量來克服返料阻力，并根據回料器料層壓力做適當調整，通過調整后，回料器返料正常，未再出現回料器堵塞或塌床現象，不同負荷下流化風風量運行值見圖4。從圖中可以看出下降段風量變化不大，而上升段風量為克服返料阻力，風量增加了一倍多，滿負荷時達到了3400Nm3/h。

圖4 不同負荷下流化風風量運行值

2.3 回料器至回料腿水平段增加吹掃風

針對那陽煤燃燒產生的灰比重大，回料器內的循環灰向爐內返料困難，經研究討論后決定在回料器至回料腿水平段兩側增加吹掃風（見圖5），以防止水平段積灰結焦。新增吹掃風來自高壓流化風，吹掃風壓力根據負荷和回料器下階段料層壓力做適當調整。

圖5 新增回料器至回料腿水平段吹掃風

經改造后，回料器至回料腿水平段未出現積灰結焦現象，減少了回料器返料阻力，保證了回料器返料的正常，不同負荷下吹掃風運行壓力值見圖6。從圖可知，隨著負荷的增加，回料器內返料量增加，相應的吹掃壓力也增加。

圖6 不同負荷下吹掃風運行壓力值

2.4 調整燃燒方式

ALSTOM設計的雙“褲腿”型循環流化床鍋爐，其特點是中間隔墻區域往上溫度高，左右側墻溫度低，物料的內循環（d50=300μm～1000μm）是從中間隔墻區域往上再向溫度低的兩個左右側墻往下[5]，為了降低爐膛出口溫度，根據該爐型物料循環特性對二次風進行了調整，具體是將外二次風的風量減少40kNm3/h，內上二次風的風量增加40kNm3/h，內下二次風保持不變，同時將一次風風量由396kNm3/h降低到350kNm3/h，通過調整一、二次風后，物料的內循環路徑改變，增加了煤粉在爐內的滯留時間，通過調整后回料器溫度由985℃降低到920℃，降低了回料器易超溫的風險，同時調整后的飛灰和底渣含碳量也降低，并根據ASMEPTC4-2008標準進行了鍋爐效率計算[6]，鍋爐效率提高1.94%，提高了鍋爐經濟性。燃燒調整前、后對比數據見表3。