中溫分離循環流化床鍋爐偏燒問題探討

王寒鹿，郭新戰

(呼倫貝爾金新化工有限公司生產運營中心，內蒙古 呼倫貝爾 021506)

XD-240/9.8-M2 型中溫分離循環流化床鍋爐,由唐山信德鍋爐集團有限公司生產，為室內布置，由前部及尾部兩個豎井煙道組成，前部豎井是爐膛。自下而上依次為一次風室、濃相床、懸浮段、一級蒸發管、三級過熱器、二級過熱器、一級過熱器、二級蒸發管及高溫省煤器。在爐膛的錐段部分前后墻布置有二、三次風。尾部是尾部受熱面煙道豎井，布置有低溫省煤器及管式空氣預熱器。鍋爐采用床下點火，分級燃燒，一次風率為50%～55%。給煤方式為爐后雙側給煤，鍋爐共有720個風帽。風帽形式為鐘罩式，布風板面積為 10900 mm×2640 mm。兩側落煤口距離布風板為 2200 mm，鍋爐物料循環倍率為11。鍋爐主要以燒褐煤為主，并伴有煤泥摻燒、廢氣燃燒(份額很小)。鍋爐給煤機分A/B兩側各有兩級進行給煤，二級為工頻運行，一級為變頻運行，操作人員主要通過調整一級給煤機頻率以及實際煤層厚度對鍋爐進煤量進行調整。

1 存在問題

運行中，鍋爐存在兩側煙氣氧含量(測點位置為尾部豎井低溫省煤器下方)偏差大的現象。因兩側煙氣氧含量偏差大，操作人員對給煤量進行調整來平衡氧含量從而導致兩側給煤量偏差大、床溫兩側的測點偏差大、兩側物料循環不均，爐膛出口溫度(前部豎井第一受熱面下方溫度)偏差大。偏燒概況如下:

1) 正常運行過程中，鍋爐給煤機雙側給煤運行，正常鍋爐負荷為 240 t/h，兩側給煤量為 48 t/h。偏燒嚴重時，A側給煤量為 16 t/h，B側給煤量為 32 t/h，偏差較大。表1為鍋爐穩定時統計數據。

表1 2018年2月14日3#爐兩側給煤偏差統計

2) 由于物料循環不均，物料循環密度較大的區域會造成鍋爐局部受熱面磨損加劇，造成鍋爐受熱管線爆管。詳見表2統計。

表2 鍋爐受熱管線泄漏統計

3) 給煤量較大一側(例如3#爐B側)出現燃料不完全燃燒，增加鍋爐損失。

4) 因兩側給煤量偏差大，使得兩側返料量產生偏差。當兩側返料不均時，則更加劇了兩側氧含量偏差及床溫的偏差。

5) 因為兩側煙氣所攜帶熱量不同，導致前部豎井內部受熱管線與煙氣接觸不均，鍋爐帶負荷能力下降。

6) 由于兩側煙氣量及煙氣物料濃度(塵含量)不同，致使進入電除塵系統煙氣濃度分布不均。當進入單側總灰量超過氣力輸灰設計能力后，導致電除塵除塵效率將會下降，致使進入脫硫系統的塵含量增加，從而影響脫硫系統的運行。

2 原因分析

2.1 風量的影響

1)鍋爐A、B兩側一次風流化風量不均。鍋爐一次風通過一根母管四根支管進入到布風室，A、B側各兩根，再通過鐘罩式風帽進入爐膛。由于風帽較多(720個)，鍋爐設計布風板阻力小，實際運行中各風帽的過風量存在偏差，致使A、B兩側風量不均，從而導致兩側總煙氣量不均：煙氣量少的一側，燃燒量減小，生成鍋爐灰量減小，煙氣物料濃度降低，產生鍋爐輕度偏燒。

2)因A、B兩側煤量、返料量偏差，使得兩側煙氣物料濃度、燃燒份額不同。同時影響一次風量及風壓也同樣產生偏差。進入爐膛的二次風需穿過二次風區煙氣形成一個“屏障”，因兩側煙氣物料濃度不同，物料濃度高的一側穿透力較弱，物料濃度低的一側穿透能力較強，實際影響燃燒的兩側二次風份額產生偏差；兩側稀項區燃燒工況、內循環物料不同，致使床溫偏差增大，導致偏燒現象。

2.2 返灰的影響

鍋爐兩側物料循環倍率不同，影響循環流化床返灰量有以下幾點：

1)旋風分離器中心筒高度；2)進入旋風分離器煙道入口面積；3)煙氣進入旋風分離器的角度及煙氣流速；4)進入旋風分離器煙氣物料濃度；5)人為返灰量調整，兩側返灰流化風量不一致；6)煤中灰份含量。

正常運行中，鍋爐整體返灰量與給煤量的比例為鍋爐的循環倍率。當鍋爐兩側返料不均時，造成鍋爐內部A、B兩側物料循環倍率不同。返灰多的一側則需要加入更多的煤量，返灰少的一側則因溫度、氧含量限制只能加入較少煤量，導致鍋爐兩側偏燒。

另外,返料裝置內風帽存在堵塞現象，或者返料器內耐火磚脫落堵塞風帽，致使返料器內物料流化不良，使返料不通暢從而影響兩側返料量不同，使得鍋爐產生偏燒現象。

2.3 煤的影響

1)人為調整加煤量對鍋爐兩側燃燒的影響。當鍋爐兩側氧含量有偏差時，人為調整負荷過程中會對煙氣氧含量高的一側多加煤，煙氣氧含量低的一側少加煤，氧含量的偏差是兩側返灰不均造成的。當兩側給煤一致時，返灰多的一側煙氣氧含量會偏高；當操作加大給煤量時，因物料濃度增加，會使返灰量進一步增多。如不調整返灰量，就會使兩側進入惡性循環，氧含量高的一側進煤量越來越多，氧含量低的一側進灰量越來越少，從而導致鍋爐偏燒。

2)進入爐膛的兩側給煤機的燃料粒度粒徑偏差的影響。當兩側給煤機給煤粒徑偏差較大或煤質不同時，燃料進入爐膛后燃料燃燒時間及爐內局部燃燒份額不同，使得爐膛內A、B兩側燃燒系統床溫產生偏差，導致鍋爐偏燒現象。

3 解決建議

1) 通過改變風帽個數及風帽形式，增加鍋爐布風板阻力，保證布風板出風均勻性，盡量均衡兩側風量。目前，鍋爐布風板面積為 10900 mm×2640 mm，風帽為720個。流化床鍋爐布風板風帽布置越多，流化越不均勻。正常流化床鍋爐設計風帽9～25個/m2，最多不超過30個/m2。根據煤質、物料流速、風帽形式，計算開孔率、優化布風板阻力，對布風板風帽重新設計來調整流化風量的不均勻性。

2) 改變布風板下布風室格式，布風室中間增加隔離板，隔離A、B兩側風室，使得兩側風室分開供風，主控人員可通過調整兩側一次風擋板，監視兩側風室風壓，使兩側出力風量一致。

3) 在兩側風量調整一致后，調整兩側均衡給煤，記錄運行中兩側氧含量偏差變化，在鍋爐停運后對分離器內存灰檢查，對旋風分離器進行優化改造。分別調整中心筒高度及入口橫截面積，保證兩側旋風分離器在煙氣量及煙氣濃度一定的情況下，分離器效率一致，從而減小A、B兩側循環倍率偏差，減小鍋爐兩側燃燒偏差。3#鍋爐經過兩次調整將分離器中心筒長度從 3240 mm，縮短到 2590 mm 后，進入爐膛返灰量明顯增大，但停爐實際檢查鍋爐兩側旋風分離器存灰量并不一樣，可根據實際存灰量判斷分離效率對中心筒長度進行進一步調整。

4) 做落煤管落料實驗。鍋爐落煤管是通過兩側各一根母管分支成4根支管進入爐膛。在鍋爐檢修完上床料時，人進入爐膛，分別觀察兩側落煤是否是均勻從兩個支管落料，防止因兩側落料偏差過大，造成鍋爐密項區局部偏燒。

5) 鍋爐正常運行中，調整思路優化。首先，主控人員應盡量均衡兩側給煤的總量。當鍋爐兩側氧含量產生偏差時，應平衡爐內兩側溫度及實際兩側入爐燃料量。調節單側給煤不可過大，在控制兩側氧含量2%～5%。其次在單側床溫及爐膛出口溫度不超 950 ℃ 的工況下，盡量平衡兩側給煤量，待氧含量偏差波動逐步自動消除。

6) 鍋爐返灰方式調整。因鍋爐屬于中溫分離，下料立管會存灰。運行中，主控人員通過調整返灰風母管壓力，達到調整進入爐膛總返灰量的目的。返料裝置屬于布風板鐘罩式流化返料方式。因返料裝置造成的兩側返料不均原因有很多：進入兩側返料裝置實際返料風量不同；調整風量較低時，因存灰不同，兩側返料室風帽流化狀態不一樣，造成兩側返料不均勻。

結合上述綜合原因，建議將返料方式更改為：將兩個返料裝置合并為一個返料裝置(如圖1，改造后這樣返料形式灰量不受旋風分離器分離效率制約)，并在返灰進入給煤機管道前增加卸料閥，調整流化風壓力稍高且穩定(保證返料裝置足夠流化)；通過調整卸料閥開度，從而調整進入二級給煤機兩側灰量一致，減小A、B兩側物料循環偏差，消除偏燒現象。

圖1 改造試圖

7) 鍋爐正常運行中，維持A、B兩側均勻排渣。操作過程中做到少量排，勤排放，保證鍋爐內部床料的有效置換；確保物料顆粒在床上均勻分配，密項區內一次風流化及燃燒均勻，減少床上燃燒偏差。

8) 控制給煤粒度。保證給煤顆粒度不能相差太大，同時保證兩側給煤量一致，從而使爐內物料分布均勻，達到爐內燃燒均衡再而影響到A、B兩側返灰量的平衡，最終達到減小偏燒甚至消除偏燒的目的。

9) 通過規范操作人員的操作。在鍋爐運行過程中，操作人員應避免鍋爐負荷大幅調整波動，在加減負荷時應按規程操作，減少給煤量及風量大幅調整造成的鍋爐燃燒工況不穩定。

4 總結

1) 減少鍋爐偏燒工況，可減小鍋爐內受熱面磨損程度。在鍋爐內部A、B兩側物料不一致的情況下，造成了物料濃度高、煙氣量大的一側受熱管線(埋管、蒸發管管線)磨損嚴重。當鍋爐負荷不變時，調整保持兩側物料循環倍率，以及減小煙氣量偏差，是保證鍋爐長周期運行的必要條件。

2) 減小鍋爐偏燒，能使鍋爐帶負荷能力提升。爐膛內部，前、后豎井內受熱管線為均勻布置，在物料循環不均、煙氣量偏差較大時，會影響鍋爐內部煙氣對流換熱，影響受熱管線內介質吸收熱量，從而導致鍋爐整體負荷下降。

3) 鍋爐偏燒會對換熱管線局部造成管材損傷。當單側煙氣循環所含熱量過高時，對單側受熱管線換熱強度增大，使管線內局部介質形態發生改變(水變成蒸汽)，使得介質對管線冷卻程度不夠，造成受熱管線受損，甚至泄漏爆管。

4) 在運行中，主控人員根據兩側煤質及鍋爐氧含量，盡量調整鍋爐兩側均衡進煤。同時根據實際風量及壓差調整兩側風量一致；根據床溫偏差及返料風室壓力，調整兩側返灰量一定；鍋爐排渣時對兩側均衡排渣，保證對爐膛內床上物料顆粒度的均勻。通過調整，使得鍋爐運行中兩側物料循環倍率、煙氣量一致，達到鍋爐內兩側受熱面均衡傳遞熱量，保證受熱管線內介質狀態的穩定性，從而增加鍋爐帶負荷能力及運行周期。