某廠超臨界循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦分析

劉 燦

華電國際天津開發(fā)區(qū)分公司

0 引言

循環(huán)流化床鍋爐是近年來新興的一種高效低污染清潔燃燒技術(shù)，因其具有污染物排放低、煤質(zhì)適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)在我國得到廣泛應(yīng)用。但因其應(yīng)用時(shí)間短、運(yùn)行操作經(jīng)驗(yàn)匱乏等原因，導(dǎo)致不少事故發(fā)生，主要事故之一就是鍋爐結(jié)焦。本文結(jié)合某廠超臨界循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦事故，對(duì)其原因進(jìn)行分析，得出爐內(nèi)流化工況不良、超標(biāo)顆粒多、入爐煤灰熔點(diǎn)低是鍋爐結(jié)焦的三個(gè)原因,為此，結(jié)合電廠實(shí)際情況，總結(jié)出預(yù)防措施，在一定程度上避免了鍋爐的結(jié)焦，并為同類型鍋爐提供借鑒和指導(dǎo)。

1 設(shè)備概況

某電廠DG-1172/25.4-Ⅱ1 型超臨界循環(huán)流化床( CFB) 鍋爐采用單布風(fēng)板、一次中間再熱、單爐膛、高溫汽冷式旋風(fēng)分離器、平衡通風(fēng)、M形布置方式。一次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后分左右兩側(cè)水平進(jìn)入水冷風(fēng)室，通過布風(fēng)板上的鐘罩式風(fēng)帽使床料流化，形成向上通過爐膛的氣固兩相流。經(jīng)空預(yù)器加熱后的二次風(fēng)通過布置在前后墻上的二次風(fēng)箱分上下兩層進(jìn)入爐膛，實(shí)現(xiàn)前期分級(jí)燃燒。鍋爐前墻布置8臺(tái)給煤機(jī)，后墻布置3臺(tái)旋風(fēng)分離器，分成6個(gè)返料口返料，同時(shí)后墻布置6個(gè)連接至6臺(tái)冷渣器的排渣口，鍋爐前、后墻密相區(qū)各設(shè)有9個(gè)床溫測點(diǎn)。

2022 年8 月16 日15 :30 ，觀察到#1 爐前墻床溫#1、#3 測點(diǎn)由850 ℃緩慢下降，隨后其余的7個(gè)測點(diǎn)也開始下降，至17 日1:00 時(shí)，前墻9 個(gè)測點(diǎn)均降至300 ℃以下，同時(shí)后墻床溫偏差增大至100 ℃且部分床溫測點(diǎn)低于750 ℃，2:00 開始運(yùn)行的4 臺(tái)冷渣器開始頻繁堵渣，運(yùn)行人員判斷為鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦情況，加大了流化風(fēng)量進(jìn)行排渣。18 日15:00 爐膛觀火孔發(fā)現(xiàn)床面流化惡化，給煤在床面固定燃燒，為此#1 爐停爐除焦。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)床面上的焦塊呈白灰色熔融狀, 氣孔質(zhì)地疏松，焦塊下部有30～60 mm 厚粒徑的煤矸石、石塊等雜物。

2 循環(huán)流化床結(jié)焦原理

循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦通常分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦兩種，即密相區(qū)溫度的高低。不管是高溫結(jié)焦還是低溫結(jié)焦，結(jié)焦部位的溫度都超過了灰渣的灰熔點(diǎn)溫度。

燃料在密相區(qū)內(nèi)燃燒釋放熱量，循環(huán)灰由回料器進(jìn)入燃燒室與燃料混合后吸收熱量并將熱量帶出密相區(qū)。正常情況下，吸收和帶出的熱量是平衡的，密相區(qū)溫度維持定值，正常溫度在850～950 ℃。當(dāng)熱量不能及時(shí)被帶出時(shí)，密相區(qū)溫度升高，造成循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦。密相區(qū)溫度超溫情況可分為三種：

1)局部溫度超高，床溫測點(diǎn)指示正常。在燃燒室內(nèi)物料局部流化不正常，循環(huán)灰與燃料混合不好或未混合，燃料釋放的熱量不能被及時(shí)帶走，流化不正常部位距離溫度元件較遠(yuǎn)，不能如實(shí)反映實(shí)際情況。如果所有的床溫測點(diǎn)指示并未顯示超溫，這時(shí)的結(jié)焦就是低溫結(jié)焦，通常發(fā)生在啟/停爐、壓火、揚(yáng)火、低負(fù)荷煤質(zhì)差時(shí)。

2)局部超溫，床溫測點(diǎn)少部分指示超溫。超溫或結(jié)焦點(diǎn)正好在測溫元件部位，溫度指示如實(shí)反映實(shí)際溫度。這種情況較少出現(xiàn)，因?yàn)楸O(jiān)盤工作人員不會(huì)坐等溫度升高至規(guī)定值，故此種情況一般是低溫結(jié)焦逐漸惡化，焦塊延伸至測溫元件附近引起的。

3)整體超溫，床溫測點(diǎn)大部分指示超溫，此即為高溫結(jié)焦。當(dāng)回料器突然不回料、煤質(zhì)突變、爐膛內(nèi)燃料聚集缺氧燃燒時(shí)突然增大通風(fēng)量會(huì)出現(xiàn)該情況，處理及時(shí)的話一般可避免。該現(xiàn)象最少出現(xiàn)，即便是大面積結(jié)焦，也多是由低溫結(jié)焦處理不當(dāng)或不及時(shí)引起的，因最先結(jié)焦的溫度點(diǎn)可被一次風(fēng)降下來。

3 循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦原因分析

上述密相區(qū)超溫原因分析可得出循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的三個(gè)主要原因：爐內(nèi)流化工況不良、超標(biāo)顆粒較多、入爐煤灰熔點(diǎn)低。

3.1 結(jié)焦前爐內(nèi)流化工況分析

參閱鍋爐廠的設(shè)計(jì)說明書，#1鍋爐在BMCR工況下一次流化風(fēng)量約420 kNm3/h，風(fēng)量與負(fù)荷曲線見圖1。

圖1 鍋爐運(yùn)行風(fēng)量與負(fù)荷曲線圖

但實(shí)際上#1 爐投產(chǎn)以來流化風(fēng)量最大值為350 kNm3/h，對(duì)應(yīng)一次風(fēng)機(jī)電流276 A。對(duì)比鍋爐廠設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量偏低。8月27日對(duì)#1爐一次風(fēng)量進(jìn)行重新標(biāo)定，標(biāo)定后數(shù)據(jù)與鍋爐廠數(shù)據(jù)基本吻合，見表1。

表1 #1爐一次風(fēng)量標(biāo)定數(shù)據(jù)

8 月18 日結(jié)焦前一次風(fēng)流化風(fēng)量最低至290 kNm3/h，對(duì)應(yīng)一次風(fēng)機(jī)電流226 A。依據(jù)風(fēng)量標(biāo)定后可得出一次風(fēng)機(jī)電流226 A實(shí)際對(duì)應(yīng)最低流化風(fēng)量約378 kNm3/h，此時(shí)流化風(fēng)量大于鍋爐廠一次風(fēng)量曲線對(duì)應(yīng)的330 kNm3/h，因此得出結(jié)焦前的流化風(fēng)量完全滿足爐內(nèi)的流化。

3.2 床內(nèi)超標(biāo)顆粒分析

鍋爐設(shè)計(jì)粒徑見圖2。

圖2 鍋爐設(shè)計(jì)粒徑圖

由圖2可得出篩孔10 mm過篩率應(yīng)達(dá)到99%，并隨著篩孔尺寸的增大而升高。結(jié)焦前入爐煤粒徑化驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 入爐煤粒徑化驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表2 可看出17 日結(jié)焦前8 天內(nèi)篩孔13 mm的過篩率最高為98.48%，接近99%天數(shù)只有2 天。對(duì)比鍋爐廠粒徑曲線和入爐煤粒徑分析得出，較多粒徑10 mm以上的大顆粒進(jìn)入了爐膛，停爐后的檢查也是如此，見圖3、4。

圖4 粒徑大小測量情況

3.3 入爐煤灰熔點(diǎn)分析

由于公司在來煤及入爐煤化驗(yàn)方面一直沒有灰熔點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此無法判斷灰熔點(diǎn)是本次結(jié)焦的主要因素，但根據(jù)#1 爐結(jié)焦前冷渣器排渣情況，未發(fā)現(xiàn)明顯焦塊，只有較大超標(biāo)顆粒。

4 防治措施

由上述數(shù)據(jù)分析得出，本次#1爐結(jié)焦的主要原因是大量超標(biāo)粒徑原煤進(jìn)入爐膛積存，并聚集在風(fēng)帽上部及周圍，即便在實(shí)際流化風(fēng)量高于設(shè)計(jì)風(fēng)量時(shí)仍無法保證爐內(nèi)物料良好流化，引起局部超溫，導(dǎo)致低溫結(jié)焦。因此在流化風(fēng)量正常的情況下，嚴(yán)控入爐煤粒徑是防止流化床鍋爐結(jié)焦的重要手段。防治措施如下：

1)根據(jù)入爐煤粒徑報(bào)表對(duì)輸煤系統(tǒng)破碎系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查。檢查高幅篩篩條是否破損，并及時(shí)修補(bǔ)；檢查細(xì)碎煤機(jī)間隙是否合適，細(xì)碎內(nèi)篩面是否破損，及時(shí)調(diào)節(jié)破碎間隙，修補(bǔ)破損篩面，確保不因設(shè)備原因?qū)е氯霠t煤粒徑超標(biāo)。

2)加強(qiáng)輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行管理。檢查高幅篩旁路是否關(guān)閉嚴(yán)密，杜絕原煤不經(jīng)高幅篩、細(xì)碎煤機(jī)進(jìn)入爐膛；異常情況打開高幅篩旁路時(shí)應(yīng)及時(shí)通知集控人員，便于采取如增大流化風(fēng)量，加強(qiáng)床溫監(jiān)視、調(diào)節(jié)、增大排渣等減少爐內(nèi)大顆粒積存的防范措施。

3)煤倉上煤期間，注意檢查皮帶上原煤粒徑的尺寸和均勻性。發(fā)現(xiàn)有大粒徑原煤時(shí)要及時(shí)停運(yùn)異常原煤破碎系統(tǒng)，切換至備用系統(tǒng)，對(duì)破碎系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、調(diào)節(jié)。

4)加強(qiáng)排渣系統(tǒng)的檢查，經(jīng)常觀察渣粒徑情況。發(fā)現(xiàn)粒徑超標(biāo)且多時(shí)，應(yīng)觀察爐內(nèi)流化情況并根據(jù)床溫測點(diǎn)的變化及各測點(diǎn)溫度偏差情況，采取增大流化風(fēng)量、蓄/降床壓調(diào)節(jié)手段來加強(qiáng)排渣和置換大顆粒床料，同時(shí)通知輸煤運(yùn)行進(jìn)行破碎系統(tǒng)異常排查，或更換煤種，觀察排渣粒徑變化。

5)加強(qiáng)床溫的監(jiān)視、調(diào)節(jié)，將床溫控制在850～950 ℃范圍內(nèi)，如床溫異常升高、降低或偏差大時(shí)，應(yīng)及時(shí)查明原因，在確定測點(diǎn)指示正確的前提下，進(jìn)行一次風(fēng)量擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察床溫變化，同時(shí)加強(qiáng)就地排渣渣樣檢查和爐內(nèi)燃燒觀察。

5 結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程中易產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象，運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)結(jié)焦原因全面分析，及時(shí)采取防結(jié)焦措施，以保證鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。