大型CFB锅炉设备稳定运行问题探讨

大型CFB锅炉设备稳定运行问题探讨摘要：目前，大型CFB锅炉燃烧技术的应用得到了快速发展。文章结合保定热电厂国产化2台450t/h、石家庄热电厂等厂3台410t/hCFB锅炉的投运，就设备稳定运行暴露的一些问题进行探讨关键词：CFB锅炉；稳定运行；探讨1前言作为洁净煤发电技术的一种，大型CFB锅炉燃烧技术的应用目前得到了快速发展，国产化最大的2台450t/hCFB锅炉机组已经顺利在保定热电厂投产，410t/h的CFB锅炉机组在石家庄热电厂投产了2台，并在江西分宜电厂投产了1台。但是，随着大容量CFB锅炉机组的投运，大型CFB锅炉设备在稳定运行上暴露了一些问题。希望通过对大型CFB锅炉设备稳定运行问题的探讨，提高CFB锅炉运行和维护水准，确保机组能够长周期安全稳定运行，促进国产化大型CFB锅炉技术的发展。2影响大型CFB锅炉稳定运行的主要问题目前，影响大型CFB锅炉长期稳定运行的主要问题有：炉膛及冷渣器的排渣、炉膛布风板的漏渣、耐火保温材料的选择、及烘烤、床下点火风道燃烧器的配风及保护、CFB锅炉特征量的在线测量及监视可靠性低下、给煤机的堵煤与断s煤、燃煤粒径的控制及其他辅机问题等。2．1炉膛及冷渣器的排渣问题影响大型CFB锅炉长期运行的首要问题是锅炉的排渣问题。炉渣的可靠排放是锅炉稳定运行的基础，也是实现CFB可控制运行的标志。因此，选择合适的冷渣器并保证冷渣器的可靠、合理、稳定运行是实现锅炉顺利排渣的前提，也是锅炉排渣的下级—输渣系统稳定运行的保证。2．1．1东锅选择式风水联合冷渣器东锅450t/hCFB锅炉配备4台选择式风水联合冷渣器。锅炉排渣采用J阀风控制，冷渣器排渣采用旋转给料阀控制；选择室和第1冷却室采用180C—次风热风冷却，第2冷却室和第3冷却室采用一次风机出口的冷风直接冷却；在第1冷却室和第2冷却室布置水冷管束作为省煤器的一部分。存在的问题排渣量较大，冷渣器排渣温度过高，冷渣器经常需要间断运行；冷渣器内部磨损严重；在冷渣器的选择室部位结焦而导致冷渣器停运；冷渣器无法实现连续运行，4台冷渣器不能满足机组运行的需要，锅炉运行受制于冷渣器，经常造成锅炉降负荷运行或停炉。原因分析锅炉排渣失控，没有建立冷渣器的进渣与出渣的平衡是造成上述问题的主要原因。因为冷渣器的是按一定的物料平衡设计的，当锅炉排渣失控（即冷渣器的进渣失控）时，大量的热渣快速进入冷渣器，而冷渣器的冷却风和冷却水不足以将热渣冷却到设计的排渣温度，运行人员加大冷却风量的投入，使得冷渣器内部的磨损加剧，在不能将热渣冷却下来时，导致冷渣器需要停运进行冷却；当选择室进渣量较大时，大量的未燃烧煤粒会随着渣流涌入选择室，在渣层较厚的情况下会造成局部的沟流和局部的不流化，并在选择室内发生可燃物的再燃和结焦，造成选择室排渣口的堵塞。c•采取的措施用控制锅炉排渣J阀风压的大小来控制锅炉的排渣量，建立冷渣器的进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。d.实施后的效果冷渣器能够稳定可靠运行，能够实现连续排渣，排渣温度可以控制在150C左右，3台冷渣器就可以保证锅炉满负荷运行。2.1.2哈锅L阀控制风水联合冷却溢流式冷渣器石家庄热电厂220t/hCFB锅炉配备了2台L阀控制的风水联合冷却溢流式冷渣器。锅炉排渣采用L阀控制，冷渣器排渣为溢流式出渣，在冷渣器底部设置2个事故排渣口，采用2台冷渣器用罗茨风机进行直接冷却；在第2冷却室和第3冷却室布置水冷管束，加热后的除盐水直接进入除氧器水箱。存在的问题L阀只起疏通作用，锅炉排渣量的大小不易控制，在锅炉排渣口部位易结焦；冷渣器内部的渣易堆积形成沟流，在不能建立初始流化的情况下，只能通过事故放渣进行排渣，排渣温度过高，冷渣器内易结焦。原因分析冷渣器的冷却风机选型较小，冷却风量不足；L阀的控渣性能不好，排渣量大小不易控制，且L阀的耐磨耐火材料易于脱落，易造成堵塞。目前，该炉的排渣只能依靠事故排渣进行，运行状况不良，锅炉运行受制于冷渣器能否正常出渣。2.2锅炉炉膛布风板的漏渣问题东锅生产的450t/h和410t/hCFB锅炉炉膛布风板均存在漏渣情况。在冷态和停用床下油枪前，炉膛布风板不漏渣，漏渣发生在锅炉带上一定负荷且床下油枪停用后，漏渣的部位在靠近后墙的回料中心附近。大量的漏渣将导致水冷风室的堵塞，并使水冷风室磨损严重，危及锅炉的正常运行。东锅100MW等级的CFB锅炉回料口为2个，布风板的风帽为定向“7”字型，布风板阻力较小；哈锅100MW等级的CFB锅炉回料口为4个，布风板的风帽为钟罩式，布风板阻力较大。通过初步的试验及现象分析认为，造成炉膛布风板漏渣的原因可能为：回料布置集中，局部的回料量偏大、布风板阻力偏小、风帽制造粗糙。因为CFB锅炉大型化后，额定负荷时的循环物料量很大，如果不相应增加回料口势必造成局部回料量过大，使布风板上的局部床压过高。当布风板阻力偏小时容易随着炉膛循环量的增加而发生漏料情况。而在循环物料量较小时并不发生漏料，这与实际情况是相吻合的。因此，必须在大型CFB锅炉的设计中充分考虑回料量的均匀分布，避免造成局部回料量过大的问题。同时，应注意风帽的结构是否合理和制造加工质量是否合格。2.3耐火保温材料的选择、敷设及烘烤CFB锅炉运行的特殊性大量含有燃料、燃料灰渣、石灰石及其反应产物的固体床料的内、外循环流动，使得CFB锅炉密相区及循环回路中敷设的耐火耐磨材料受到严重的冲刷磨损及热循环应力及机械振动的影响。因此，对于CFB锅炉来说，耐火耐磨材料的理化性能、施工及最终的烘烤，将在很大程度上决定着CFB锅炉能否安全可靠运行。耐火耐磨材料的各项理化性能指标必须达到设计要求，这是耐火耐磨材料性能保证的前提条件；合理的配浆、支模、捣打及配置合适的膨胀缝是耐火耐磨材料安装成型的基础，最终的烘烤（通过合理的干燥和烘烤，使墙衬中的水分蒸发、墙体固化并被烧结成高强度的耐火耐磨衬里）是使耐火耐磨材料烧结成型并使之达到耐火、耐磨、耐压、抗折、热震稳定性、高温耐压性能的关键。大型CFB锅炉的炉膛、冷渣器和床下点火风道燃烧器，均比原有的小型CFB锅炉要大很多且复杂，大型CFB锅炉运行的可靠性和烘烤质量要求也不尽相同。采用传统烘炉方法进行烘烤，一方面烘烤质量达不到要求，另一方面也难于控制和实现。结合大型CFB锅炉烘炉的实际现状，认为大型CFB锅炉烘炉的关键在于：制定切实可行的烘炉措施、要有合理的烘炉手段、采用可靠的监视设备，保障烘炉过程能够按照控温要求实现。2.4床下点火风道燃烧器的配风及保护由于床下点火具有较好的传热效率且启动速度快等诸多优点，因此，CFB锅炉一般均设置床下风道点火燃烧器进行锅炉的启动点火。但随着CFB锅炉容量的增加，床下风道点火燃烧器的油枪出力也逐步提高，100MW等级的CFB锅炉床下点火油枪的出力一般在1600〜2000kg／h范围。如此大的油枪出力，燃烧器的配风及燃烧器壁面的保护就很重要，因为需要通过配风调整火焰的形状，避免火焰直接刷墙，并保证燃烧器出口的烟气温度在合适的范围内。同时，必须要保证有足够的壁面冷却风以保证燃烧器的壁面不烧损。所以，在床下点火风道燃烧器的使用中，一要设置看火孔，能够通过配风调整火焰的形状；二应保证点火风道燃烧器在使用前是彻底烘烤合格的，否则会在使用中发生塌落。2.5CFB锅炉特征量在线测量和监视可靠性低下在CFB锅炉的运行中，除了需要煤粉锅炉所常用的测量装置外，还有许多数据需要监测和控制。例如：炉膛布风板上密相区的床温、布风板的料层厚度、布风板的床层压力、炉膛流化风量、J阀回料温度和料位、冷渣器的进渣温度、冷渣器的料层厚度、冷渣器的床温、冷渣器的冷却风量等。因此，在CFB锅炉中设置了许多的床压、风量、床温等在线检测装置。但在实际使用中却经常发生所测数据不可靠的问题，容易造成运行人员的误判断。造成数据不可靠的主要原因是：a.安装位置受到所测环境的影响，易堵塞，但所安装的吹堵装置吹堵效果又不明显，形同虚设。如：床层压力测点、床层密度测点及床层差压测点等；b.测点的连接管或其接头漏气；c•在管道设计中没有考虑预留足够的直管段或离风门较近等；d.测量装置本身存在问题；e.考虑耐磨后，温度测点的灵敏性较差或反应迟钝，不能及时反映温度的变化情况。为保证监测数据的可信与可用，需要从测量装置的选型、管道设计、部件安装等环节抓起，避免出现监测故障，影响运行人员的正确判断。2.6给煤机的堵煤与断煤及燃煤粒径的控制炉膛给煤口位于炉膛的密相区，由于CFB锅炉为微正压运行，当发生断煤或烧空仓时极易造成给煤机的烧损事故。在运行中，必须密切监视给煤机落煤管的温度。当发现此温度有异常时，应及时停用该给煤机，并迅速关闭给煤机落煤管的出口速断阀。维修人员一定要保证给煤机落煤管出口速断阀的灵活可用，并能够可靠关断。运行人员要定期检查煤仓的煤位情况，及时通知燃料上煤，一定要避免出现烧空仓的情况，否则后果不堪设想。对于CFB锅炉来说，燃煤的颗粒度是一个很重要的控制指标，运行中必须要严格加以控制，绝不能将细碎机清理时的粗煤块直接输送到煤仓中，“宁细勿粗”这是保证CFB锅炉安全稳定运行的前提。因为燃煤颗粒的变粗，将影响冷渣器旋转给料阀的正常工作，并造成炉膛排渣量的增大：冷渣器旋转给料阀的卡涩将导致冷渣器的停用；锅炉底渣量过大将造成输渣系统的停用，使得炉渣直接外排，造成环境的严重污染和清理工作强度的增加。2.7辅机存在的问题2.7.1一次风机的振动及噪声在100MW等级的大型CFB锅炉中，许多电厂都选用了豪顿华公司的一次风机，该风机在运行中可以满足锅炉的需要。该风机结构上较特殊，风机的进风口为狭长形，风机轴系振动较小，但风机的机壳振动较大，且引起风道的振动，风机噪声严重超标。2.7.2引风机出力选型偏小在锅炉满负荷运行时，引风机的风门开度在90％左右，在煤质变差时，引风机出力略显不足，在燃用设计煤种时，不能满足从引风机本身看，在引风机开度为110％额定蒸发量的需要。100％时，其工作电流没有超过额定最大电流，但引风机已经没有调节余地。从引风机的入口负压看，设计值为—5500Pa，运行值为—5600〜—6000Pa，实际烟气系统的阻力高于设计值，故可能是锅炉厂提供的阻力偏小造成设计选型偏小。对CFB锅炉而言，由于分离器部位的阻力较大，故引风机的出力应有一定的裕度。2.7.3声波吹灰效果不理想，排烟温度偏高在450t/hCFB锅炉的尾部竖井烟道设置了18台声波吹灰器，声波吹灰器分为5组，每组每次吹扫时间为15〜30s，吹扫时间间隔为15〜30min，由程序控制顺序执行。锅炉稳定运行过程中，当声波吹灰器投用后，锅炉对流受热面管子上应无明显积灰。但吹灰效果没有达到预期值，在尾部受热面各部位参数与设计值相差不大的情况下，锅炉的排烟温度比设计值偏高20〜40C左右。3结论冷渣器的运行必须要建立进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。配备旋转给料阀的选择式风水联合冷渣器，在建立了进渣与出渣的平衡后，能够实现连续排渣并稳定运行。炉膛漏渣是由诸多因素造成的，布风板阻力设计偏小和回料量过于集中是主要的原因，应采取合理的方式予以改进。耐火耐磨材料的选择、施工及烘烤是大型CFB锅炉所面临的重大难题，没有经验可循，必须引起足够的重视，并应尽快制定相应的标准和检验方法，以保证CFB锅炉的使用寿命。在床下点火风道燃烧器上设置看火孔，是进行合理配风和保护燃烧器的必要措施。给煤机系统中的速关阀应能动作灵活、保证可靠关断，要及时上煤，严防出现空仓现象。要保证各在线测量监视参数的准确可靠，这是保证锅炉稳定可靠运行的基础。应在优先保证锅炉长期稳定运行的基础上，解决其它影响锅炉经济运行的问题，使大型CFB锅炉机组能够安全、稳定、经济运行。循环流化床锅炉结焦预防措施循环流化床锅炉技术是近十几年迅速发展起来的一项高效、清洁燃烧技术。随着大量的循环流化床锅炉投入生产运行，循环流化床锅炉的运行特点逐渐为大家所掌握。但由于其固有的一些特点，运行中仍经常出现问题。结焦就是循环流化床锅炉运行中较为常见的故障，它直接影响到锅炉的安全经济运行。循环流化床锅炉结焦的原因分析：结焦的直接原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度。当床层整体温度低于灰渣变形温度，由于局部超温而引起的结焦称为低温结焦。低温结焦常在启动和压火时的床层中出现，也可能出现在高温旋风分离器的灰斗内，以及外置换热器和返料机构内。避免低温结焦，最好的办法是保证床料良好的流化状态和正常移动状态，使温度均匀，防止局部超温。锅炉在压火期间，床料处于静止状态，如果漏入小风，热的床料中的可燃物获得氧气，便会产生燃烧。由于燃烧产生的热量不能及时带走，使局部区域床料超温而结焦。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量过高，如不及时调整风量或返料量来控制床温，床温将急剧上升，超过灰熔点，便会产生高温结焦。渐进性结焦是运行中较难察觉的一种结焦形式。它是缓慢生长的，此时床温和观察到的流化质量都比较正常。产生渐进性结焦的主要原因是布风系统设计和安装质量不好，给煤颗粒度超出设计值，运行参数控制不当，风帽错装或堵塞等等。循环流化床锅炉结焦的预防措施循环流化床锅炉结焦一旦产生，便会迅速增长，焦块长大速度越来越快，因此预防结焦和及早发现结焦并予以清除是运行人员必须掌握的原则。保证良好的流化工况，防止床料沉积保证燃料制备系统正常工作，给煤粒度符合设计要求。严格控制料层差压，均匀排渣。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。认真监测床底部和床中部温差，如果温差超出正常范围，流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开冷渣管排渣；如不能清除，应立即停炉检修。低负荷运行时，如发现床温突然下降，除了断煤外，很可能是床料沉积，这时若增大给煤量，反而会加剧沉积，使沸腾床的流化质量变差，造成局部结焦。当判明是床料沉积时，应打开冷渣排放管放渣，待床温正常后，应适当调节至较高负荷下运行。点火过程中严格控制进煤量点火过程中，一般床温达到500C以上可加入少量的煤以提高床温。如果加煤量过多，由于煤粒燃烧不完全，整个床料含碳量增大，这时一经加大风量，就会猛烈燃烧，床温上升很快，甚至超过灰的软化温度，结果造成整床超温结焦。当床温超过1050C,虽经减煤加风措施，床温仍然上升，此时必须立即停炉压火，一般待床温低于800C再启动。变负荷运行严格控制床温变负荷运行时，严格控制床温在允许范围内，做到升负荷先加风后加煤，降负荷先减煤后减风，燃烧调节要做到“少量多次”的调节方法，避免床温大起大落。压火时正确操作压火时先停给煤，再运行几分钟后停风机，压火期间，一定要紧闭各炉门、所有进风门及排渣门。认真调整一二次风对于高温分离器，保证任何时候含氧量不低于3%〜5%,以降低飞灰可燃物含量，可防止分离器和返料机构内发生二次燃烧而超温。运行中要定期察看返料的情况，监视返料器床层的温度是否正常。若超出正常值很多,可能是发生了二次燃烧。此时应加大返料风量,打开返料床排灰阀放灰。若温度低于正常值很多,说明返料器发生了堵塞,此时应打开排灰阀放灰,同时加大返料风量。若仍不能消除故障,则必须压火检修。锅炉启动期间,返料装置应充满灰锅炉启动期间,返料装置必须充满灰后方可投入,否则风会反窜。点火初期先不投返料风,待底料中的细灰充满返料装置后则应开返料风（一般是点火后半小时）,保证床内有料,否则,床温将难以控制。安装炉膛差灰装置和返料增压风机为监视返料机构是否正常工作,避免结焦或堵塞,可安装炉膛差压装置和返料增压风机。炉膛差压指燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差,是监视返料器是否正常工作的一个参数。一般炉膛差压控制在0.5kPa以上。运行中若炉膛差压突然降低，则表明物料循环中止，返料器发生了堵塞。运行中只要认真监视炉膛差压,返料机构结焦是可以预防的。为提高返料风压头,保证返料床层良好的流化和移动状态,在一次风压不能满足返料要求时,安装返料风增压风机对预防返料器结焦是非常有意义的。改变燃煤的焦结特性做好入炉煤的搭配，改变燃煤的焦结特性，对预防循环流化床锅炉结焦具有明显的实用意义。启运前准备充分在每次锅炉启动前，应认真检查风帽、风室，清理杂物，启动时，应进行冷态流化试验，确认床层布风均匀，流化良好。在流化床锅炉运行中，良好的流化质量是防止结焦的关键，同时运行中尚应认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数。CFB锅炉独特的物料循环特性，决定了该锅炉不可避免的严重磨损现象。从目前情况来看，密相区浇注料与水冷壁结合的部位磨损情况尤为严重，其次是双面水冷壁、屏式过热器、高温再热器及密相区水冷壁浇注料脱落的部位。要充分利用停炉机会，对以上部位进行重点检查，发现有磨薄现象要及时处理，对不平整部位要打磨平整，防止因形状突变造成的磨损。发现浇注料脱落，要及时修补，同时要注意修补时的施工质量。在密相区和稀相区的过渡区等易磨损部位可喷涂防磨涂料，以减少受热面的磨损。锅炉尾部受热面如省煤器、再热器等管排的整形要好，安装防磨瓦时要在不影响膨胀的情况下进行点焊，防止防磨瓦变位、脱落，使其能真正起到保护受热面不受磨损的作用。浇注料脱落现象各厂炉内耐磨耐火浇注料均存在不同程度、不同部位的脱落现象，修复后由于新旧浇注料结合较差，效果不理想。浇注料的第一次施工、养护和烘炉尤为重要，一定要由有资质的专业施工队伍按标准施工、养护和烘炉等，才能保证浇注料长期稳定运行。耐火耐磨材料的选择应根据炉内不同部位的温度、磨损情况，综合材料的耐火耐磨性、热震稳定性、热膨胀性以及价格等因素统筹考虑进行选择。采用木材、气枪和油枪的传统烘炉方式费工、费时、费料且不能达到很好的烘炉效果，推荐采用新型的热烟气（无焰）烘炉方式。这种烘炉方式省工、省料、省时且能够达到良好的烘炉效果。烘炉前应对施工过的耐火耐磨材料进行自然乾燥，併有耐火耐磨部位的金属外壳上打一定数量的小孔，以利于在烘炉过程中从小孔中排出水蒸气和积水，烘炉完成后要及时将这些小孔堵上。耐磨耐火浇注料脱落部位修补前，应将原来的浇注料尽量打掉使之露出抓钉，缺少抓钉的地方应补焊抓钉后方可进行修补，修补后的部位应烘乾固化。此外，在二次风口和回料口处应加密封盒进行密封，防止漏灰给煤系统存在较大问题旋转给料阀堵塞、频繁跳闸、煤仓贴煤、给煤机断煤、贴煤、漂链、断销子、断链、落煤管不下煤等，为解决这一问题，各厂都拆除了旋转给料阀，采用一次风对给煤口进行密封，在煤仓加装振动器、疏松机、压缩空气等设施。如新乡火电厂1号机组锅炉甲侧刮板给煤机改造（给煤机加宽、内置轴承改为外置轴承、第一给煤口改为电动双向插板）,开封火电厂将丝杆内置落煤口插板改为外置式插板。CFB机组的生命线就是给煤线，必须对给煤线做好选型。一级给煤机特别是炉后给煤的炉型必须采用耐压称重皮带式变频调节给煤机；二级给煤机宜采用埋刮板式给煤机。给煤机下的旋转给料阀可以取消（对于燃用容易自燃的烟煤、褐煤的锅炉要慎重考虑）,以减少故障点。在给煤机下加装电动或手动调节阀，保证给煤的均匀性。同时加装有温度测点反馈的快关阀，防止断煤时烟气反串烧坏给煤机。圆形煤仓对于防止堵煤较方形煤仓好，CFB锅炉宜采用圆形煤仓加输通设施。排渣系统为“锥形阀+风水联合冷渣器”冷渣器运行方式为一、二室溢流至三渣室，由三渣室连续排出经气力或刮板输送至渣仓，若炉渣无法正常溢流至三室，则是由一、二室排大渣口直接排出。由于渣温太高，造成输渣设备无法正常工作，只能采用红渣直排，人工直接出渣。输渣效率低，危险性大，环境污染严重。现新乡1号机组锅炉冷渣器已改为滚筒式冷渣器，目前运行状况良好。风水联合选择性冷渣器运行效果不好，这种型式的冷渣器对灰渣的粒度十分敏感，可将正在运行的或在建的风水联合选择性冷渣器改为水冷滚筒冷渣器。靠变频调节冷渣器转速控制排渣量来满足排渣要求。冷渣器的排风管宜采用带陶瓷内衬的钢管，防止磨损。排渣口处锥形阀处应选择合适的部位设置打焦孔，以便在排渣口堵塞时用于疏通。CFB锅炉燃煤系统CFB锅炉燃煤经过粗、细碎机破碎，粒度较细，水分较大时极易粘结，造成煤仓和给煤线堵煤。CFB机组应根据煤的物理特性设置干煤贮存设施。输煤系统应设置三到四级除铁器，在破碎机前后设置除杂物机，以除去煤中的铁块和杂物，防止卡住和堵塞给煤系统。CFB锅炉燃煤必须具备宽筛分特点，根据各厂煤质情况、原煤的粒度分佈情况，可选择在一级破碎机前或后部加装筛分装置併设置旁路系统。这样可以有效防止煤的过度粉碎，减少后燃烧现象，降低回料系统温度、排烟温度和飞灰可燃物。非金属膨胀节普遍存在的问题CFB锅炉配套设计的非金属膨胀节普遍存在不耐高温、抗拉压强度低的问题，多次出现撕裂、烧坏等现象，尤以料腿部位膨胀节为甚。各厂均已更换多次，运行仍不可靠，造成多次机组暂停；各部膨胀节特别是床下水冷风室和回料系统的膨胀节，在金属膨胀节能够满足各方向的膨胀要求时,应换（装）成金属膨胀节。非金属膨胀节应考虑通风以及防止积灰和煤粉导致损坏。