循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的原因、危害及預(yù)防

    本文針對石家莊高新熱電幾臺循環(huán)流化床鍋爐歷年來結(jié)焦情況進行全面分析，根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的特性，結(jié)合多年實際運行經(jīng)驗，提出了機組運行時預(yù)防鍋爐結(jié)焦的有效措施及事故處理。從而對結(jié)焦問題提出了處理方法和預(yù)防措施，并在實踐應(yīng)用中取得了良好的效果，為高新熱電循環(huán)流化床鍋爐的安全穩(wěn)定運行提供了依據(jù)，同時帶來了經(jīng)濟效益，在同類型循環(huán)流化床鍋爐運行中有很好的借鑒作用。

一、設(shè)備簡介

    石家莊高新熱電公司共有五臺循環(huán)流化床鍋爐，#1、2爐為杭州鍋爐廠早期生成的75t/h循環(huán)流化床鍋爐，1995年投產(chǎn);#3、4爐為無錫鍋爐廠生產(chǎn)的75t/h循環(huán)流化床鍋爐，2000年投產(chǎn);#5爐為無錫鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h循環(huán)流化床鍋爐，2005年投產(chǎn)。本文只對無錫鍋爐廠生產(chǎn)的循環(huán)流化床鍋爐進行分析論述。鍋爐的物料分離器采用絕熱式高溫旋風(fēng)分離器，回料器采用“U”型閥系統(tǒng)。

    鍋爐結(jié)焦事故會給電廠帶來較嚴重的經(jīng)濟損失，我廠投運以來發(fā)生過幾起結(jié)焦事故，每次結(jié)焦后，均要停爐幾天進行冷卻清焦，每臺爐為此造成的直接間接經(jīng)濟損失20-50萬元，所以防止鍋爐結(jié)焦事故是我廠技術(shù)人員研究的一個重要課題。

二、結(jié)焦的分類

    循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦的直接原因是床料局部或整體溫度超出灰熔點或燒結(jié)溫度。一般將結(jié)焦分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦。

所謂低溫結(jié)焦就是當(dāng)床層整體溫度低于灰渣的變形溫度，由于局部超溫或低溫?zé)Y(jié)引起的結(jié)焦。低溫焦塊的特點是帶有許多嵌入的未燒結(jié)的顆粒。低溫結(jié)焦不僅會在啟動過程或壓火過程時出現(xiàn)在床層內(nèi)，有時也可能出現(xiàn)在爐膛以外，如高溫旋風(fēng)分離器的灰斗內(nèi)或回料器內(nèi)，灰渣中堿金屬鉀、鈉含量較高時易發(fā)生低溫結(jié)焦。

    高溫結(jié)焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結(jié)焦。當(dāng)床料中含碳量過高而未能及時調(diào)整風(fēng)量或返料量時，就可能出現(xiàn)高溫結(jié)焦。高溫結(jié)焦的特點是面積大，甚至波及整個床面，而且從高溫焦塊表面上看，基本上是熔融的，冷卻后質(zhì)塊堅硬，并夾雜少量氣孔。

    對流化床鍋爐來說，結(jié)焦按照部位分為爐床結(jié)焦和返料器的結(jié)焦兩種情況，爐膛內(nèi)的結(jié)焦按照結(jié)焦時的工況可分為點火過程中結(jié)焦和運行過程中結(jié)焦。

三、各種結(jié)焦的介紹

第一類 返料器結(jié)焦

返料器結(jié)焦一般都發(fā)生在運行當(dāng)中。

1、返料器結(jié)焦的現(xiàn)象

(1) 床溫難以控制，稍增給煤，床溫就上升很快，稍微減煤，床溫就很快下降，

(2) 返料器溫度先升高而后逐漸地降低。

(3) 返料風(fēng)壓增大。

(4) 主汽流量降低、主汽壓力下降。

(5) 爐膛差壓下降，料層差壓減小。

(6) 爐膛上部溫度降低，排煙溫度升高。

(7) 循環(huán)灰放不下來。

2、原因分析

(1) 燃煤煤質(zhì)差是造成結(jié)焦的主要原因。

(2) 返料器漏風(fēng)嚴重，返料風(fēng)壓不夠，或波動過大，或返料中斷。

(3) 返料器中有異物，將返料器出口堵塞或影響返料風(fēng)。

3、如何避免

(1) 為防止返料器結(jié)焦，必須嚴格控制返料溫度不大于1000℃。

(2) 放循環(huán)灰時不能過多，以免破壞流化燃燒狀況，造成細粉抽入循環(huán)回路二次燃燒。

(3) 運行中嚴格監(jiān)視返料器的上下部溫度和返料風(fēng)壓的變化，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

(4) 運行中定期巡檢返料器底部檢修孔、觀察孔等處法蘭是否漏風(fēng)，否則冷風(fēng)漏入易造成返料器內(nèi)部結(jié)焦。

(5) 當(dāng)一側(cè)返料器堵塞時，必須壓火進行疏通，防止循環(huán)工況破壞后，另一側(cè)返料器溫度升高，造成結(jié)焦。

(6) 合理調(diào)整返料風(fēng)量或加裝增壓風(fēng)機，避免返料風(fēng)量、風(fēng)壓過小，返料流化差堵塞，導(dǎo)致結(jié)焦。

第二類爐膛內(nèi)結(jié)焦

爐膛內(nèi)結(jié)焦又分為點火過程中結(jié)焦和運行中結(jié)焦

(一)爐膛內(nèi)點火過程中結(jié)焦

1、爐膛內(nèi)結(jié)焦的現(xiàn)象

(1) 從觀察孔看可以看到有明亮耀眼的火星;

(2) 料層差壓不正常的降低;

(3) 爐膛底部放渣口有的不能放出渣來。

2、原因：

點火過程中結(jié)焦主要是低溫結(jié)焦，點火時由于底料中含有少量的可燃物，有時床溫上升過程中加煤量掌握不好，一次風(fēng)調(diào)整不及時致使床料流化不良造成局部超溫結(jié)焦，嚴重時會逐漸擴大導(dǎo)致大面積結(jié)焦。如超溫部位在放渣口附近，則會導(dǎo)致排渣不暢或堵塞，點火中斷。

3、點火過程中結(jié)焦事故的預(yù)防及措施

(1) 鍋爐點火前必須要做床料流化試驗，掌握并記錄最低流化風(fēng)量，點火過程中要求保證流化良好，一次風(fēng)量不低于最低流化風(fēng)量。

(2) 在鍋爐點火后期，投煤時要特別注意給煤量，此時床溫達到燃煤的著火點附近，加熱的燃煤大部分還沒有燃燒，一旦著火，溫度會很快上升，如果控制不好，就很容易發(fā)生結(jié)焦。所以給煤時不能大量給煤，而是采取間斷式給煤，盡量防止床料中形成小焦塊，如有小焦塊，要盡量用鉤子鉤出，以免造成低溫結(jié)渣。并且在點火后期，不可大幅調(diào)整燃油量，往往在點火過程中發(fā)生的操作失誤就會導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。

(3) 點火時要注意一次風(fēng)量的調(diào)整，風(fēng)量過大會帶走床料的熱量，造成床溫下降，床溫不易達到燃煤的著火點，延長點爐時間，浪費燃油。但是一次風(fēng)量又不能過小，保證不低于流化風(fēng)量，當(dāng)床溫到達500℃時，再酌量加煤，并注意氧量的變化，氧量下降較多時，酌情減煤，床溫上升較快時，可適當(dāng)加大一次風(fēng)量，使床溫平穩(wěn)上升，直至燃燒正常。劇烈的加減風(fēng)都是不允許的。

(4) 點火時要注意料層差壓的變化，正常的點火過程料層差壓是穩(wěn)定的，投煤后稍有增長，料層大幅增減是不正常的，，應(yīng)該分析原因，特別是料層差壓劇增，往往是結(jié)焦的前兆，劇減時一般情況下結(jié)焦已經(jīng)形成。所以司爐在點火過程中要注意觀察料層差壓的變化，一旦突變，要立即采取措施，迅速提高一次風(fēng)量，寧可將火吹滅重新點火，也要避免爐床結(jié)焦事故發(fā)生。

(二)運行過程中爐床結(jié)焦

1、結(jié)焦現(xiàn)象

料層差壓突然大幅下降，床料溫度升高，主汽溫度下降，主汽流量下降，底部放渣管放不出渣來。

2、結(jié)焦的原因

(1)床料流化對結(jié)焦的影響

循環(huán)流化床鍋爐流化不良是引起結(jié)焦的主要原因。由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒床料主要是由0-10mm的燃煤和灰渣組成，一旦流化不好就容易形成床料局部堆積，堆積的床料本身溫度較高，加上床料中含有未燃燒完全的煤粒，繼續(xù)氧化燃燒，放出熱量，散發(fā)不出去，從而使該部分床料的溫度急劇上升，當(dāng)溫度超過了灰渣的灰熔點時，就產(chǎn)生了結(jié)焦現(xiàn)象。在循環(huán)流化床鍋爐運行中，當(dāng)流化風(fēng)速低于床料的臨界流化風(fēng)速時，物料在爐床內(nèi)燃燒放熱，熱量來不及向鍋爐受熱面?zhèn)鬟f，使物料溫度急劇上升，當(dāng)溫度超過灰渣的灰熔點溫度時，就會產(chǎn)生爐床整床高溫結(jié)焦。

(2)灰渣的灰熔點對結(jié)焦的影響

灰熔點越低，越容易結(jié)焦。灰熔點與灰渣中的成分含量有關(guān)，灰渣中堿金屬鉀、鈉含量較高時，灰熔點較低，一般的煤種灰的熔點都在1300℃左右，只要保證大于流化風(fēng)量就不會發(fā)生結(jié)焦，而灰熔點低的煤種，灰熔點僅在1000℃左右，循環(huán)流化床鍋爐的床溫一般控制在900-950℃，一旦超溫，很容易達到灰熔點，風(fēng)量稍微一低就會造成結(jié)焦。

(3)燃料特性對結(jié)焦的影響

循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計燃料粒徑特性為0-13mm，如果燃料中大于13mm的顆粒偏多，遠超過了設(shè)計要求，粗顆粒容易沉積，影響流化與運行，嚴重時造成結(jié)焦。

(4)密相區(qū)燃燒份額對結(jié)焦的影響

燃燒份額是指每一燃燒區(qū)域中燃燒量占總?cè)紵康谋壤?。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒主要發(fā)生在密相區(qū)和稀相區(qū)，這兩個區(qū)域的燃燒份額之和接近于1，其中密相區(qū)的燃燒份額會影響到料層溫度控制、爐內(nèi)傳熱以及鍋爐連續(xù)安全運行，所以密相區(qū)燃燒份額是我們最關(guān)心的一個參數(shù)。在其他條件不變的情況下，當(dāng)密相區(qū)燃燒份額增加，也就是燃煤在密相區(qū)放熱份額增加時，為保持密相區(qū)出口溫度不變，必然增加密相區(qū)的吸熱量，相應(yīng)增加密相區(qū)的受熱面積。如果密相區(qū)的受熱面積再無法增加，則會使密相區(qū)出口煙溫提高，即帶入稀相區(qū)的焓增加。如果該部分焓不能有效被稀相區(qū)受熱面吸收或被煙氣帶走，則密相區(qū)的熱平衡就被破壞，從而使爐床溫度升高，出現(xiàn)高溫結(jié)焦。

(5)運行參數(shù)的影響

a. 料層差壓

料層差壓是一個反映床料厚度的參數(shù)，在鍋爐運行中，料層厚度的大小會直接鍋爐床料流化的質(zhì)量，如果料層過厚，有可能引起床料流化不好，造成鍋爐床料結(jié)焦或滅火，料層太薄了又燃燒不穩(wěn)且?guī)Р簧县摵?，因此司爐要特別注意料層差壓及風(fēng)室風(fēng)壓，通過控制放渣量保持合理穩(wěn)定的料層，不可將料層積累太厚或放的太薄。

b. 料層溫度

鍋爐正常運行時，在保證不發(fā)生結(jié)焦的情況下，盡量提高床溫，床溫的提高有利于煤的燃燒和燃盡，但令一方面要低于灰熔點100-200℃，同時，為適應(yīng)環(huán)保的要求，最大程度的提高脫硫效率，降低硫化物和氮氧化物的排放，該廠的循環(huán)流化床鍋爐要求控制在850-950℃，且盡量保持在下限。

(6)加減負荷時的控制

加減負荷時，要求嚴格執(zhí)行“升負荷時先加風(fēng)再加煤，減負荷時先減煤后減風(fēng)”的操作思路。在加減煤時，不能突然大加大減，燃燒調(diào)整時要做到“勤調(diào)細調(diào)”避免床溫大起大落。

(7)嚴格控制燃煤質(zhì)量

運行中，盡量燃用灰熔點高的煤種，盡量不選用含鉀、鈉高的煤種。同時，因該廠采購煤種較雜，還應(yīng)該采取配煤的方式來控制入爐煤的品質(zhì)，根據(jù)各爐的運行情況及時調(diào)整燃煤的配比，使鍋爐運行達到最佳狀態(tài)。

(8)返料影響

返料風(fēng)過小，或返料器由于耐火材料脫落而堵塞，或因料層差壓高影響循環(huán)灰進入爐膛等原因，返料無法正常返入爐床，都會可能造成床溫過高而結(jié)焦。若此時再通過加煤來維持汽壓汽溫，則床料在返料未回爐膛及加煤的雙重作用下，會急劇上升導(dǎo)致床料結(jié)焦。若運行中返料溫度過高，可能會造成返料器內(nèi)結(jié)焦。

(9)結(jié)構(gòu)方面的影響

布風(fēng)板設(shè)計不良、風(fēng)帽布置不合理或風(fēng)帽損壞，造成布風(fēng)板布風(fēng)不均，會造成部分床料不流化而產(chǎn)生結(jié)焦。

四、結(jié)焦的處理

    鍋爐結(jié)焦的處理是一種既危險又艱難的工作。如果是返料器結(jié)焦，應(yīng)采取壓火處理，然后打開返料器底部入口門，將返料灰放出后，由于返料結(jié)焦堵塞，所以返料器中積存了大量的高溫返料灰，打開入口門后，返料器中的高溫返料灰會像流體一樣流下來，因此要特別注意防止燙傷，返料灰放完后，用工具將結(jié)焦打掉清出，并檢查清理干凈小風(fēng)帽上的焦塊雜物，然后用強光手電照射返料器內(nèi)部檢查，確保返料器暢通，內(nèi)壁無掛焦，然后將底部入口門封閉，重新進行揚火啟動。

    如果是點火過程中材料結(jié)焦，應(yīng)立即停止點火，由于此時爐內(nèi)溫度不是太高，可在只保留引風(fēng)機運行的情況下，打開爐門觀察，如果是輕微結(jié)焦，用長柄耙子將床料中的焦塊耙出，然后關(guān)閉爐門，重新進行點火工作;如果結(jié)焦嚴重，結(jié)焦面積太大，無法耙出，則停止點火，將床料冷卻后全部清理出來，然后重新添加床料后，再進行點火工作。

    如果運行中發(fā)生床料結(jié)焦，應(yīng)立即停爐，并保留引風(fēng)機和一次風(fēng)機運行，當(dāng)床溫吹至300℃以下時，停止所有風(fēng)機運行，打開鍋爐人孔門自然通風(fēng)冷卻，當(dāng)溫度降至允許人員進入時，安排人員進行清焦處理，然后重新上料點火。

五、結(jié)束語

    循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)焦事故是可以預(yù)防和避免的，只要認真監(jiān)盤，加強巡檢，發(fā)現(xiàn)異常及時查出原因，對癥下藥，就可以預(yù)防結(jié)焦事故的發(fā)生。