循环流化床锅炉若干技术问题的探讨与解决方案

第４期（总第１３３期）　２００６年８月　山　西　电　力　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＩ　ＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＮＯ．４（Ｓｅｒ．１３３）　Ａｕｇ．２００６　循环流化床锅炉若干技术问题的探讨与解决方案　程昌业　，郝志刚　，段剑翔　，苏生长　（１．山西世纪中试电力科技有限公司，山西太原０３０００１；２．山西电建总公司监理公司，山西太原０３０００１）　摘要：比较全面地对我国循环流化床锅炉的优缺点进行了总结，　并且提供了一些技术改进措施的　建议，旨在有益于提高循环流化床锅炉的运行可靠性和经济性，　为制造、设计、安装和运行单位　提供了一些技术参考和基本思路。　关键词：循环流化床；磨损；煤种；瓦斯爆破；返料器　中图分类号：ＴＫ２２９．６　文献标识码：Ａ　文章编号：　１　中国循环流化床锅炉的发展概况　作为一个发展中国家，如何解决煤炭燃烧设备　降低ＮＯ　／ｓｏ　大气污染物排放、改善环保减轻温　利用：　排出的灰渣活性较好’有利于灰渣的综合　ｄ）与颗粒直接接触的受热面，具有很高的传　热系数，受热面布置灵活。　室效应、低成本的设备投资、提高能源利用效率、　便于劣质煤综合利用、尽量处理垃圾燃料之间所存　在的矛盾，而循环流化床ＣＦＢＣ（Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ　Ｆｌｕ—　ｉｄｉｚｅｄ　Ｂｅｄ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）锅炉的普遍运用就成为多　数用户的首选燃烧设备，较好地解决了上述矛盾。　但是，国内ＣＦＢＣ技术的发展过于急躁，容量直接　由１２　ａ前的７５　ｔ／ｈ迅速发展到现在的引进　ｅ）流化床的负荷调节范围很大，非常适应于　电网调峰。　ｆ）小型的ＣＦＢＣ可以实现较长时间的压火热　备用。　ｇ）整台机组的锅炉岛系统布局简单，不需要　十分庞杂的燃料制备系统。　ｈ）在充分注意环保指标的前提下，设备综合　性一次投资较少。　ｉ）运行操作简便，辅助机械故障率较低。　１　０２５　ｔ／ｈＣＦＢＣ电站锅炉，生产研制周期太短，这　其中的缺憾是在所难免的。　２　ＣＦＢＣ锅炉的优点　ＣＦＢＣ锅炉有很多独特的优点，是传统锅炉技　ｊ）热效率和燃烧效率较高。　３　国产ＣＦＢＣ锅炉在实际应用中存在的缺点　由于ＣＦＢＣ锅炉的特殊发展背景，其技术方面　必然存在较多的困难和问题需要进一步克服和解　决。根据经验，目前国产ＣＦＢＣ锅炉存在以下几方　面较明显的缺点。　ａ）锅炉受热面磨损严重。　术所无法实现的。笔者认为，流化床首先应当被肯　定的优点有１０项，今后也应当在这些方面多挖掘　潜力，进一步提高其应用实效。　ａ）流化床低温燃烧技术实现了燃烧过程高效　脱硫、脱硝。　ｂ）燃料的适应范围广泛，甚至可以燃烧一切　具有发热量的可破碎固体燃料。　收稿日期：２００６—０４—１５。修回日期：２００６—０５—０８　作者简介：程昌业（１９６２一），男，山西临猗人，１９８３年毕业于西安交　通大学热动专业，高级工程师；　郝志刚（１９７０一），男，山西太原人，１９９０年毕业于太原工　业大学电力分院热动专业，工程师；　段剑翔（１９７０一），男，山西祁县人，１９９０年毕业于太原工　业大学电力分院热动专业，工程师；　苏生长（１９５４一），男，山西太原人，１９７３年毕业于太原电　ｂ）分离器料腿下方的返料器返料故障时有发　生，影响返料系统物料循环效果。　ｃ）点火过程的操作比较繁琐，考虑因素较多。　ｄ）冷渣器的排渣状态直接影响流化床的运行　可靠性。　ｅ）风机厂用电率较高。　ｆ）容易发生堵煤和床温不均匀故障。　ｇ）ＣＦＢＣ料层及炉膛温度对燃料的颗粒尺寸　及其宽筛分的比例分布十分敏感。　・　力学校热动专业，高级技师。　５５　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

山　西　电　力　２００６年第４期　ｈ）烟气中携带的飞灰可燃物含量普遍较高。　ｉ）密封问题需要很好地解决，尤其是高风压　根据返料风、Ｌ阀喉部的阻力情况，改进返料　风管并增加返料风压利用率。然后按返料装置的结　构特点，肉眼观察返料效果，调整好返料风，个别　返料器还需要增设导流风。　一和过渡烟道的对接部分。　ｊ）流化床烟风道爆破的隐患明显存在。　ｋ）启动过程中控制不好时，容易出现爆燃。　般使用冷风源作为返料风可以产生很好的效　１）与常规锅炉运行相比较，ＣＦＢＣ锅炉连续运　行时间相对较短。　果。在管道布局上应充分考虑阻力平衡。　４．６加装合理的料层差压取样系统及调整适当的　４　ＣＦＢＣ锅炉设备缺陷和运行故障的解决方案　床层温度计高度　这些年来，笔者对多台流化床锅炉实施了成功　的技术改造，基本解决了锅炉与燃烧有关的技术问　题，下面简要归纳内容可供有关技术人员参考。　４．Ｉ给煤机落煤管增加输煤风　在每台给煤机下方落煤管上适当部位增加小角　度倾斜的导流式“输煤风”管，其管径和风源压　力、温度根据流化床给煤机台数和计算风量要求确　定。该风源与一般的播煤风和输送风有所区别，增　加这一风管有以下几个目的：　ａ）用高压密封风密封微正压燃烧的炉内料层，　减少环境的烟气、粉尘污染；　ｂ）通过具有一定流速的输煤风来疏松和携带　燃料，减少发生堵煤的可能；　ｃ）落煤管尤其是其炉前部分容易受到高温辐　射影响，需要冷却风来冷却，解决落煤管烧红、烧　损以及膨胀变形、开裂问题；　ｄ）输煤风进入料层以后，起到播洒燃料和搅　拌层的作用，改善燃料扩散效果，促进床温稳定增　长、均匀；　ｅ）由于输煤风事实上起到了二次风的作用，　减少了启动二次风机所产生的瞬间蒸汽、料层温度　摆动的冲击，便于稳定过渡。　４．２增设瓦斯排放管　在空气预热器出口风道的最高点甚至尾部烟道　顶部、布风室和旋风分离器处增设瓦斯排放管，目的　在于排放压火、启动期间积存在空气预热器风室内　部的瓦斯，降低瓦斯浓度，减少产生爆破的可能。　４．３加设捅灰捅渣口　在分离器、冷渣器放灰管接近返料器风室下端　处、放渣管接近风室下方处加装桶灰嘴，并在桶灰　嘴上加１个手拨密封挡板，一旦发生堵灰堵渣时设　法疏通，以免发生由于堵塞而被迫停炉的事故。　４．４放渣管增设水冷套或耐火涂层　在锅炉底部放渣管风箱内部的管段增加水冷套　或耐火涂层，防止放渣管在油枪点火过程中的烧　损，起到启动保护作用。　４．５　返料器返料风的改进问题　・　５６　・　从耐火浇注料表面向上算起，料层温度计的高　度应为４００～５５０　ｍｍ，４８０～５００　ｍｉｔｔ最佳；而料　层差压零压点取样位置高度则应当为１５０～２００　ｍｍ处，以便准确反映料层厚度，有利于排渣量和　排渣周期的精确掌握，而下风负压点的取样位置应　当为炉膛中部负压或者分离器入口负压，确保参数　的稳定可靠。计算单元根据冷态试验结果加上零位　修正即可。　对于各处设计的温度测量一次元件的安装取样　位置，必须考虑到以下几个方面的误差影响因素：　ａ）取样一次元件是否足够长，防止附近受热　面的吸热或放热影响；　ｂ）取样难点能否反映真实的烟气流程基本平　均状态，烟气温度的测量需要与锅炉专家探讨其流　体偏差、烟气分布的影响，尽量科学、真实；　ｃ）流化燃烧颗粒冲刷的影响；　ｄ）取样点是否考虑了前后受热段漏风的密封　影响；　ｅ）标识位置和名称正确与否，所选择的取样　点维护应当方便。　对于烟气压力测量，炉内需要考虑防堵塞措　施；炉外须加装吹扫三通和吹扫用的可拆卸管口，　其末端直径应当为≯１０～１２　ｍｍ，并有含胶垫的密　封端盖。　４．７风道加装大尺寸防爆门或专用泄压风道　有必要考虑一下空气预热器防爆泄压问题。建　议：将相当数量的检修孔改造为具有防爆能力的双　功能设施，其表面铁板可以由０．４～０．５　ｍｍ铁箔　或铝皮替换，并在其表面用剪刀划出辐射状强度减　弱线，在其内部用耐火隔热柔软材料铺设；在各级　空气预热器的过渡或出口风道上增设防爆风道和防　爆门，这样做可以避免因严重尾部爆破无法泄压，　造成烟风道的严重变形和破损的问题。　４．８旋风分离器的膨胀问题的解决　为了防止旋风分离器的膨胀变形和脱落问题，　在旋风筒耐火浇注料层的适当部位多预留一些膨胀　缝。对一些支吊结构不够强化的分离器及其内简体，　设法加强支撑筋板或自调结构，个别可能出现膨胀　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年８月　程昌业，等：循环流化床锅炉若干技术问题的探讨与解决方案　偏斜的斜撑应设法予以平衡。对不能自由膨胀的支　撑加以柔化处理，消除应力，防止筒体变形脱落。　为了解决返料器方箱开裂的问题，建议加装：分　离器外套筒的金属膨胀密封套管，套管与主套筒：之　间用石棉绳或使用松软材料密封，使得Ｌ阀可以　自由适应膨胀过程的挤压和偏置集中应力，减少发　生开裂变形的可能。　４．９旋风分离器波纹管膨胀节烧红问题的解决　将该处冷却风源调整为较高风压的冷风源上，　一般情况下可以直接取自一次风机的出口风箱。加　强密封，防止灼热的灰流烧损。　４．１０煤仓煤斗及给煤机和落煤管增加捅煤口　流化床在运行过程中，经常因原煤潮湿等原因　棚煤、堵塞，须加装捅煤口便于处理堵煤问题。　４．１１　各个点火油枪前加装就地或远方油压指示表　这些油压表可以用来调整点火油枪的燃烧强　度，确保点火过程床下风室温度随时可以均匀分　布，防止风箱变形；此外，床上油枪的温度平衡对　炉本体的整体均衡膨胀和物料预热也很有好处。另　外，可以保证最低的油枪雾化压力。　４．１２排渣排灰系统的运行控制与设备保证　对于采用连续排渣方式的流化床，必须保证各　个床面排渣点的均匀和正常。对溢流排渣方式，必　须在一定的周期内，进行炉底事故排渣的定期排　放；对床下排渣方式，则必须对各个排渣点定期轮　换排渣或者一部分连续排渣而另一些排渣点定期放　渣。这样做的好处是始终可以保持床内料层颗粒度　和分布的均匀性，确保床温稳定。我们对所做的流　化床锅炉都作这样的要求。　带有冷渣器的流化床，必须增设事故旁路排渣　通道和旁路导流风防止堵渣停炉。返料器的放灰管　应保证运行中放灰闸板的密封、结构灵活和安全操　作问题。　４．１３水冷壁下部裸露部分的防磨问题　改进的措施有两项，一是在不影响传热的前提　下，可以适当抬高燃烧室耐火浇注料层上边缘高　度，减轻大颗粒对水冷壁的冲刷；二是可以在易磨　损区域的水冷壁密封鳍片上加焊防磨片或异型钢　筋，减轻水冷壁表面的高速涡流产生的“滑灰”磨　损程度。　４．１４料层温差与飞灰含碳量的减少措施　致力于给煤风和二次风的设计改进，减少直接　由于“水平流化湍动过程”的弱化所产生的床温分　布不均。最好的情况下，可以将１７０～２３０。Ｃ的床　温偏差明显减少为３５℃以下的温度偏差。　目前山西省境内多台ＣＦＢＣ锅炉中，已经有一　些实现了最优飞灰指标。其关键在于宏观认识到的　“水平流化湍动过程理论”予以了足够的重视，实　施充分的风扰动方案，明显提高了燃烧稳定性，降　低了飞灰可燃物含量，改善了热负荷均匀性。　４．１５　完善碎煤与燃料供应系统　碎煤系统至少要保证二级振筛分选、一级破　碎。初级振筛分选后合格的燃料直接进入皮带上　煤；而留下来的燃料经过破碎以后，交给二次振筛　破碎；二次振筛分选以后的合格燃料送到皮带上　煤，不合格部分返回破碎机中继续破碎。这样做的　好处是可以大大减轻破碎机的负载，减少异常情况　的发生，如有二级破碎则更好。大型ＣＦＢＣ机组至　少要有２套这样的并联体系，每台套可以单独承担　至少１２５　的额定负荷下的燃料供应需求，且每天　可以至少停运８　ｈ以上。　４．１６　关于循环流化床的点火温度问题　一般的经验或者厂家说明书都要求流化床点火　温度为５００～６５０℃，而撤出油枪的温度不低于　８（）（）～９００。Ｃ。但事实上，对于挥发分较高的煤种，　可以采用低温“逗火”的方法来点燃流化床，采用　４２０～４６０℃的温度来试投煤点火。而完全撤出油　枪的温度可以选择６５０～７５０℃；但对于挥发分很　低，而热值和灰分又高的难燃煤种，则可以考虑　５５０～６５０℃脉动投煤。主要依赖升温趋势和具体　的升温速度来具体判断，切不可随意操作，其好处　很多，不必赘述。　４．１７　ＣＦＢＣ锅炉应当充分重视耐火浇注料的施工　与烘炉工艺　几乎所有的ＣＦＢＣ锅炉在完成烘炉操作、进入　整套调试以后都会不同程度地出现耐火浇注料的脱　落、炸开、龟裂等情况。通过相对完善的烘炉工艺　优化方案，实现相对优良的耐火浇注料表面珐琅质　和基材的硬度、强度。　施工中充分重视滑模的精确度，尽量减少滑模　换位之间高度、圆周和水平方向的错位重叠，消除　易于产生脱落的“麸皮”现象。耐火浇注料的基材　固定钯钉，从数量、分布和形状上要充分保证，浇　注过程中充分夯实湿料。在烘炉以前的自然干燥与　养护时间至少为８～１０　ｄ。施工工艺和材质要有很　好的质量保证。　４．１８　返料器、冷渣器、外置式换热器和流化床的　冷态试验优化　冷态试验是检验ＣＦＢＣ技术的一个非常重要的　措施，必须保证试验数据的真实。目前可以通过冷　态试验对中小容量的ＣＦＢＣ热态最低稳燃负荷和最　高负荷进行预测，其误差仅为５　～８　。　・　５７　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

山　西　电　力　２００６年第４期　主流化床、返料器一般采用表盘的常规运行测　点就可以很好地进行试验；而对于冷渣器和外置式　ｄ）对于返料不正常、返料温度无法上升情况，　可以少量多次放灰，疏通返料不畅的冷灰栓塞点；　ｅ）’如果出现返料风室漏灰，造成返料风机异　常、风压波动时及时放灰。　４．２３主流化床风室增加放灰管　４．２４增加看火镜装置　换热器，则需要运用流体力学和空气动力学原理合　理选择额外的加装测点，对其进行精确的多工况选　择性调整测试，为以后的床温控制、燃烧优化和循　环返料过程控制提供基础的技术数据。　４．１９省煤器和过热器的防磨处理　采用水冷式高温旋风分离器结构的ＣＦＢＣ，由　以上改进措施分别在西山煤电、沁源电厂、五　四一电厂、介休茂胜集团、孝义俊安集团、海鑫钢　铁集团、广东粤阳发电厂等容量为３５～４５　ｔ／ｈ的　调试用户的数十台ＣＦＢＣ电站锅炉中得到了成功的　于灰浓度的显著降低，确实可以减轻这部分位于烟　道横截面受热面迎风侧管束表面的磨损。而采用中　温或者低温方式的旋风返料装置的ＣＦＢＣ，位于分　离器前面的受热面磨损则相对较严重。　管组表面采用金属表面喷涂工艺可以适当减少　磨损程度，但效果有限。可以适当采用壁厚增加、　螺旋管、防磨罩、金属成分优化和槽型护片的方　应用，充分证明其实际的可靠性和合理性。　５结论与建议　ａ）本文对中国流化床锅炉的发展情况进行了　简要介绍，有利于行政和技术管理部门掌握流化床　式，将这部分易磨损部位受热面的磨损降至最低。　４．２０确保石灰石投料系统的长期正常投用　锅炉的基本发展动向，便于在审批项目和制定政策　时整体考虑ＣＦＢＣ的技术和经济特点。　ｂ）由于目前其他相关技术资料没有客观或者　全面地对国产ＣＦＢＣ锅炉的优缺点进行总结，本文　中国绝大多数ＣＦＢＣ锅炉的石灰石投料系统都　没有很好利用或者根本没有使用。测试表明，只要　正常使用就能保证很好的脱硫效果，需要加以完善　和充分使用，保证环保指标满足要求。　４．２１对于风帽的选择　目前长期的观察和实践经验证明，定向风帽在　一旨在补遗拾漏，力图建立一个比较准确的总体认识　和技术概念，帮助有关人士了解其基本特点。　ｃ）文章条款所涉及的技术改进措施已经在实　践中得到了验证，其技术是成熟的，效果十分明　般情况下都很不适应大型循环流化床的稳定运　显，曾经成功地解决了多台流化床锅炉的运行设备　故障问题，避免了很多可能发生的事故。建议有关　部门和技术人员予以参考和应用，如遇技术方案制　定确有困难可联系协商解决。　ｄ）本文旨在对技术交流和促进国产流化床的　完善进行一些抛砖引玉的工作，所提供的一些技术　参考思路由于受到技术专有问题和篇幅所限，对于　行，容易出现局部死料、波浪式涌动流化、布风板　漏渣等问题，只有在考虑了底部放渣以后，可以在　放渣管口附近布置一些小孔径的定向风帽。因此，　建议对大多数已经采取定向风帽的厂家，全部更换　为钟罩式、改良型蘑菇头式、手榴弹式或者多向倒　“７”型风帽。　４．２２返料器存灰问题　有关细节，不便详细说明和图表解释。　ｅ）建议从国家总体工业布局上要保持慎重考　虑的负责态度，不要过多地增加ＣＦＢＣ类型机组。　运行技术改进有以下几条：　ａ）对于双炉膛结构或者容易出现爆燃的锅炉，　建议空返料无灰启动；　不能为了上项目而打政策的擦边球，必须保障电厂　ｂ）对于需要填充返料器存灰启动的ＣＦＢＣ使　用冷态试验的自然灰料积存；　ｃ）运行中灰浓度过高时，可以使用返料器放　灰来解决问题；　专业技术力量，减少土地和水资源的浪费，合理分　配电网的电源点，切实保证设备的安装、制造、设　计和启动调试质量，在技术实践上多下功夫，扎扎　实实做工作。　Ｓｅｖｅｒａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｂｌｅｍ　Ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ＆Ｔｈｅｉｒ　Ｒｅｓｏｌｖａｂｉｌｉｔｙ　Ｍｅａｓｕｒｅ　ａｂｏｕｔ　ＣＦＢＣ　Ｂｏｉｌｅｒｓ　ＣＨＥＮＧ　Ｃｈａｎｇ－ｙｅ　，ＨＡＯ　Ｚｈｉ‘ｇａｎｇ　，ＤＵＡＮ　Ｊｉａｎ—ｘｉａｎｇ　．ＳＨＵ　Ｓｈｅｎｇ—ｃｈａｎｇ　（１．Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｅｎｔｕｒｙ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ。Ｓｈａｎｘｉ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｈａｓ　ｄｏｎｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ＆　ｔｅｓｔ＆ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ＆．ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ＆ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｍａｎｙ　ＣＦＢＣ　ｂｏｉｌｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１０　ｙｅａｒｓ．Ｔｈｅｙ　ｈａｖｅ　ｓｏｍｅ　ｔｏｔａｌ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ　ｏｆ　ｏｕｒ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ＣＦＢＣｓ＂｛ｅａｔｕｒｅｓ　ｉｎ　ｓｕｍｍａｒｙ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅｙ　ｇｉｖｅ　ｏｕｔ　ｍａｎｙ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｉｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｆｏｒ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｔ　ａｉｍｓ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ＣＦＢＣｓ＇ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｚａ—　ｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ；ＣＦＢＣ　ｂｏｉｌｅｒ；ａｂｒａｓｉｏｎ；ｆｕｅｌ　ｓｐｅｃｉｅｓ；ｇａｓ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ｃｙｃｌｅ　ｖａｌｖｅ　・　５８　・