循环流化床锅炉的综合技术对策研究

cai1972

0 前言
循环流化床锅炉CFB技术在设备制造、工程设计和运行调整等几方面都存在着一些工艺问题，需要加以研究分析，解决好积累的具体问题。这些困惑已关联到制造、设计、调试、监理和运行等各个层面，须综合治理。本文旨在起到抛砖引玉的作用，供业内人士参考。
1制造与设备改造方面的技术对策
1.1点火筒的设计思路
点火筒主流化风与点火中心风、夹层冷却风（即混合风）之间的流体分配关系和导向角度设计，直接关系到点火筒的烧损问题。能否借用低挥发份燃料预热室燃烧器的设计理念加以完善，看来是一个值得思考的问题。如图1所示。这样做便于点火启动中的风量切换过程，对于没有设置点火增压风机的点火筒，甚至可以在适当风门开度下直接无切换加减风量，对料层温度、风室风温和物料流化程度控制也十分有利。甚至可以考虑主流化风与点火筒分置的布置方式。此外在合适的区段增加一些筒内夹层和分段温度测点，热偶材料可选择铼钨热偶等类型的高温测量元件，以便准确监视筒内燃油着火过程各段烟温水平。
1.2 J阀放灰
在多台CFB机组实践中，我们通过返料器放灰解决了一些由于细灰含量过多而导致循环灰过载恶化的问题。原因在于通过少量循环灰排放来调节CFB的颗粒度分布，间接过筛后适当增加粗颗粒含量，减少总灰量。对于四川攀枝花电厂这样的低床温、多细灰135MWCFB锅炉来说，将是一个理想的技改方案。此方案关键在于加装细灰放灰管水冷套、耐高温闸板阀和一道转速可调锁气器。
1..3 对高温灼烧管路的水冷保护
不少CFB锅炉在由风水冷冷渣器改为滚筒式冷渣器后，炉外冷渣器入口端排渣管长期处于烧红灼热状态，烧损明显。而返料器在放灰过程中放灰管以及风室内部过渡段垂直排渣管点火期间也存在这一现象，为此应在设备技改和制造中考虑对应部位加装水冷套，以降低该管段温度，减少意外故障。
返料器风室放灰管使用频率很低，因此无需专门冷却。
1.4 主流化床排渣问题
随着CFB大型化，床面积逐渐加大，应注意料层底部中央区域的放渣问题，至少应当有事故放渣的考虑。这样做可以改善床层物料粒度的几何分布，对炉内燃烧过程稳定性和床温均匀性很有好处。实践证明，那些具有中间部位放渣管的流化床，只要做到定期或连续排放并保持住良好的床温，就能避免运行中颗粒不均所引起的结焦、床温偏差以及局部流化不均匀问题。
1.5 膨胀节问题
由于CFB磨损、膨胀和耐火砌层布置与选材不同与一般锅炉，应对分离器前后、料腿、回料J阀、燃烧室、风烟道等处的金属与非金属膨胀节认真选型和设计，防止变形与撕裂，尽可能消除这些地带的磨蚀、应力集中和泄漏等问题，考虑出足够的膨胀间隙、耐火性能和材料膨胀系数的不一致影响。
在J阀等高温区域的膨胀节上，应当考虑采取冷一次风或者取用返料风源的风冷却方式，这一点很重要，我们已经在一些电厂加以应用，效果良好。
1.6 防磨损措施的运用
很多场合下，在完全没有采用特殊防磨处理的水冷壁施工与设计时，一般经验是尽可能地避免表面上出现不平整焊瘤、过渡接口和鳍片毛刺，并且在角部等易磨损区域加以超音速喷涂措施，就能够减少磨损。这一规律，确实符合很多燃用褐煤、贫煤等优质原煤的CFB用户的规律。但是对于那些分布在华北、西北和东北地区煤源丰富的省份，矸石类硬质、多灰分、低热值燃料的CFB用户，就不太适用这样的简单处理。
情况恰恰相反，这些用户的CFB水冷壁鳍片上，需要加装图3所示的防磨削旋片，这一点在1992年《山西电力技术》第一期作者编译的《流化床》一文中已经有所交待。而且考虑在旋风分离器入口烟窗截面突变区域的顶部，即屏式过热器、屏式再热器、大屏式水冷壁和双面曝光水冷壁炉顶穿墙管用耐火浇注料砌成光滑流体力学过渡型炉顶，同时从上部根部起将500～1400mm（根据实际运行温度和受热面多寡来定）的屏式受热面的一部分包裹起来。其他区域一方面考虑高温喷涂、过渡管背弯和耐火过渡消旋，另一方面注意二次风位置与调整量的控制，确实能够大大减弱磨损。
尾部烟道防磨宜采取外螺旋管、防磨鳍片或厚管壁防磨等常规措施。
CFB机组设计方案
2.1 碎煤机与筛分设施
尽量选择转速相对较低的、挤压原理为主的原煤破碎设备，比如国产新乡东振机械厂的液压退让式齿辊式碎煤机。相对于高转速的以撞击、锤击原理的设备来言,其破碎性能良好，没有明显的过破碎现象，颗粒分布比较均匀，对水分的敏感性不高，有自筛选能力，过粗过细的颗粒份额能够控制在最小程度。
2.2除尘与脱硫问题的考虑
在环保要求比较高的区域,考虑到CFB技术深度脱硫的限制,可考虑预留好设置二级脱硫的场地和空间。除尘器一般至少为四电场电除尘或电除尘加布袋除尘器的方案，使粉尘排放达标。
为了保证基本脱硫性能，应保证石灰石系统有良好的计量装置、顺畅的输送管路和适宜的石灰石颗粒度、纯度。钙硫比Ca:S一般不建议超过 2.0～2.5 ：1，否则即使可以做到良好脱硫，也产生太高的脱硫成本，还不如增加炉外脱硫合算。一般脱硫装置钙硫比Ca:S为1.1～1.4 ：1。
2.3 原煤仓的设计
原煤仓不推荐采用完全钢筋混凝土结构，至少锥段应为具有光滑内衬材料的钢制煤斗，也易于桶煤和疏松操作，尽可能降低棚煤、堵煤故障。有条件时，可考虑在煤仓内部加齿条式燃料疏松机或其他装置。
尽可能放大煤斗各处截面积，仓壁角度陡峭圆滑，无死节和凸台。
2.4 风量测量系统
CFB风量测量系统对运行调整来说是非常重要的。在当量直径尺寸为600mm以上的大风道中不推荐采用小体积的流量测量装置，而宜采用机翼式类型的测风装置，以消除L/D比不足和弯头的影响。而返料器、播煤风等确实可以具有较长直管段的小管径风道，应针对测量要求,可以人为设计好测风装置前后所需要的足够直管段，减少读数误差。
氧量的测量，对于风量的热态修正同样具有重要的作用。人们可以利用单变量关系，分别对一次风和二次风进行风量差扰动，然后根据已有的运行参数精确地换算出各部分风量来，长期指导运行。
2.5 床温与炉膛温度的测量
CFB料层温度最下层的高度以480~550mm高度为宜。此高度在启停炉过程中显得尤为重要，可真实反映料层高度上的粗料温度状态。测点数量按布风板面积大小确定，有可能的话可以在600~800mm设置高度第二层床温测点。
对于容易发生悬浮段二次燃烧的细料床CFB锅炉，应当增加悬浮段至炉膛出口的稀相区温度、烟压测量点，便于灰浓度场和脉动式二次着火的监视。
2.6 料层差压测量
目前多数CFB 锅炉都未设置很好的料层差压取样点。实际上将最下层床压测点的高度放置在与布风板上与风帽平齐、或从布风板算起300mm为左右高度上较为合适。此高度所获取的风压与炉膛出口的压差对风量和运行床温不敏感，经修正计算后可直接反映出料层厚度，对排渣控制十分有利。
2.7补料与给煤系统
CFB锅炉启动和运行床料补给系统的设计对于减轻补料劳动强度和提高床层控制能力都很有必要。尤其是那些燃用热值较高、细末含量高、大颗粒少、不易存料煤种的CFB炉型，这点显得更为重要。
床料的补料点可选为炉前落煤管或返料器J阀后回料斜腿上。
各种类型的给煤方式都应尽量使落煤点靠近炉前，防止管内快速着火栓塞。在可以保证风力密封的前提下，不要设计机械式密封给煤调节装置。如很多刮板式给煤机末端的圆盘式给煤密封和调节装置，经常成为给煤系统堵煤的根源。 2.8 烟风挡板的选型 二次风 烟风挡板的调节误差对CFB燃烧调整有明显的不良影响。在设计中,手动门可选择能定位的带刻度翻转碟阀，电动门或调节门为蝶阀或闸阀..
风烟挡板的外轴端应留有与阀芯挡板方向一致的沟槽标记。
2.9 风箱放灰
在已运行的多台各类CFB锅炉中，存在着主流化床和返料器风帽漏灰问题，而实际的设计中又往往忽略了风室的放灰问题。所以提醒设计部门，一定要在这两个风室设计好放灰管及其控制阀门，锅炉厂提前留出接口。
2.10 拨煤风(输煤风)等辅助用风的设计
又要提高功效 设计中为了达到尽量减少辅助风量的目的，应重视密封风、播煤风等的设计工艺，在喷嘴形式、管径、切入角度和引用风源上多加考虑。大多数的辅助风源，一般都推荐采用压力冷风。 2.11 冷渣器的选择
对于物料中8mm以上粗大颗粒较多、且细粉成分适中的多数用户来说，推荐选择使用国产的松灵式等类型的滚筒式冷渣器。该型冷渣器是解决排渣难问题的一种很好的解脱方式，同时可以明显降低厂用电率、减少检修维护工作量、降低运行操作强度，能够实现稳定可靠的料层排渣自动控制。但其缺点在于由于缺少风力选择，细灰回料性稍差，启动中建立灰循环的速度略慢一些。个别品牌的该型冷渣器出现动静结合部的泄漏、旋转卡涩和出渣冷却不足问题。
而对于那些无粗大料层颗粒、煤质碎裂程度较高、燃用灰分相对较低燃料的CFB锅炉，如不考虑厂用电率的问题，也可以使用国外通用的风水冷冷渣器。但一定要对除渣困难的问题足够重视，采用具有自滚动坡度、风力（或机械）助推、事故短路排渣等改进型设计的产品，对内部热交换器的磨损泄漏、粗颗粒沉积、流渣不畅和运行调整等难点要有明确可靠的措施。 中国电力2.12 防爆设计
目前的设计中，基本上没有做尾部烟道和风系统的防爆燃装置设计。国内数台CFB锅炉爆炸、尾部对接部撕裂或空气预热器爆燃烧损等事故严肃地证明，尾部烟道和一、二次风风箱和风道容易在压火、启停等过程中出现瓦斯返窜爆燃事故，这一点防范工作必须提前考虑。一是增加瓦斯放散设计；二是各区域防爆设计完善。低温燃烧同样存在防爆问题。
 CFB运行调整要点
.1 点火启动要点
3.1.1 冷态试验
通过料层与空板阻力试验，可以全面地了解CFB基本的布风均匀性、料层阻力、空板通风阻力和热态模拟等情况，对于预见性地判断未来热态的调整行为有着非常重要的意义。启动调试的冷态试验中，应当完成：⑴点火风、⑵主流化风和⑶主流化风+点火风这样三种风量组合下的料层试验与前两种状态下的空板阻力特性试验。
一般情况下，对应各料层厚度的冷态最低临界流化风量出现时，会在逐步加风升压过程中突然发生风室风压0.15～0.35kPa的下降值凹陷情况，此点极为重要。为此，建议在一次风机或增压风机作为流化风源料层试验时，在该拐点出现以前的加风幅度应当尽可能小，以便找准关系。

3.1.2 点火启动用风量
点火启动过程中，以冷态试验下所获得的点火料层对应的冷态最低临界流化风量Qmin.1f为基准值，确定点火时床下流化风量Qz.1f应等于1.1～1.7倍的 Qmin.1f风量，其中包括了15％～20％的播煤风、密封风、膨胀节冷却风和输煤风等辅助用风风量。对于 “T”或者“L” 类型大孔径风帽取上限，防止漏灰或流化不均匀；对于钟罩式或者蘑菇头类型小孔径风帽取下限，节省点火用油。
二次风的风量Qdh.2f应为0.20～0.60倍的Qz.1f风量。具体数量以保证基本推力（即母管风压要比最低二次风口附近床压高出0.12～2.0kPa）为好、防止瓦斯返窜，二次风形成扰动即可。
3.1.3 点火筒配风方式
&? u!S3~X-\0针对目前国产循环流化床锅炉点火筒特点，点火配风时主流化风挡板开度根据关闭时的漏风程度应为0％～15％；而点火油枪中心风和夹层冷却风构成的点火风量比例应该为总流化风量的75％～90％。具体的比例以风道走势和截面积分配为准，同时兼顾点火筒及分室各段温度，避免出现“窝火”烧损情况。
3.1.4 投煤操作
在床温达到420～650℃时（按煤种判断），宜采取点动脉冲式试投煤引火方式。试投煤时，单台给煤机出力选择10％的给煤量。每次2～5分钟，间隔5～8分钟。以氧量和床温上升情况以及就地观察火星状态来确认着火可靠后，经两三次后方可连续给煤。
3.1.5 在安全的前提下可适当提前撤油枪的时机，多数情况下650～780℃床温为第一支床下点火油枪撤出的时机，820℃前可撤出全部点火油枪，以防温升过快结焦和爆燃，形成燃油向纯燃煤的良好温升过渡关系，但必须兼顾返料温度。