宋海英

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066003）

300M W循環(huán)流化床鍋爐回料管結(jié)焦分析

宋海英

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066003）

循環(huán)流化床鍋爐的物料循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行起著決定性的作用，結(jié)焦問題是影響其安全運行的重要因素。從煤質(zhì)特性、系統(tǒng)布置入手，針對循環(huán)流化床鍋爐回料管結(jié)焦問題進(jìn)行分析，提出解決回料管結(jié)焦的方法和措施。

循環(huán)流化床；回料管；灰循環(huán)；結(jié)焦

1 系統(tǒng)概述

秦皇島熱電廠5號爐為東方鍋爐廠所生產(chǎn)的300MW循環(huán)流化床鍋爐。循環(huán)流化床燃燒技術(shù)已被運行實踐證明是可靠的潔凈煤燃燒技術(shù)，具有燃料選用靈活、污染物排放低等優(yōu)點。劣質(zhì)燃料可廣泛地應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐。低溫分級燃燒使未經(jīng)處理的煙氣中的NOX已經(jīng)可以滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求；爐內(nèi)添加石灰，在石灰燃燒過程中脫硫，從而低成本且有效地降低SOX的排放，具有良好的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5號爐于2006年11月投產(chǎn)，設(shè)計上采用回料器給煤。這種形式利于粒子的混合和預(yù)熱，也利于著火和燃燼。鍋爐引入一路熱二次風(fēng)作為給煤點吹掃風(fēng)，防止給煤堵塞。5號爐灰循環(huán)及給煤系統(tǒng)布置如圖1所示。

2 幾起事故經(jīng)過

2006-11-30，5號爐發(fā)生一起“翻床”塌死導(dǎo)致停爐、停機事故。停爐后檢查回料管有結(jié)焦現(xiàn)象，且爐內(nèi)有大量從回料管脫落的焦塊。這些焦塊導(dǎo)致爐內(nèi)流化狀態(tài)惡化，是造成“翻床”的一個重要原因。

2007-02-07，5號爐1號給煤點密封風(fēng)膨脹節(jié)漏，停運1號給煤線處理后正常。8日，5號爐的3號、4號給煤點密封風(fēng)膨脹節(jié)漏，停運3號、4給煤線處理后正常。

2007-02-11，5號爐發(fā)生一起給煤吹掃二次風(fēng)管著火事故。停爐檢查發(fā)現(xiàn)，1～4號回料管自給煤點處向下嚴(yán)重結(jié)焦，幾乎堵死。當(dāng)時正在升負(fù)荷，隨著負(fù)荷增加循環(huán)灰量劇增，加重了回料不暢現(xiàn)象。11:10，負(fù)荷升至300MW時，各下煤口壓力達(dá)到14kPa，超出了二次風(fēng)壓11kPa，此時3號刮板給煤機觀察孔向外大量冒灰。運行人員發(fā)現(xiàn)后立即將3號給煤線停運，關(guān)閉出口門，觀察孔停止冒灰。但由于回料不暢，使給煤點處的壓力繼續(xù)升高，直至高于作為給煤點吹掃風(fēng)用的二次風(fēng)壓，且刮板給煤機下煤口處設(shè)計簡單、密封性差，導(dǎo)致高溫循環(huán)灰返至混合器處。12:20，巡檢通知3號給煤線處混合器燒紅。12:25，單元長和副值就地確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)3號、4號熱二次風(fēng)交接處冒煙，同時看到明火，并迅速向熱二次風(fēng)母管方向蔓延。立即減少煤量，提高二次風(fēng)壓，進(jìn)行“壓火”操作，被迫停爐、停機。最后檢查發(fā)現(xiàn)，高溫?zé)峄覐?號給煤點吹掃二次風(fēng)管返竄，直至吹掃二次風(fēng)母管，將二次風(fēng)管燒損約10m。

以上事例說明，回料管結(jié)焦成為影響循環(huán)流化床鍋爐安全運行的一個重要因素。

3 原因分析

結(jié)焦的直接原因是床料局部或整體溫度超過灰熔點或燒結(jié)溫度。當(dāng)床層或回料管總體溫度低于灰渣變形溫度時，由局部超溫引起的結(jié)焦稱為低溫結(jié)焦。避免低溫結(jié)焦最好的辦法是，保證床料良好的流化狀態(tài)和正常移動狀態(tài)，使溫度均勻，防止局部超溫。高溫結(jié)焦是指床層或回料管整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結(jié)焦現(xiàn)象。當(dāng)床料中含碳量過高，一旦流動受阻、回料不暢，灰溫將急劇上升，超過灰熔點，便會產(chǎn)生高溫結(jié)焦。床料流化或流動不良造成堆積、給煤不均、燃燒不充分等會造成結(jié)焦。還有一種是漸進(jìn)性結(jié)焦，這是運行中較難察覺的一種結(jié)焦形式，是緩慢生成的，此時床溫和觀察到的流化質(zhì)量都比較正常。產(chǎn)生漸進(jìn)性結(jié)焦的主要原因是流化不良或流動受阻、給煤顆粒度超出設(shè)計值、給煤粒度太大等。

電廠5號爐最終形成的結(jié)焦就屬于高溫結(jié)焦，其中一個重要原因是煤質(zhì)不合格。冷渣器排渣困難對燃燒煤種的選用構(gòu)成瓶頸。5號爐實際燃用煤種發(fā)熱量遠(yuǎn)超出設(shè)計煤種，兩者偏差較大，如表1所示。而電廠在設(shè)計中沒有專門的配煤設(shè)備，只能通過斗輪取料機從2種煤中配煤。這樣配煤很不均勻，個別時候甚至用收到基低位發(fā)熱量為14654kJ/kg(3500kcal/kg)與23446kJ/kg(5600kcal/kg)的2種煤混合后燃用，造成運行中煤質(zhì)變化很大。循環(huán)流化鍋爐本身對煤質(zhì)的適應(yīng)性較強，但當(dāng)實際燃用煤種與設(shè)計煤種偏差很大時，運行中也會產(chǎn)生問題。

表1 電廠5號爐設(shè)計煤種與實際燃用煤種比較

從燃燒角度看，煤粒從給煤點進(jìn)入回料管開始經(jīng)歷了一系列過程：加熱和烘干(準(zhǔn)備過程)，揮發(fā)分析出和燃燒，膨脹和一次破裂，焦炭燃燒、二次破裂和磨耗。進(jìn)入回料管的新煤被很快加熱，煤中揮發(fā)分首先析出。第1次穩(wěn)定析出過程發(fā)生在500℃～600℃，第2次穩(wěn)定析出過程發(fā)生在800℃～1000℃。揮發(fā)分的燃燒與析出幾乎是同步的。焦炭的燃燒通常始于揮發(fā)分析出之后，此后燃燒與析出是重疊的。通常焦炭的燃燒方式取決于燃燒反應(yīng)速率和氧氣擴散速率，兩者的綜合作用決定了整個燃燒反應(yīng)過程。煤的碎裂燃燒過程與給煤的位置和方式有關(guān)。回料管給煤是有道理的，可以使煤顆粒進(jìn)入爐膛后盡快被加熱燃燒。但是當(dāng)煤中含碳量過高時，一旦回料不暢通，焦碳在回料管中就會開始燃燒。此時，灰熔點較低，實際焦碳顆粒的溫度比床溫測點測得的溫度要高150℃～200℃，很容易超出灰的軟化溫度，就會有部分焦塊附著在回料管壁上形成高溫結(jié)焦。高溫結(jié)焦一旦出現(xiàn)就會迅速增長。由于燒結(jié)是個自動加劇的過程，因此焦塊增長的速度往往越來越快。

公司5，6號爐采用前后墻給煤，回料閥布置在兩側(cè)墻，所以回料管從回料閥到爐膛必然形成一個拐點。這個拐點恰位于給煤點之后，攜帶給煤的循環(huán)灰在此處會轉(zhuǎn)變流向，部分煤粒在此處因流動受阻而減速，這增加了煤粒流動停滯和粘附的機會。因為停滯會使部分焦碳在此處燃燒，形成一個局部高溫點，這個拐點最易形成初始結(jié)焦點。

因為對流化床燃燒特性的掌握還處于積累經(jīng)驗的階段，AGC邏輯還不成熟。5號爐在投入AGC時，一旦手動調(diào)負(fù)荷幅度比較大時，鍋爐自動加減煤幅度就會太大、速度就會太快。在升負(fù)荷時，鍋爐瞬間就將煤量加上數(shù)十噸/小時。比如AGC指令由250MW變化到300MW時，煤量瞬時加20t/h。因為煤量變化大，主汽壓力大幅度擺動(變負(fù)荷率為3MW/min)。主汽壓力擺動幅度大時，一次漲負(fù)荷，其擺動幅度能達(dá)到3MPa,汽壓擺動又會進(jìn)一步加劇煤量變化。為防超壓，5號爐運行中一直將主汽壓力維持在16MPa左右，低于設(shè)計值16.7 MPa。但是當(dāng)煤量波動大時，會因為汽壓太低而造成調(diào)門擺動，威脅汽機安全運行。同樣，煤量大幅度擺動，瞬間將大量煤加入回料管，很可能影響回料的正常循環(huán)，造成局部灰流動受阻。這是形成結(jié)焦的又一原因。

一旦給煤點附近有漏點，該點的風(fēng)壓必然下降，當(dāng)密封風(fēng)壓小于回料管內(nèi)風(fēng)壓時，高溫循環(huán)灰就會反竄，使給煤著火更加提前，甚至使給煤點處的二次風(fēng)管發(fā)熱發(fā)紅，直至過熱。特別是燃用高揮發(fā)分、高發(fā)熱量煤種時，更是如此。

4 措施

(1) 在排渣問題解決后,重新核算最佳煤質(zhì)。通過實驗確定可以保證安全經(jīng)濟(jì)運行的煤種范圍。做好入爐煤的搭配，以改變?nèi)济旱慕菇Y(jié)特性，對預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦具有明顯的實用意義。

(2) 加裝配煤設(shè)備，加強配煤工作，保證煤質(zhì)的穩(wěn)定性，保證煤粒度盡可能滿足設(shè)計要求。燃料入爐最大粒徑(dmax):5mm～10mm(典型值:7mm）；d50:530μ m～1600μm(典型值：1000μm)。

(3) 在回料管拐點處加裝給煤點吹掃風(fēng)。利用熱一次風(fēng)作為風(fēng)源，以避免在拐點處形成結(jié)焦點，同時，在給煤中添加除焦劑。5號爐在采取這2項措施后，效果很好，分離器立管壓力變正壓的幅度與頻率與之前相比，明顯減少。

(4) 維持低一次風(fēng)量運行。300MW負(fù)荷穩(wěn)定運行時，一次風(fēng)量不得超過2×170000km3/h；150MW負(fù)荷穩(wěn)定運行時，一次風(fēng)量不得超過2×130000km3/h，保證爐膛出口負(fù)壓運行，以確?；亓蠒惩ā?/p>

(5) 加強監(jiān)視旋風(fēng)分離器立管壓力。正常時應(yīng)保持負(fù)壓運行，如發(fā)現(xiàn)立管壓力長時間高于1kPa，同時回料器壓力偏高且波動幅度大，說明回料不暢。當(dāng)冷渣器從空倉有大量焦塊排出時，結(jié)合上述現(xiàn)象初步可判斷回料管有結(jié)焦現(xiàn)象。

(6) 發(fā)生回料不暢時，應(yīng)調(diào)整回料器流化風(fēng)量，保持立管側(cè)風(fēng)量稍高于回料側(cè)，同時降低一、二次風(fēng)量，開大回料器錐型閥。開大錐型閥時，要注意外置床溫度、蒸汽溫度及床壓變化，防止超溫及發(fā)生“翻床”。注意監(jiān)視爐膛上部差壓，如上部差壓超過0.9kPa，要求調(diào)整來煤粒度，或通過外置床放細(xì)灰，降低循環(huán)量，但此時應(yīng)防止冷渣器爆管。如經(jīng)調(diào)整回料仍不暢，就降低機組負(fù)荷，同時加強監(jiān)視埋刮板給煤機壓力、溫度及給煤點密封風(fēng)管道溫度。

(7) 埋刮板給煤機壓力不正常上升且溫度不正常上升時，可判斷為回料不暢導(dǎo)致高溫?zé)煔夥锤Z進(jìn)入給煤機，應(yīng)提高二次風(fēng)壓運行；若無效，則立即減煤、降負(fù)荷直至停爐處理。

(8) 改善AGC調(diào)節(jié)特性，均勻穩(wěn)定給煤。對運行控制人員來說，在汽壓過高、過低時，應(yīng)果斷停止升、降負(fù)荷，一方面防止汽機超壓與調(diào)門擺動，一方面也防止因汽壓偏差大(未達(dá)到閉鎖值)而進(jìn)一步加劇煤量的變化。

(9) 保證給煤密封風(fēng)及給煤點混合器的嚴(yán)密性，有漏點及時消除，并特別加強監(jiān)視。

5 結(jié)束語

造成循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦有設(shè)計、制造和運行等多方面的原因。設(shè)計、制造單位應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量回訪，總結(jié)經(jīng)驗，力求不斷完善設(shè)計，解決結(jié)構(gòu)隱患，優(yōu)化整體設(shè)計。運行人員則應(yīng)努力提高有關(guān)大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的理論水平，同時多借鑒同類機組的運行經(jīng)驗，分析產(chǎn)生結(jié)焦的原因，執(zhí)行各項防止結(jié)焦的技術(shù)措施，在實踐中不斷積累操作經(jīng)驗。運行中，保證煤質(zhì)、煤量穩(wěn)定、回料暢通是防止回料管結(jié)焦的關(guān)鍵；同時，應(yīng)認(rèn)真調(diào)整好煤量、風(fēng)量，嚴(yán)格控制旋風(fēng)分離器立管壓力、回料器壓力、埋刮板給煤機壓力等運行參數(shù)。

2009-11-04)