賈振凱

摘 要：隨著新型潔凈煤的燃燒設(shè)備中，循環(huán)流化床鍋爐是應(yīng)用得最為廣泛的一種設(shè)備。它所采用的是先進(jìn)的流化循環(huán)的燃燒工藝，具有著極高的燃燒效率，同時(shí)還兼具著燃燒的強(qiáng)度極高、燃燒的適應(yīng)性好以及能給高效的脫硫的優(yōu)勢(shì)，所以，它的推廣和發(fā)展是當(dāng)前適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐設(shè)計(jì)；運(yùn)行；常見(jiàn)問(wèn)題；解決措施

近二十年來(lái)，世界各國(guó)的很多科研機(jī)構(gòu)和制造廠商都致力于循環(huán)流化床鍋爐的開(kāi)發(fā)研究，共同的努力使此項(xiàng)技術(shù)日臻成熟和完善。與此同時(shí)，有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)思想和方法的研究也迅速發(fā)展。

1 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)方法的重要性

1.目前，循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外進(jìn)入商業(yè)規(guī)模的運(yùn)行。但是，在已運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐中暴露出不少問(wèn)題，尤其是國(guó)內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐。造成這種現(xiàn)象固然有安裝和運(yùn)行方面的原因，但在設(shè)計(jì)方面也存在不少問(wèn)題。由于對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)理理解不夠深入正確，導(dǎo)致設(shè)計(jì)原則和思想錯(cuò)誤，并缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，使鍋爐的整體性能存在著很大的缺陷。近年來(lái)的設(shè)計(jì)對(duì)分離器問(wèn)題有重視，但未形成定量的概念。（1）設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)變動(dòng)燃燒室的高度，使國(guó)內(nèi)中小型循環(huán)流化床鍋爐燃燒室高度有逐年增加的趨勢(shì)；（2）不同的燃料采用同樣設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床鍋爐，達(dá)不到最佳使用效果；（3）相當(dāng)一批循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行狀態(tài)不正常，過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，尾部磨損嚴(yán)重；（4）迄今為止，相當(dāng)一批設(shè)計(jì)人員并未完全理解循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流的狀態(tài)是如何選取的，也不知道實(shí)現(xiàn)這一狀態(tài)的必要條件是什么。對(duì)循環(huán)床部件的設(shè)計(jì)也沒(méi)有一個(gè)明確的準(zhǔn)則，采用試探或抄襲的辦法，因此造成了運(yùn)行存在的問(wèn)題。

2.國(guó)內(nèi)的研究情況。國(guó)內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)一直沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)規(guī)范。20世紀(jì)80年代初，中國(guó)根據(jù)鼓泡床的經(jīng)驗(yàn)開(kāi)始向循環(huán)流化床發(fā)展。當(dāng)時(shí)沒(méi)有認(rèn)識(shí)到鼓泡床和循環(huán)床在氣固兩相流狀態(tài)上的差異，簡(jiǎn)單地認(rèn)為鼓泡床加上分離器就構(gòu)成了循環(huán)床。這種概念甚至一直影響到了今天，錯(cuò)誤地沿用了鼓泡流化床的許多概念。國(guó)內(nèi)早期有關(guān)循環(huán)床的理論和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行的較為零散，大多局限于部件性能的研究，而沒(méi)有從整體性能上分析。許多科研單位的研究，未能與鍋爐廠家的二次開(kāi)發(fā)結(jié)合，形成標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法和相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。多年來(lái)清華大學(xué)與鍋爐廠家合作，結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)開(kāi)展了一系列理論和實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)商業(yè)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了有目的的熱態(tài)測(cè)試。同時(shí)，科學(xué)辯證地研究和分析了國(guó)外循環(huán)床的研究和商業(yè)宣傳報(bào)道，希望加速形成中國(guó)自己的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)導(dǎo)則及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。同時(shí)特別應(yīng)當(dāng)指出循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一個(gè)處于發(fā)展中的技術(shù)，有關(guān)設(shè)計(jì)思想尤其是設(shè)計(jì)軟件及設(shè)計(jì)導(dǎo)則還在不斷完善和發(fā)展中。這些設(shè)計(jì)思想的參數(shù)選擇和計(jì)算方法無(wú)不受到經(jīng)驗(yàn)積累的限制。包括國(guó)外已有的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法仍有改進(jìn)的余地。某些國(guó)外的資料有商業(yè)宣傳性，應(yīng)當(dāng)正確地加以識(shí)別。（1）國(guó)際上對(duì)爐內(nèi)物料平衡的認(rèn)識(shí)始終有欠缺，對(duì)循環(huán)量的報(bào)導(dǎo)有誤；（2）不同公司對(duì)傳熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果差別較大；（3）對(duì)燃燒問(wèn)題、宏觀熱量釋放規(guī)律研究不夠；（4）對(duì)分離器的性能沒(méi)有確切可信的數(shù)據(jù)。如國(guó)外的文章對(duì)d50的介紹差別較大。有的公司計(jì)算程序中d 50直接按10 m計(jì)算，商業(yè)宣傳中為15～20m，而事實(shí)上超過(guò)30 m，工業(yè)裝置上的實(shí)際d 50在30～70 m。上述事實(shí)充分說(shuō)明，結(jié)合中國(guó)大量的工程實(shí)踐，開(kāi)發(fā)中國(guó)自己的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)導(dǎo)則是非常必要的。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是對(duì)循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)的正確認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

2 運(yùn)行中的常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析及解決問(wèn)題的有效措施

1.運(yùn)行中的常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析。（1）磨損。液體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)受熱面和耐火材料表面進(jìn)行沖擊，進(jìn)而造成磨傷和損害成為磨損。循環(huán)流化床鍋爐的磨損主要分受熱面磨損和耐火材料及布風(fēng)裝置的磨損。在受熱面磨損中，不管是水管、汽管、煙管還是風(fēng)管的磨損，輕者導(dǎo)致熱應(yīng)力變化、使其受熱不均，重者造成爆管或使受熱面泄漏，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐停爐，耐火材料磨損會(huì)使耐火層脫落、鍋爐漏風(fēng)或加重磨損受熱面；布風(fēng)裝置磨損將導(dǎo)致布風(fēng)不均，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鍋爐結(jié)焦，這些都不同程度地影響鍋爐正常及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（2）結(jié)焦。結(jié)焦在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中較為少見(jiàn)，一般在點(diǎn)火或壓火過(guò)程中產(chǎn)生。結(jié)焦的主要原因有：運(yùn)行操作不當(dāng)造成床溫超溫而產(chǎn)生結(jié)焦；燃燒制備系統(tǒng)的選擇不當(dāng)造成密相床超溫而結(jié)焦；運(yùn)行中一次風(fēng)量保持太小，改變整個(gè)爐膛的溫度場(chǎng)，是鍋爐出力降低，盲目加大給煤量，會(huì)造成爐床超溫而結(jié)焦；燃煤中揮發(fā)分含量低可能導(dǎo)致局部度過(guò)高而發(fā)生結(jié)焦。（3）爐墻損壞。鍋爐爐墻的損壞包括爐墻磚及耐火磚的局部跌落、開(kāi)裂、結(jié)焦、鼓包和倒塌等。爐墻損壞時(shí)往往會(huì)發(fā)現(xiàn)爐墻與鋼架、過(guò)墻管、爐墻轉(zhuǎn)角處等有石棉填料大量跌落。損壞的主要原因有以下幾個(gè)方面：磚的質(zhì)量部良，規(guī)格不一，耐火度低，強(qiáng)度不足，磚縫大小不一等；設(shè)計(jì)不合理，安裝、檢修質(zhì)量不高。安裝或移裝后，烘爐時(shí)間不足或升溫過(guò)急，爐墻不夠干燥，即升壓供汽；冷爐點(diǎn)火時(shí)，點(diǎn)火時(shí)間太短；鍋爐啟停次數(shù)頻繁。經(jīng)常使?fàn)t膛處于正壓下運(yùn)行，爐膛溫度過(guò)高或飛灰熔點(diǎn)低，爐膛掛焦嚴(yán)重。

2.解決問(wèn)題的有效措施。（1）解決壁管磨損問(wèn)題。為了更好的解決水冷壁彎管的磨損問(wèn)題，一方面在水冷壁下部密相區(qū)采用先讓管然后敷設(shè)高強(qiáng)度耐磨材料的方法，在其他部位開(kāi)孔位置同樣采用先讓管后在爐膛內(nèi)側(cè)增加澆筑料的方式來(lái)防磨。對(duì)于尾部受熱面內(nèi)的管排則分別通過(guò)增加防磨護(hù)瓦及防磨套管的形式來(lái)增加受熱面的使用壽命。另一方面，嚴(yán)格控制受熱面部位的煙氣流速，防止流速過(guò)高形成的嚴(yán)重磨損。（2）解決爐膛結(jié)焦問(wèn)題措施。為了解決這一問(wèn)題，必須保證易發(fā)區(qū)域流化正常、顆?；旌衔锞鶆蚧蚴且苿?dòng)溫度下的溫度均勻，也可以向床內(nèi)加入石灰石材料；高溫結(jié)焦是在床層表面溫度較高、流化正常情況下出現(xiàn)的結(jié)焦現(xiàn)象。一旦床內(nèi)碳含量過(guò)高，其就可能出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象；漸進(jìn)性結(jié)焦是難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)焦形式，其一般數(shù)控制不當(dāng)或是堵塞上。

加快推進(jìn)我國(guó)循環(huán)流化床的廣泛應(yīng)用，對(duì)燃燒設(shè)備的發(fā)展具有著重大意義，在這一過(guò)程中不斷促進(jìn)技術(shù)的升級(jí)和完善，以實(shí)行煤的最大化利用。

參考文獻(xiàn)

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[2]徐秀清，徐向華.循環(huán)流化床鍋爐原理及其設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的若干問(wèn)題[J].動(dòng)力工程，216，2：40-45.