关于解决循环流化床锅炉排渣管喷渣问题的研究综述

2015-12-01马爱香

中国科技纵横 2015年7期

关键词：风板风帽排渣

马爱香

(陕西大唐新能电力设计有限公司,陕西西安 710032)

关于解决循环流化床锅炉排渣管喷渣问题的研究综述

马爱香

(陕西大唐新能电力设计有限公司,陕西西安 710032)

近年来,我国面临着严峻的环保压力,CFB因其清洁燃烧技术等优势,在我国电厂建设中迅速增长,并且机组容量逐步增大。本文针对循环流化床锅炉(CFB)排渣管喷渣的问题,从多方面因素进行分析,总结了喷渣问题发生的主要原因;阐明了国内针对排渣管喷渣问题的现有解决方法;提出了应从运行控制、设备与工艺设计方面进行技术改进。

CFB 排渣管喷渣结焦漏风膨胀节

1 CFB排渣系统存在的问题

近年来，排渣系统作为CFB的重要组成部分，所暴露的问题也越来越受到业内人士的关注。CFB排渣方式有底部排渣和炉侧排渣两种方式。目前，绝大多数CFB采用底部排渣方式。排渣管下方连接滚筒式冷渣器以回收余热并降渣温。正常运行时，下部床压根据料层厚度控制在一定范围内，当锅炉的料层差压超过某一限值时，运行人员需开启排渣门进行排渣。目前，无论是在调试过程还是运行期间，均有运行人员反映排渣管存在严重的喷渣现象，且喷出的细灰居多。由于CFB炉渣排放温度较高(约900℃)，排渣管喷渣问题严重威胁着机组和人员的安全，甚至引起非正常停炉事故的发生。

2 CFB放渣管喷渣的原因

根据电厂人员的运行经验以及业内人士的分析讨论，发现排渣管喷渣主要和以下几方面相关:

(1)一次风量过大或床料太薄;(2)炉内流化不好，特别是排渣管部位，造成炉底有大块结焦或煤块;(3)入炉煤粒度太大;(4)堵管造成下渣量太少，放渣管中空而漏风;(5)排渣管和布风板开焊，风室内流化风串入排渣管;(6)排渣开度太大，形成旋窝，流化风倒灌进落渣管;(7)风帽设计不合理或者风帽磨损严重，风室内漏入灰渣，影响流化;(8)冷渣机堵渣或冷渣器转速过快。

通过以上分析，本人认为喷渣的主要原因是流化不良、热膨胀处理不当等造成的排渣管周围结焦和漏风。一次风量过大或料层过薄，料层容易被吹穿而产生沟流，进而流化不均匀而引起局部结焦;料层过厚会增加一次风压头，炉内气泡增大，扬析夹带量增大，底部大颗粒物料沉积，亦有可能引起流化不良造成炉内结焦或灭火，危及安全运行。此外，由于存在交变热应力，排渣管在一次风室内存在与风室的热膨胀差，处理不当，此处焊缝经常被撕裂而造成排渣管严重漏风。

无论是床料控制不当，或是入炉煤粒度太大，以及风帽设计不合理等，均会引起流化不良而结焦，使排渣管堵塞。排渣管内下渣量太少，渣不能完全充满形成自密封;再加上排渣开度太大或者排渣管与布风板焊缝开裂，流化风串入排渣管，故而发生喷渣，而这又会加剧排渣管局部流化不良，造成恶性循环。

3 解决CFB排渣管喷渣问题的技术现状

3.1 从运行控制方面进行改进

(1)通过控制给煤量和排渣量，合理控制床料厚度，维持下部床压正常;(2)合理控制风量配比，以及风压大小，改善炉内流化状况，避免炉内结焦;(3)严格控制入炉煤粒度，尽量避免大颗粒煤或矸石落入炉膛;(4)严格控制排渣门开度，排渣不要太急，以免影响流化，排渣后应及时将冷渣门关严，防止冷风侵入引起渣管结渣;(5)发现排渣管开裂等，及时补焊加固，并解决开裂的根本问题;(6)开始排渣时，先开高温排渣阀，渣自流至冷渣机进口到一定位置会自封住，此时再开冷渣机，且慢慢开大频率。目前，一些电厂通过转变运行控制方式，排渣管喷渣问题已经得到了有效改善。

3.2 从设备和工艺方面进行技术改进

对于因热膨胀导致风室内排渣管与布风板焊缝断裂，以及风帽严重磨损等问题，除了补焊和加固，是电厂运行控制无法从根本上解决的问题。这就需要从设备和工艺技术方面进行改进。

3.2.1 目前国内解决热膨胀的方案归类为三种

(1)金属三维补偿器;金属三维补偿器安装在冷渣器入口处，因其具有全方向自由膨胀、密封性能良好、耐高温的特性，目前已被设计院广泛采用。但个别电厂反映，金属三维补偿器在长期运行后会引积灰严重而失效。分析发现，排渣前后管道会热胀冷缩，因炉内燃烧不良会导致排渣过程中夹杂过多灰份，灰份积存在金属三维补偿器褶皱处，久而久之会使金属三维补偿器不能自由伸缩。继而引起风室内排渣管与布风板焊缝断裂或膨胀节焊缝处开裂，出现喷渣现象。

图1 套筒盖板式膨胀节

图2 迷宫式膨胀节

图3 排渣管流化装置

(2)简易套筒盖板式膨胀装置;如图1所示，放渣门下部排渣管稍微伸入套筒式膨胀节内，与冷渣器接口留有一定的膨胀裕量，套筒式膨胀节下部与冷渣器入口管道焊接，上部加活动盖板或者上部盖板与外部套管焊牢，与排渣管不焊，以保证排渣管能够自由伸缩。这种装置的优点是自由伸缩不易受限，且构造简单易制作、成本低，被很多小型电厂所热爱。但由于密封不够严密，在炉内流化不良，排渣灰份过大以及流化风串入排渣管时，亦会出现大量喷渣的现象。

(3)迷宫式膨胀节代替箱式膨胀节;由于排渣管受热膨胀量与底部水冷风室的膨胀量不一致，经常出现排渣管与布风板焊接处拉裂，轻则造成排渣管漏风而喷渣，重则造成布风水冷壁泄漏而停炉。这就需要在水冷风室内部排渣管上加装膨胀节。前些年，箱式膨胀节被应用于此。箱式膨胀节是一种波纹管式膨胀节，其内部虽然填有硅酸铝盐棉来防止灰漏入，但因箱式膨胀节膨胀量小，风室内风量大、压力高，放渣管膨胀收缩造成的管壁移动都会使所加填料减少，久而久之便因积灰严重而失效。

近年来，迷宫式膨胀节逐步代替了箱式膨胀节。迷宫式膨胀节构造如图2所示，热膨胀变形由上管节1与下管节2分别消除。此项技术特殊的迷宫式结构，上下接管间插入足够的深度，能够有效防止灰渣的喷出;且迷宫式结构内外套圈互不接触，使得热膨胀自如。有关数据显示，此项技术在2006年已被逐步推广使用，且运行效果良好。此装置上下自由组合部分是否也会因为灰份的长期积存而影响其自由伸缩，需要通过更多的运行数据来验证。

3.2.2 排渣管周围风帽的改进

排渣管周围风帽形式以及风帽阻力设计不合理，在高温磨损下会使其发生严重的变形，甚至灰渣漏入风室，一来影响炉内流化，二来风室堵塞，影响锅炉正常排渣和安全运行。传统工艺是在风帽处焊防磨套来减少漏渣。近几年来，有两种局部风帽的改进技术受到了关注:一是环缝回流多喷口定向风帽;二是排渣管流化装置(如图3所示)。前者综合了传统风帽的长处，独特的环缝回流结构，可使床料产生定向流动，将粗颗粒床料吹向排渣口，且风帽阻力适中，流化性能良好，可有效防止漏渣。后者由外套管1和筒体2组成，锅炉风室的一次风通过内外层间隙向上，由顶部侧面12个φ6mm的小孔向锅炉炉膛喷出，保障了排渣管周围物料的正常流化。且排渣管风帽位于炉膛内的部分通过一次风的冷却，不易受热变型。改变风帽形式、适当提高布风板阻力是减少风室漏渣的主要改进方法。要从根本上解决风帽磨损漏渣问题，还需锅炉制造厂积极探索，研究出更好的改造方案。