循环流化床锅炉安全稳定运行制约因素及对策

奥慧琦

摘 要：循环流化床锅炉的安全稳定运行，一直是火电行业的一个热点和难点问题，由于循环流化床锅炉的特殊技术，从设计、制造、安装到运行、维护等各环节要求较高等因素的制约，锅炉在运行中常常出现各种事故隐患，严重影响机组安全、经济和稳定运行。本文结合多年的工作实际，将经验和教训予以总结，对治理和改造后取得效果进行了分析，围绕循环流化床锅炉安全稳定运行制约因素及对策展开论述，期望为有关人员提供重要的参考资料。

关键词：循环流化床锅炉；安全稳定；制约因素

中图分类号：TK229 文献标识码：A

近年来，由于循环硫化床锅炉大容量、高参数、燃用劣质煤、机组适应性较强、项目容易核准等特点，近年来受到电力行业的特别青睐。但随着循环流化床锅炉容量和参数等级的不断发展，循环流化床锅炉安全稳定运行也成了重要的技术难题，日益引起了人们的高度重视。目前循环流化床锅炉安全稳定运行受到干扰的因素主要包括原材料的选择、设计理念、制造工艺、安装水平、运行操作技能、燃料的种类和质量等等因素。虽然目前几大锅炉厂采用的设备都具有世界先进水平的燃烧和流化技术，能耗方面也有了降低，但是对于安全运行的制约因素等依然要加大研究和摸索力度，在对策的寻求上不能掉以轻心。

1.造成循环流化床锅炉不稳定运行的因素

循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧技术。国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域已得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展；国内在这方面的研究、开发和应用也逐渐兴起，已有近千台循环流化床锅炉投入运行或正在制造之中，未来的几年将是循环流化床飞速发展的一个重要时期。

1.1 煤种和煤质的影响

循环流化床锅炉运行的动力来源于原煤。原煤首先作为一种不能循环利用，且损耗较大的燃料，进入燃烧系统后，容易出现煤质的变化，与设计的煤种的要求发生偏离。例如煤种的发热量按照锅炉的设计热量应为5323KCAL/KG，但是真正进入锅炉后，实际的煤质发生了变化，发热量大幅度降低。这是由于煤中的杂质等较多，因此不同煤质的煤种燃烧的特性也不同，呈现了不同的挥发份，导致炉内的燃烧工况出现了问题，受到的影响较大。

煤种、煤质对锅炉系统产生不稳定因素的危害如下：

由于煤质的不稳定，投入锅炉后，出现了很多参数的变化，如床温、床压、蒸汽温度、气压、料层的差压等，由于参数的变化影响了锅炉的稳定性和经济性，导致了一些参数由于调整的不及时出现了超限的情况，被迫降低负荷，或者停机。

一般进入锅炉使用的入厂煤的来源众多，不同煤矿产生的煤的发热量也不同。不断变化的发热量使得在燃运配煤的时候就难以均匀地掌控。

进入锅炉燃烧的时候，由于煤的掺配不能满足锅炉燃烧稳定的需要，因此通过给煤机进入炉膛燃烧不够稳定。

对于高挥发份的易燃煤种来说，其在炉膛上部释放的热量较多，炉膛上部的燃烧份额比较大，需要较高比例的二次风来补充燃料燃尽所需的氧量，在实际运行表现：锅炉下层床温偏低，运行调整中适当降低一次风量来提高床温，提高二次风率以保证燃烧稳定。

对于低挥发份的难燃煤种来说，其热量较多地释放在炉膛下部，炉膛下部的燃烧份额比较大，因此需要较高比例的一次风率来提供一定的氧气并将释放出来的热量带到炉膛上部。

1.2 炉内风速引发受热面磨损而出现爆管的影响

由于循环流化床锅炉内的受热面磨损发生了很大的不同，出于磨损机理和煤粉炉的构造，大量的烟气和固体颗粒在上升过程中冲刷着水冷壁管。再加上内循环的作用，固体颗粒沿着炉膛出现很大的回落，水冷壁管的磨损带来了剧烈的冲刷。由于风量的加大，爐内的燃烧非常剧烈，水冷壁的磨损量也较大。

烟气内的颗粒燃烧后，由于浓度较大，因此带来的水冷壁磨损加大，颗粒的数目也增大。管壁的撞击和冲刷出现了剧烈的变化。在运行中，床层的密度和差压发生了很大的变化。颗粒的浓度增大，磨损量也在增大。循环流化床锅炉的燃烧导致了固体物料的密度增加了数十到几百倍。

由于燃料颗粒的硬度等发生了变化，水冷壁管壁的灰分发生了切削作用，磨损量加大后，掺烧的高硬度燃料冲刷了水冷壁管的运行，在炉膛的密相区二次风口的位置，由于风速过快，使得耐磨材料发生了吹落，带来了磨损。同时，炉膛内烟气的流速分布不均，使得四角处的烟气的流速比中间的大，因此磨损的部位较其他部位要严重。

当受热面出现了磨损发生了爆管后，就会让停炉事故的发生概率提高40%左右。从以往停炉的事故来看，炉膛内的水冷壁发生磨损的现象，主要包括水冷壁管和耐磨材料的交接黏合问题，如炉膛上部、返料口四角、绝热的旋风分离器的入口等部位的部位就比较容易磨损，还有炉膛出口平行处也是磨损常常出现的地方。

炉内出现磨损，往往容易带来泄漏的问题。高压水蒸气混合物等发生剧烈的冲刷，给水冷壁管带来很大的冲击，使得受热面发生了泄漏，锅炉水位难以维持，床温也发生了较大的温差，停炉的概率大大增加；受热面出现爆管被迫停炉后，床料往往出现了板结现象，风帽也会受到堵塞，较长时间内需要人员对风帽进行清理和疏通，否则再次启动时锅炉的流化和循环受到阻碍，锅炉不能正常燃烧。还有由于因磨损泄露引发的机组停炉后较长的检修周期，给电厂的生产和经营带来较大的压力，企业的经济效益将会受到很大影响。

1.3 给料系统的影响

锅炉的入炉煤没有经过风热干燥处理，因此煤中的水分等结构无法按照入炉煤的特点进行设计。给很多锅炉运行带来了堵塞的问题。煤的不稳定造成了床温和负荷的波动，出现堵煤、卡煤等情况，煤的水分大，颗粒小带来了一系列的难以下料的棚煤问题。特别是在雨季，一个锅炉的运行班次如果发生多次不畅，就会带来人力物力的浪费。

给煤不畅造成的危害包括：由于锅炉的出力不稳定以及给煤的不畅通，带来机组的处理不足的问题，使得电量发生了违约。锅炉的运行工况的不稳定，使得煤的不畅增加了变工况的次数，出现了煤线的给煤不畅，使得炉内的保温材料不断地收缩和膨胀，保温材料发生了裂纹，加剧了炉膛燃烧条件的恶化，影响安全运行。给煤不畅还可能造成炉内工况的激烈变化，导致负荷发生了减少，调整的难度也不断增加。运行的值班人员的懈怠也会给给煤不畅带来便利，导致其他方面的工作也有了不安全情况。

给煤不畅主要是由于来煤的潮湿问题，加之，来煤中的含灰量如果增大的话，煤中可能出现很多的泥土，其中的细微颗粒出现了很大的水分粘连，使得煤仓和给煤机发生了堵塞，不断地黏结增加了煤仓的容积，最终堵塞了下煤口。煤机的堵塞不能通过刮板给予给煤机，因此下煤口也发生了堵塞，雨季如果出现煤机底部的抬高，则给煤机的出力会发生降低，处理不当的时候，给煤机的负担加重，带来跳闸等情况，严重的时候会由于煤机的受损严重，造成电机的烧毁。而且给煤不畅还会造成称重给煤机的皮带发生跑偏，清扫链的及时漏入可能刮走称重机下部的积煤，使得刮板咬合机的传动位置，造成润滑的不良，带来运行的中断。刮板给煤机的运行超负荷带来刮板的断裂，还有来煤中的编织袋、树枝、钢筋等进入给煤机带来的跳闸、卡煤的情况也时有发生。

2.解决影响安全稳定运行的对策

2.1 加强给煤系统的运行和维护管理。将给煤机的皮带跑偏、积煤清扫链和振打装置的运行、刮板的咬合和润滑问题等作为日常巡检和点检的重点。发现缺陷要遵循“小缺陷不过班，大缺陷不过天”的消缺原则。必要时要利用夜间低负荷时进行停运处理。对煤仓堵煤的问题，要积极引进空气炮、手动插板门或对煤仓和振打系统进行一体化改造的方案彻底解决。

运行中要严密监督料层的温度，保持在850℃～950℃之间。合理保持炉膛差压、料层差压以及流化风量等的良性运行。控制入炉煤的颗粒度，当料层、炉膛的循环倍率、蒸发量等出现问题的时候，杜绝强行采用降温或者升温的办法，以免造成锅炉出现安全事故。

2.2 对于锅炉本身动力场由于烟气流速分布不均匀，导致的四角处的烟气流速大于中间，带来严重磨损的情况。在运行过程中，首先要保证床料的流化，然后降低风量，维持重组的氧气量，搭配上下二次风量，保证过剩空气的流通。启动和停止锅炉的时候，合理用高低旁，避免再热器内出现蒸汽不流动的情况，导致干烧发生蠕变。将相区的高度适当降低，延长燃煤的颗粒在炉中的停留时间，将水冷壁管的冲刷尽量减少，降低飞灰中的含碳量，根据负荷的变化选择合适的差压、密度以及流速，提高旋风分离器的分离效率，延长固体颗粒在炉中的停留时间。对于来煤的质量要严格把控，运行人员根据来煤中的颗粒含量和筛分的力度、排渣的情况，利用班前、班后和休息天，将煤场的情况进行检查，尤其是运煤皮带等关键部位。向有关部门反馈煤的颗粒均匀度的状况，减少大颗粒含量的来煤数量；同时要定期检查锅炉的床压情况，将粗渣以及受热面的磨损情况进行检查；在运行管理方面，采用提前预控的方法，根据锅炉的运行周期判断锅炉的受热面磨损情况，按照计划申请检查停炉，对于受损严重的管壁和停运的次数予以记录，减少非计划停运引起的问题，如果停炉后的检查不够彻底，应该在短期内对锅炉运行的泄漏问题加以检修，但是这种情况容易由于电量的损失而不得不减少停运的次数，弊大于利。

2.3 对于煤质变化导致的燃烧系统不稳定的情况，首先要对系统不稳定带来的危害进行勘察。由于煤质变化造成的系统不稳定，主要包括，煤质不稳定导致入炉的煤量会发生很大的变化，例如床温、压力、汽温、汽压、料层等的参数变化等等，对于锅炉的经济性和调整的不及时等的参数会带来负荷或者停机的事故发生，而且由于输送煤和储存煤的系统的堵塞，会延长上煤的时间，降低设备的利用率，增加维护量和。对于炉前的棚煤中出现频繁断煤的影响，经过实践证明不仅可以造成炉内的燃烧工况出现波动，而且还会影响机组的稳定性，增加人力和物力。针对整个煤质变化的危害。采取的运行措施主要包括：

对当天的进煤量进行掌控，特别是要计算煤质的发热量。然后根据计算结果对不同的煤质进行配置；对于高挥发性的易燃煤，因释放过多的热量，应采用比较高的二次风燃烧掉需要的氧气量。实际运行的情况表明，锅炉下层的床温一般较低，因此在运行调整中要适当降低一次风量，提高床温，保证燃烧在二次风率的前提下保持稳定；对于挥发粉较低的难燃煤种，应该将较多的热量放置在炉膛的下部，使用比例较高的一次风率提供氧气释放到炉膛的上部，增大炉膛下部的燃烧份额。

3.解决问题的理论分析

3.1 碳热量平衡的负荷控制理论

在锅炉中的大能量和多物质积蓄的系统中，机组的某个时间点的能量要保持參数的稳定，必须对物质进行平衡和控制。通过一段时间的累积方能平衡能量和物质。在负荷变化的初期，不必过多地考虑负荷和风以及煤的对应关系，主要对煤量和风量进行调节，保证在负荷变化的中期进行热量平衡的控制，减弱时间内的煤量和送风量。对于少量的细粉和燃烧热量，应该逐渐采用燃烧放热的方法，利用炉膛内存储的碳热量，增加风量和炉膛内的热量的释放，增加给煤，弥补炉膛内的过量燃烧的热量，根据能量平衡使得锅炉内的燃烧的碳量保持在合理的范围内。

3.2 对于机组进行协调控制

利用协调控制的3个核心组成部分，在一定范围内，响应电网的负荷指令，在合理的运行中存储热量，将负荷变化控制在小范围内；调整锅炉的过程要缓慢，利用锅炉调整的特性，决定负荷变化的特性，避免系统的稳定性被干扰。例如当燃烧发热量不是当前给煤量的时候，应该将炉膛内的给煤量和送风量进行适当地调整，得到机组的负荷变化的适应性，利用炉膛燃烧的蓄热，维持负荷变化，达到整个动态过程的能量平衡。并且通过机组协调控制，得到电网的机组负荷的提升，增加汽机调门的开度，释放蒸汽蓄热以增加负荷，增加送风量，加速床料中固定碳的燃烧，释放出蓄积的化学热量。

3.3 煤量的控制系统

固定碳的燃烧发热量可以作为事前矫正，形成克服锅炉侧的惯性和延迟的燃料前馈，提高机组的负荷响应速率。在给煤量出现升负荷的过程中，固定碳的动态热量发生了调节性的超调动作，对于升负荷过程中的锅炉余热量是一种损失的弥补，能够将过程平稳控制，将煤量的波动范围设定在负荷指令的给定值范围内，保持机组的动态和静态工况的稳定和良好。

结语

经过工作的多次实践，对于锅炉的运行特性有了充分了解后，积累了运行经验，采取了优化措施，最终的结果是使循环流化床锅炉安全稳定经济地运行。

参考文献

[1]曹伟，李平方，张亚，等.循环流化床煤泥锅炉尾部受热面积灰浅析[J].数字化用户，2013（25）：42-42.

[2]许秀启.135MW循环流化床锅炉一次风室数值模拟与改造措施[D].上海交通大学，2013.

[3]郭彦平.循环流化床锅炉水冷壁管防磨措施研究[J].全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第十一届年会暨第三届中国循环流化机床燃烧理论与技术学术会议论文集，2012：712-714.

[4]马圣忠，张玉忠，李维波，等.浅谈循环流化床锅炉水冷滚筒式冷渣机的安全运行与管理[J].科技视界，2014（23）：110.

[5]刘永革，石永斌.循环流化床锅炉结焦的原因、危害及预防[J].2015清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集，2015：61-65.

[6]吴焕清，袁帅，丰鹏海，等.循环流化床锅炉的燃烧调整及运行[J].科技资讯，2012（34）：117-117.