1、CFB 锅炉的安全运行作者：黄传海 朱填美文章摘要：摘 要 本文介绍了 SG475/13.7-M567 型循环流化床锅炉,在运行中由于经验不足出现的一些问题，对这些问题进行了分析并提出了建议。关键词 循环流化床 锅炉 运行 分析 建议0 概述作为洁净煤发电技术的一种，大型 CFB 锅炉燃烧技术的应用目前得到了快速发展，我国近几年来有 100 多台循环流化床锅炉投入运行或正在制造，其中景德镇发电有限责任公司 475th 循环流化床锅炉也于 2004 年 11 月 28 日正式投入商业运营。作为一项新型的燃烧技术，大量的实验室研究结果与商业应用之间还存在着差异，随着大容量 CFB 锅炉机组的投运，
2、大型 CFB 锅炉设备在稳定运行中暴露了一些问题，一些困扰循环流化床安全运行的问题至今仍未解决，关于循环流化床锅炉的运行特性、启动与运行安全性、设备运行限制条件，还需要进一步探索。本文希望通过对我公司 475th CFB 锅炉设备稳定运行问题的探讨，并参照、借鉴山东运河电厂等兄弟单位 CFB 锅炉的宝贵运行经验，提高 CFB 锅炉运行和维护水准，确保机组能够长周期安全、稳定、高效运行，为 CFB 锅炉燃烧技术的健康发展做一些贡献。景德镇发电有限责任公司 475th CFB 锅炉是上海锅炉厂在引进 ABB-CE 公司FLEXTECHTM 循环流化床锅炉的技术为基础来进行开发设计制造的，配备的是哈
3、尔滨汽轮机厂的凝汽式汽轮发电机。整台锅炉的安装由江西省火电建设公司和水电建设公司共同承担完成，江西省电力试验研究院参与调试。2004 年 11 月28 日，经过 96 小时的试运行，达到优质工程标准，并正式投入商业运行。景德镇发电有限责任公司 CFB 锅炉的型号为 SG?475/13.7?M567，设计燃煤的发热量为 17880 KJKg，校核煤的发热量为 14680 KJKg，为超高压中间再热，单汽包自然循环、循环流化床锅炉。锅炉主要由汽包、悬吊式全膜式水冷壁炉膛、绝热式旋风分离器、U 型返料回路以及后烟井对流受热面组成。锅炉炉膛为传统的膜式水冷壁结构，炉膛上部靠近前墙布置有 4 片水冷屏和
4、 16 片屏式过热器，炉膛底部为水冷布风板和定向风帽。炉膛与后烟井之间，布置有两台绝热钢板式旋风分离器，旋风分离器下部各布置一台非机械的“U”型回料器，回料器底部布置流化风帽，使物料返回炉膛。1 影响 CFB 锅炉安全运行的主要问题目前，影响大型 CFB 锅炉长期稳定运行的主要问题有：炉膛及冷渣器的排渣、炉膛布风板的漏渣、床上点火风道燃烧器的配风及保护、CFB 锅炉特征量的在线测量及监视可靠性低下、给煤机的堵煤与断煤、燃煤粒径的控制等，下面我将就这几种情况分别进行阐述、分析。1.1 炉膛及冷渣器的排渣问题影响大型 CFB 锅炉长期运行的首要问题是锅炉的排渣问题。炉渣的可靠排放是锅炉稳定运行的基
5、础，也是实现 CFB 可控制运行的标志。因此，选择合适的冷渣器并保证冷渣器的可靠、合理、稳定运行是实现锅炉顺利排渣的前提，也是锅炉排渣的下级?输渣系统稳定运行的保证。我公司的 475th CFB 锅炉由上海锅炉厂设计选择了风水联合式冷渣器，本台锅炉共配置两台，分布于炉膛下部两侧，布置在零米层，采用以水冷为主，风冷为辅的双冷却形式，一台冷渣器的设计底灰排放量为锅炉总灰量的 50%，完全能满足锅炉正常运行的需要。冷渣器的进渣温度为 898，经过冷渣器的两个冷却室的冷却，落渣口的出渣温度为 150，而冷却室内蛇形管中的水温从35加热到 70左右再引出到汽轮机的回热系统。冷却水的进口温度为 35，压力
6、为 1.2MP，流量为 80000KG/H。在炉膛的排渣口设置排渣机械控制阀，炉内底渣根据炉膛背压可自流进入冷渣器，通过自控装置调节排渣阀的开度以控制进入冷渣器的灰渣量，上海锅炉厂为我们选用了进口的锥形阀控制炉膛排渣。冷渣器排渣采用旋转给料阀控制，根据冷渣器压差调节旋转卸料阀电机转速控制排渣量，第 1 冷却室和第 2 冷却室采用冷渣器流化风机出口的冷风直接流化并冷却。A存在的问题 1：排渣量较大，冷渣器排渣温度过高，冷渣器经常需要间断运行；2：冷渣器内部磨损严重；3：在冷渣器的选择室部位结焦而导致冷渣器停运；4：冷渣器无法实现连续运行，2 台冷渣器不能满足机组运行的需要，锅炉运行受制于冷渣器，
7、经常造成锅炉降负荷运行或停炉；5：冷渣器进渣管道上的金属膨胀节补偿量不足，造成膨胀节变形严重，最终损坏，进渣管道因严重变形也被撕裂；6：由于冷渣器水冷受热面积不足，导致冷渣器回风温度远远高于设计值 320，一般均在 600左右，造成回风管严重变形，与冷渣器接口处的法兰因变形漏灰严重；7：冷渣器排渣及事故排渣阀在运行中开关较困难；8：链斗输送机经常卡涩，无法正常运行，我公司目前基本靠人力排渣。B原因分析 锅炉排渣失控，没有建立冷渣器的进渣与出渣的平衡是造成上述问题的主要原因。因为冷渣器的设计是按一定的物料平衡设计的，当锅炉排渣失控（即冷渣器的进渣失控）时，大量的热渣快速进入冷渣器，而冷渣器的冷却
8、风和冷却水不足以将热渣冷却到设计的排渣温度，运行人员加大冷却风量的投入，使得冷渣器内部的磨损加剧，在不能将热渣冷却下来时，导致冷渣器需要停运进行冷却；当选择室进渣量较大时，大量的未燃烧煤粒会随着渣流涌入选择室，在渣层较厚的情况下会造成局部的沟流和局部的不流化，并在选择室内发生可燃物的再燃和结焦，造成选择室排渣口的堵塞。我厂的 CFB 锅炉的设计煤种为 17880 KJKg，然而由于众所周知的原因，燃煤来源极不稳定，煤种变化较大，入炉煤的发热量与设计煤种的差值大，有时仅为 11000 KJKg 左右，远远达不到设计煤种的要求，这是造成排渣失控的主要原因。C采取的措施 1：保证入炉煤的发热量值，尽
9、量避免燃烧与设计煤种偏差较大的煤；2：用控制锅炉锥形阀开度的大小来控制锅炉的排渣量，建立冷渣器的进渣与出渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控；3：运行中严密监视冷渣器各室的床温床压，避免床温床压值超出允许范围；4：采用补偿量更大的金属膨胀节；5：取消冷渣器排渣及事故排渣电动闸阀，改为手动转板阀。D实施后的效果 冷渣及排渣系统经过彻底改造后，效果非常明显：当燃用设计煤种时，基本可以保证机组满负荷运行排渣所需，冷渣器能够稳定可靠运行，能够实现连续排渣，排渣温度可以控制在 150左右，回风温度也一般控制在400以下，冷渣器的漏灰现象也得到了根本性的好转。但当煤种变化时，2 台冷渣器连续运行仍无法保证
10、锅炉满负荷，冷渣系统仍无法实现自动、连续排渣，且结焦现象频繁。为了彻底解决这一困扰锅炉稳定运行的瓶颈，我公司专门聘请上海锅炉厂、江西电力设计院、电力试验研究院等多家单位的专家代表，共同研究探讨保证排渣系统畅通的可行性方案，最后决定采用水冷式滚筒冷渣器，并计划在即将进行的设备改造中安装，至于其实际效果，有待运行中进一步检验。1.2 锅炉炉膛布风板的漏渣问题流化床布风板漏渣是循环流化床锅炉运行的一个常见问题，通常情况下，少量漏渣不可避免，对锅炉的正常运行影响不大，但如果出现大量漏渣将导致风室堵塞，并使风室钢梁承重增加，危及锅炉本体的安全，需要频繁停机进行风室清渣，严重影响机组的经济运行。上海锅炉厂
11、最初为我们设计的布风板风帽为定向“7”字型，一共布置有 365 个，布风板阻力较小。在停炉检修期间，打开风室人孔门我们会发现风室漏渣严重，细渣堆满了风室，如不定期清除，一次风通流截面大大减少，对锅炉正常运行流化有较大影响。我们通过分析认为：虽然一次风室设计为等压风室，床下压力远大于床上压力，炉渣不应落至高压风室，但由于采用了水冷布风板，水冷管占据部分布置风帽的面积，这样，在相同布风板通流面积下，由于风帽布置个数减少，相应地增大了风帽眼的孔径，由于孔径较大，加之相邻风帽眼之间的对吹，漏渣几率增大。在冷态和停用油枪前，炉膛布风板不漏渣，漏渣发生在锅炉带上一定负荷且油枪停用后，在较短时间内就在水冷风
12、室中积存大量的炉渣，漏渣的颗粒粒径和组成的分布与排入冷渣器的底渣完全相同，而且，根据观察，漏渣的部位在靠近后墙的回料中心附近。布风板的特性与流态化的质量密切相关，布风装置的设计是否合理是流化操作成败的关键因素之一。这主要表现在布风装置对流化床工作的稳定性、气固接触性能及气泡行为有着重要的影响。根据布风板的工作原理，当布风板的工作压降偏低时，流化床会运行在不稳定的状态。在不稳定状态下，接近布风板的颗粒浓相区在流化床与固定床两个状态下随机转化，部分风帽在工作状态与非工作状态间转换，存在颗粒的扰动或脉动，极易发生漏料，但并不会发生结焦。同时，阻力较低的布风板，其气体出布风板风帽流速也会偏低（局部），
13、不足以托起床料颗粒，易形成局部漏料。通过初步的试验及现象分析认为，造成炉膛布风板漏渣的原因可能为：回料布置集中，局部的回料量偏大、布风板阻力偏小、风帽制造粗糙。因为 CFB 锅炉大型化后，额定负荷时的循环物料量很大，如果不相应增加回料口势必造成局部回料量过大，使布风板上的局部床压过高。当布风板阻力偏小时容易随着炉膛循环量的增加而发生漏料情况。而在循环物料量较小时并不发生漏料，这与实际情况是相吻合的。因此，必须在大型 CFB 锅炉的设计中充分考虑回料量的均匀分布，避免造成局部回料量过大的问题。因为回料口的布置与整个锅炉炉膛结构有关，在这一问题上可供选择的余地较小，因此，我们应从风帽的结构是否合理
14、和制造加工质量是否合格入手，降低布风板的漏渣。提高炉膛布风板实际工作压降是减少漏渣的主要改进内容，包括：减小布风板开孔率，运行中尽量提高一次风风量，提高一次风温也是提高布风板阻力的措施之一。我公司在一次风室处设置了 6 根放渣管，规定每个班次应当进行一次风室放渣，这样也减少了风室内灰渣的堆积，延长了锅炉正常运行的时间。为了从根本上解决这一问题，通过听取各方专家的意见，借签兄弟单位的成功经验，我公司计划在即将进行的设备改造中选用钟罩式风帽，以减少布风板的漏渣，预计将会取得明显的效果。1.3 床上点火燃烧器的配风及保护由于床上点火具有较好的传热效率且启动速度快等诸多优点，因此，景电公司的 475t
15、h CFB 锅炉设置了床上点火燃烧器进行锅炉的启动点火。随着 CFB 锅炉容量的增加，床上点火燃烧器的油枪出力也逐步提高，100 MW 等级的 CFB 锅炉床下点火油枪的出力一般在 1 6002 000 kgh 范围，我公司选用的是3000kgh 的油枪出力。如此大的油枪出力，燃烧器的配风及燃烧器壁面的保护就很重要，因此需要通过配风调整火焰的形状，避免火焰直接刷墙，并保证燃烧器出口的烟气温度在合适的范围内。料度的分布对流化效果的影响非常明显，床料的高度不仅影响到点火的时间，同时还影响流化床定向风帽的安全。如果床料高度不够，不仅使床料的蓄热热量减少，增加投煤的难度，而且会使床上油枪火炬对水冷壁直
16、接冲刷，对安全造成不利的影响。同时，必须要保证有足够的壁面冷却风以保证燃烧器的壁面不烧损。所以，在床上燃烧器的使用中，一要设置看火孔，能够通过配风调整火焰的形状；二应保证点火燃烧器在使用前是彻底烘烤合格的，否则会在使用中发生塌落。我公司床上 4 台启动燃烧器油枪，布置于布风板上 3 米处，向下倾斜 30，位于二次风口，每台油枪 3000kgh，总启动负荷 32%BMCR。启动燃烧器由高能点火器、内回油机械雾化油枪、配分器、伸缩机构组成。床上启动燃烧器配风较之于床下启动燃烧器较为简单，只设置有一路风，取自二次风机出口，用于满足油枪点火初期的燃烧所需，同时应保证二次风有足够的风压即刚性，以防止油枪
17、火焰贴壁。当油枪退出燃烧时，二次风门也不应全部关闭，应保持适当的开度冷却燃烧器，同时避免床料积聚在燃烧器内堵塞油枪。在试运过程中，我们发现油枪点燃比较困难，有时点着后也会熄火，燃烧不稳。分析原因有二：一是流化后（特别是床压高时）会进入二次风嘴，挡住“火检”的“视线”，保护动作切断燃油而熄火；二是油枪确实雾化不好。针对第一个原因，投入油枪后，提高相应的二次风嘴风量，结果油枪燃烧稳定，效果不错。针对第二个原因，对油枪检查后发现，确有砂粒进入雾化片内，当油枪投入运行时，在雾化片内高速旋转的油液带动砂粒旋转，使雾化槽和中心孔严重磨损变形。对此，我们增大了停运的床上启动燃烧器的二次风量，并且保证二次风的
18、风压不低于规定值。1.4 给煤机的堵煤与断煤及燃煤粒径的控制循环流化床锅炉较之煤粉炉少了一套制粉系统，因此，对给煤系统的稳定运行就提出了更高的要求。原煤经双转筛再通过一级破碎机，最终将颗粒度合格的燃煤输送至炉前大煤斗，经称重式皮带给煤机将煤粒送至落煤管上方，每一根落煤管下方设置播煤风，将落下的煤粒均匀地吹入炉膛里。4 台给煤机布置在炉前，连接前煤斗和落煤管，根据锅炉负荷要求的燃料量将破碎后的燃煤输送到落煤管进口。对于 CFB 锅炉来说，燃煤的颗粒度是一个很重要的控制指标，运行中必须要严格加以控制，绝不能将细碎机清理时的粗煤块直接输送到煤仓中，“宁细勿粗”这是保证 CFB 锅炉安全稳定运行的前提
19、。因为燃煤颗粒的变粗，将影响冷渣器旋转给料阀的正常工作，并造成炉膛排渣量的增大；冷渣器旋转给料阀的卡涩将导致冷渣器的停用；锅炉底渣量过大将造成输渣系统的停用，使得炉渣直接外排，造成环境的严重污染和清理工作强度的增加。炉膛给煤口位于炉膛的密相区，由于 CFB 锅炉为微正压运行，当发生断煤或烧空仓时极易造成给煤机的烧损事故。在运行中，必须密切监视给煤机落煤管的温度。当发现此温度有异常时，应及时停用该给煤机，并迅速关闭给煤机落煤管的出口速断阀。维修人员一定要保证给煤机落煤管出口速断阀的灵活可用，并能够可靠关断。运行人员要定期检查煤仓的煤位情况，及时通知燃料上煤，一定要避免烧空仓的的情况出现，否则后果
20、不堪设想。A存在的问题 1：原煤仓中下部经常发生搭桥现象，造成下煤不畅；2：给煤机无煤层厚度调节装置，在原煤仓大量下煤时易导致给煤机因负荷过大而电机跳闸；3：给煤机在运行过程中经常出现漂链现象，燃煤堆积在给煤机箱体底部，造成无法将煤送入炉膛，最终引起电机跳闸；4：给煤机箱体方形检查孔因其密封垫变形，密封不严，造成漏粉现象严重；5：落煤管经常发生堵煤现象。B采取的措施 1：改用椭圆双曲线形落煤斗，在原煤仓下部前后两侧内壁安装板式振动器，其操作纳入程控系统；2：在给煤机出口安装出口插棍；3：在给煤机箱体下部装设链条刮板，避免煤积累在给煤机内；4：在给煤机方形检查孔上增设一层羊毛毡垫；5：在给煤机的
21、落煤口附近加装一温度测点，当给煤机在运行时，应密切监视此测点的温度，当发现温度出现不正常地升高时，则应立即联系人员到现场检查处理；6：取消原上海锅炉厂设计的落煤管密封风，另从一次风机出口后的冷风道引出一股高压冷风，通过母管分六路切向进入每根落煤管。经过上述改造后，方形检查孔外漏粉漏风现象得到根本解决，给煤机漂链和现象基本杜绝，但煤斗和落煤管堵煤的现象仍时有发生，这主要是与煤种的变化与湿度有较大的关系。2 结论A冷渣器的运行必须要建立进渣与出渣的平衡，在建立了进渣与出渣的平衡后，才能够实现连续排渣并稳定运行。专家建议采用水冷式滚筒冷渣器，效果应该不错。B炉膛漏渣是由诸多因素造成的，布风板阻力设计
22、偏小和回料量过于集中是主要的原因，建议对风帽的选型予以改进。C在床上点火燃烧器处设置看火孔，是进行合理配风和保护燃烧器的必要措施。D给煤机系统中的速关阀应能动作灵活、保证可靠关断，要及时上煤，严防出现空仓现象，这是保证锅炉给煤系统安全运行的基础。E应在优先保证锅炉长期稳定运行的基础上，解决其它影响锅炉经济运行的问题，使大型 CFB 锅炉机组能够安全、稳定、经济运行。参考文献：1 150MW 循环流化床锅炉技术指导手册 上海锅炉厂有限公司 2003102 循环流化床锅炉理论设计与运行 中国电力出版社 岑可法 倪明江 19973 135MW 仿真机机集控运行规程 山东电力仿真中心 20044 循环流化床锅炉技术交流资料 全国电力行业 CFB 机组技术交流服务协作网5 循环流化床锅炉的启动调试与安全运行 中国电力出版社 党黎军 200286 475T/H 循环流化床锅炉运行规程 景德镇发电有限责任公司 20047 作者简介：黄传海 从事专业：热能动力部门单位名称：景德镇发电有限责任公司 发电部 职称：中级地址：江西省景德镇发电有限责任公司发电部 邮编 333000E-mail
