循環流化床鍋爐結焦的原因、危害及預防

    本文針對石家莊高新熱電幾臺循環流化床鍋爐歷年來結焦情況進行全面分析，根據循環流化床鍋爐的特性，結合多年實際運行經驗，提出了機組運行時預防鍋爐結焦的有效措施及事故處理。從而對結焦問題提出了處理方法和預防措施，并在實踐應用中取得了良好的效果，為高新熱電循環流化床鍋爐的安全穩定運行提供了依據，同時帶來了經濟效益，在同類型循環流化床鍋爐運行中有很好的借鑒作用。

一、設備簡介

    石家莊高新熱電公司共有五臺循環流化床鍋爐，#1、2爐為杭州鍋爐廠早期生成的75t/h循環流化床鍋爐，1995年投產;#3、4爐為無錫鍋爐廠生產的75t/h循環流化床鍋爐，2000年投產;#5爐為無錫鍋爐廠生產的220t/h循環流化床鍋爐，2005年投產。本文只對無錫鍋爐廠生產的循環流化床鍋爐進行分析論述。鍋爐的物料分離器采用絕熱式高溫旋風分離器，回料器采用“U”型閥系統。

    鍋爐結焦事故會給電廠帶來較嚴重的經濟損失，我廠投運以來發生過幾起結焦事故，每次結焦后，均要停爐幾天進行冷卻清焦，每臺爐為此造成的直接間接經濟損失20-50萬元，所以防止鍋爐結焦事故是我廠技術人員研究的一個重要課題。

二、結焦的分類

    循環流化床鍋爐結焦的直接原因是床料局部或整體溫度超出灰熔點或燒結溫度。一般將結焦分為高溫結焦和低溫結焦。

所謂低溫結焦就是當床層整體溫度低于灰渣的變形溫度，由于局部超溫或低溫燒結引起的結焦。低溫焦塊的特點是帶有許多嵌入的未燒結的顆粒。低溫結焦不僅會在啟動過程或壓火過程時出現在床層內，有時也可能出現在爐膛以外，如高溫旋風分離器的灰斗內或回料器內，灰渣中堿金屬鉀、鈉含量較高時易發生低溫結焦。

    高溫結焦是指床層整體溫度水平較高而流化正常時所形成的結焦。當床料中含碳量過高而未能及時調整風量或返料量時，就可能出現高溫結焦。高溫結焦的特點是面積大，甚至波及整個床面，而且從高溫焦塊表面上看，基本上是熔融的，冷卻后質塊堅硬，并夾雜少量氣孔。

    對流化床鍋爐來說，結焦按照部位分為爐床結焦和返料器的結焦兩種情況，爐膛內的結焦按照結焦時的工況可分為點火過程中結焦和運行過程中結焦。

三、各種結焦的介紹

第一類 返料器結焦

返料器結焦一般都發生在運行當中。

1、返料器結焦的現象

(1) 床溫難以控制，稍增給煤，床溫就上升很快，稍微減煤，床溫就很快下降，

(2) 返料器溫度先升高而后逐漸地降低。

(3) 返料風壓增大。

(4) 主汽流量降低、主汽壓力下降。

(5) 爐膛差壓下降，料層差壓減小。

(6) 爐膛上部溫度降低，排煙溫度升高。

(7) 循環灰放不下來。

2、原因分析

(1) 燃煤煤質差是造成結焦的主要原因。

(2) 返料器漏風嚴重，返料風壓不夠，或波動過大，或返料中斷。

(3) 返料器中有異物，將返料器出口堵塞或影響返料風。

3、如何避免

(1) 為防止返料器結焦，必須嚴格控制返料溫度不大于1000℃。

(2) 放循環灰時不能過多，以免破壞流化燃燒狀況，造成細粉抽入循環回路二次燃燒。

(3) 運行中嚴格監視返料器的上下部溫度和返料風壓的變化，發現異常及時處理。

(4) 運行中定期巡檢返料器底部檢修孔、觀察孔等處法蘭是否漏風，否則冷風漏入易造成返料器內部結焦。

(5) 當一側返料器堵塞時，必須壓火進行疏通，防止循環工況破壞后，另一側返料器溫度升高，造成結焦。

(6) 合理調整返料風量或加裝增壓風機，避免返料風量、風壓過小，返料流化差堵塞，導致結焦。

第二類爐膛內結焦

爐膛內結焦又分為點火過程中結焦和運行中結焦

(一)爐膛內點火過程中結焦

1、爐膛內結焦的現象

(1) 從觀察孔看可以看到有明亮耀眼的火星;

(2) 料層差壓不正常的降低;

(3) 爐膛底部放渣口有的不能放出渣來。

2、原因：

點火過程中結焦主要是低溫結焦，點火時由于底料中含有少量的可燃物，有時床溫上升過程中加煤量掌握不好，一次風調整不及時致使床料流化不良造成局部超溫結焦，嚴重時會逐漸擴大導致大面積結焦。如超溫部位在放渣口附近，則會導致排渣不暢或堵塞，點火中斷。

3、點火過程中結焦事故的預防及措施

(1) 鍋爐點火前必須要做床料流化試驗，掌握并記錄最低流化風量，點火過程中要求保證流化良好，一次風量不低于最低流化風量。

(2) 在鍋爐點火后期，投煤時要特別注意給煤量，此時床溫達到燃煤的著火點附近，加熱的燃煤大部分還沒有燃燒，一旦著火，溫度會很快上升，如果控制不好，就很容易發生結焦。所以給煤時不能大量給煤，而是采取間斷式給煤，盡量防止床料中形成小焦塊，如有小焦塊，要盡量用鉤子鉤出，以免造成低溫結渣。并且在點火后期，不可大幅調整燃油量，往往在點火過程中發生的操作失誤就會導致鍋爐結焦。

(3) 點火時要注意一次風量的調整，風量過大會帶走床料的熱量，造成床溫下降，床溫不易達到燃煤的著火點，延長點爐時間，浪費燃油。但是一次風量又不能過小，保證不低于流化風量，當床溫到達500℃時，再酌量加煤，并注意氧量的變化，氧量下降較多時，酌情減煤，床溫上升較快時，可適當加大一次風量，使床溫平穩上升，直至燃燒正常。劇烈的加減風都是不允許的。

(4) 點火時要注意料層差壓的變化，正常的點火過程料層差壓是穩定的，投煤后稍有增長，料層大幅增減是不正常的，，應該分析原因，特別是料層差壓劇增，往往是結焦的前兆，劇減時一般情況下結焦已經形成。所以司爐在點火過程中要注意觀察料層差壓的變化，一旦突變，要立即采取措施，迅速提高一次風量，寧可將火吹滅重新點火，也要避免爐床結焦事故發生。

(二)運行過程中爐床結焦

1、結焦現象

料層差壓突然大幅下降，床料溫度升高，主汽溫度下降，主汽流量下降，底部放渣管放不出渣來。

2、結焦的原因

(1)床料流化對結焦的影響

循環流化床鍋爐流化不良是引起結焦的主要原因。由于循環流化床鍋爐的燃燒床料主要是由0-10mm的燃煤和灰渣組成，一旦流化不好就容易形成床料局部堆積，堆積的床料本身溫度較高，加上床料中含有未燃燒完全的煤粒，繼續氧化燃燒，放出熱量，散發不出去，從而使該部分床料的溫度急劇上升，當溫度超過了灰渣的灰熔點時，就產生了結焦現象。在循環流化床鍋爐運行中，當流化風速低于床料的臨界流化風速時，物料在爐床內燃燒放熱，熱量來不及向鍋爐受熱面傳遞，使物料溫度急劇上升，當溫度超過灰渣的灰熔點溫度時，就會產生爐床整床高溫結焦。

(2)灰渣的灰熔點對結焦的影響

灰熔點越低，越容易結焦。灰熔點與灰渣中的成分含量有關，灰渣中堿金屬鉀、鈉含量較高時，灰熔點較低，一般的煤種灰的熔點都在1300℃左右，只要保證大于流化風量就不會發生結焦，而灰熔點低的煤種，灰熔點僅在1000℃左右，循環流化床鍋爐的床溫一般控制在900-950℃，一旦超溫，很容易達到灰熔點，風量稍微一低就會造成結焦。

(3)燃料特性對結焦的影響

循環流化床鍋爐設計燃料粒徑特性為0-13mm，如果燃料中大于13mm的顆粒偏多，遠超過了設計要求，粗顆粒容易沉積，影響流化與運行，嚴重時造成結焦。

(4)密相區燃燒份額對結焦的影響

燃燒份額是指每一燃燒區域中燃燒量占總燃燒量的比例。由于循環流化床鍋爐燃燒主要發生在密相區和稀相區，這兩個區域的燃燒份額之和接近于1，其中密相區的燃燒份額會影響到料層溫度控制、爐內傳熱以及鍋爐連續安全運行，所以密相區燃燒份額是我們最關心的一個參數。在其他條件不變的情況下，當密相區燃燒份額增加，也就是燃煤在密相區放熱份額增加時，為保持密相區出口溫度不變，必然增加密相區的吸熱量，相應增加密相區的受熱面積。如果密相區的受熱面積再無法增加，則會使密相區出口煙溫提高，即帶入稀相區的焓增加。如果該部分焓不能有效被稀相區受熱面吸收或被煙氣帶走，則密相區的熱平衡就被破壞，從而使爐床溫度升高，出現高溫結焦。

(5)運行參數的影響

a. 料層差壓

料層差壓是一個反映床料厚度的參數，在鍋爐運行中，料層厚度的大小會直接鍋爐床料流化的質量，如果料層過厚，有可能引起床料流化不好，造成鍋爐床料結焦或滅火，料層太薄了又燃燒不穩且帶不上負荷，因此司爐要特別注意料層差壓及風室風壓，通過控制放渣量保持合理穩定的料層，不可將料層積累太厚或放的太薄。

b. 料層溫度

鍋爐正常運行時，在保證不發生結焦的情況下，盡量提高床溫，床溫的提高有利于煤的燃燒和燃盡，但令一方面要低于灰熔點100-200℃，同時，為適應環保的要求，最大程度的提高脫硫效率，降低硫化物和氮氧化物的排放，該廠的循環流化床鍋爐要求控制在850-950℃，且盡量保持在下限。

(6)加減負荷時的控制

加減負荷時，要求嚴格執行“升負荷時先加風再加煤，減負荷時先減煤后減風”的操作思路。在加減煤時，不能突然大加大減，燃燒調整時要做到“勤調細調”避免床溫大起大落。

(7)嚴格控制燃煤質量

運行中，盡量燃用灰熔點高的煤種，盡量不選用含鉀、鈉高的煤種。同時，因該廠采購煤種較雜，還應該采取配煤的方式來控制入爐煤的品質，根據各爐的運行情況及時調整燃煤的配比，使鍋爐運行達到最佳狀態。

(8)返料影響

返料風過小，或返料器由于耐火材料脫落而堵塞，或因料層差壓高影響循環灰進入爐膛等原因，返料無法正常返入爐床，都會可能造成床溫過高而結焦。若此時再通過加煤來維持汽壓汽溫，則床料在返料未回爐膛及加煤的雙重作用下，會急劇上升導致床料結焦。若運行中返料溫度過高，可能會造成返料器內結焦。

(9)結構方面的影響

布風板設計不良、風帽布置不合理或風帽損壞，造成布風板布風不均，會造成部分床料不流化而產生結焦。

四、結焦的處理

    鍋爐結焦的處理是一種既危險又艱難的工作。如果是返料器結焦，應采取壓火處理，然后打開返料器底部入口門，將返料灰放出后，由于返料結焦堵塞，所以返料器中積存了大量的高溫返料灰，打開入口門后，返料器中的高溫返料灰會像流體一樣流下來，因此要特別注意防止燙傷，返料灰放完后，用工具將結焦打掉清出，并檢查清理干凈小風帽上的焦塊雜物，然后用強光手電照射返料器內部檢查，確保返料器暢通，內壁無掛焦，然后將底部入口門封閉，重新進行揚火啟動。

    如果是點火過程中材料結焦，應立即停止點火，由于此時爐內溫度不是太高，可在只保留引風機運行的情況下，打開爐門觀察，如果是輕微結焦，用長柄耙子將床料中的焦塊耙出，然后關閉爐門，重新進行點火工作;如果結焦嚴重，結焦面積太大，無法耙出，則停止點火，將床料冷卻后全部清理出來，然后重新添加床料后，再進行點火工作。

    如果運行中發生床料結焦，應立即停爐，并保留引風機和一次風機運行，當床溫吹至300℃以下時，停止所有風機運行，打開鍋爐人孔門自然通風冷卻，當溫度降至允許人員進入時，安排人員進行清焦處理，然后重新上料點火。

五、結束語

    循環流化床鍋爐的結焦事故是可以預防和避免的，只要認真監盤，加強巡檢，發現異常及時查出原因，對癥下藥，就可以預防結焦事故的發生。