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CFB鍋爐返料器返料異常的原因分析

濟南鍋爐集團有限公司 張 瑞 趙 旭

【摘 要】分析了CFB鍋爐返料器返料不暢對鍋爐運行造成影響的原因，并為鍋爐灰循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行尋找合適的方法和途徑。
【關鍵詞】CFB鍋爐 返料器 返料異常

CFB鍋爐返料器是循環(huán)流化床主要的組成部分之一（右圖）。煙氣攜帶的灰粒和正在燃燒的煤粒，通過爐膛進入分離器，在分離器內大部分固體顆粒被分離下來，經返料器又回到爐內，而煙氣則通過分離器上部進入尾部受熱面。目前，國內外CFB鍋爐的返料器不論成U﹑J或L型，其回料通道都是一個U型體，U型體下部左右側配有兩個調節(jié)閥，左側為回料風閥，開度大，使U型體流化床左側的顆粒處于強烈流化狀態(tài)；而右側松動風閥開度較小，其調節(jié)量只要保證U型體內流化床右側的顆粒松動即可。這樣，使U型體右側接料腿的顆粒柱處于充氣滑移狀態(tài)；而且料腿中能保持穩(wěn)定高度的顆粒柱且不受負荷波動影響。由于料腿中這個密相顆粒柱所具有的壓頭比爐膛內膨脹度高的相對稀疏顆粒柱所產生的壓頭要高，因此很容易造成顆粒自動地穿過U型體左側進入爐膛，實現物料可靠的循環(huán)。因此返料器是關系到鍋爐燃燒、過熱汽溫和負荷的重要部件。密封返料器位于旋風分離器下部，與燃燒室和分離器相連接，回料采用自平衡方式，流化密封風大都采用獨立風機單獨供給。良好的回料器能保證物料正常通過，并可隨運行的變化進行必要的調整。但目前不少CFB鍋爐的回料系統(tǒng)運行不正常，回料不暢通，甚至堵塞；有的鍋爐兩臺分離器回灰溫差很大，甚至達數百度。返料器工作不正常，不能建立正常的物料循環(huán)，便降低了CFB鍋爐的循環(huán)倍率，直接影響爐內燃燒和換熱。
1、返料器系統(tǒng)介紹
U型返料器（見上圖）實際是一個小流化床，回料風由下部兩個小風室通過流化風帽進入閥內，運行中高壓風通過；流化返料風室、布風板、風帽流化U型閥內的物料。U型閥屬于自平衡閥，既流出量與進入量自動調節(jié)，閥本身調節(jié)流量的功能較弱。它還有一個最為重要的作用是：用以回料密封?；亓狭⒐艿淖饔檬禽斔臀锪?、系統(tǒng)密封、產生一定的壓頭避免爐膛煙氣反串，與回料閥、高壓風機配合使物料能夠由低壓向高壓（爐膛）處連續(xù)穩(wěn)定地輸送。高壓風機是一種高壓頭低風量設備，有較高的壓頭并且具有阻力增加，風機壓頭增加的特點來克服爐堂內的高壓，實現物料連續(xù)穩(wěn)定的輸送。低風量是為了避免高溫物料在回料閥內結焦。
上面我們分析U型返料器有一重要作用：“回料密封”，就是說返料口位于爐膛正壓區(qū)內，爐膛內的高壓煙氣將會返竄，造成煙氣短路，從而阻礙正常的飛灰循環(huán)。當外循環(huán)灰進入立管中，物料的自重產生的壓力P1大于返料口爐膛內的煙氣壓力P2時才能使循環(huán)灰進入到U型閥內。但鍋爐剛開始運行時進入U型閥內的循環(huán)灰量較少還難以輸送回爐膛內，只能在U型閥立管內積存，最終U型閥內積存一定量的循環(huán)灰量只有當P1=P2或P1≥P2時才能建立起良好穩(wěn)定的外循環(huán)物料平衡。當U型閥內如果在圖中返料立管段存有厚度一定的料層時，在高壓風機的作用下，料位膨脹被流化，在回料立管P1≥P2情況下連續(xù)不斷地進入U型閥返回爐內，從而建立起良好的外循環(huán)回路，實現其原有的設計理念，“U型閥屬于自平衡閥，即流出量與進入量自動調節(jié)”。
2、返料灰循環(huán)不暢時鍋爐特點
2.1 當開始發(fā)生返料不暢時，回料閥風室壓力、各料腿風量發(fā)生異常變化。一般情況下在鍋爐燃燒工況未發(fā)生變化的情況下，發(fā)生堵塞的回料閥風室壓力逐漸升高，料腿風量逐漸下降。
2.2 當回料閥開始堵塞后，由于至爐內的回料中斷，鍋爐床壓逐漸下降，床溫將出現異常波動，爐膛差壓降低，汽溫、汽壓將會逐漸下降，鍋爐負荷無法維持。
2.3 當回料閥發(fā)生嚴重堵塞，鍋爐各項參數無法維持，已無法維持運行，必須立即壓火停爐。
3、返料器返料不暢的原因分析
3.1 分離器分離效率不同，造成兩側回料量偏差較大
由于設計或制造的原因，造成鍋爐兩側分離器分離效率不同，那么分離效率高的分離器從煙氣中分離出的灰量較大，就會造成該側回料閥的回料量偏大。在機組高負荷運行和負荷突然大幅變化時，回料量的大幅變化有可能打破回料閥的自平衡，造成回料不暢，如不及時調整風量，就容易造成堵塞。
分離器在鍋爐安裝完成后，其分離效率就已固定，一般不會發(fā)生變化，但當鍋爐長期運行后，分離器內部的中心筒有可能發(fā)生變形、損壞，造成分離效率的變化，因此每次停爐后要對該部位進行檢查，確保分離效率達到設計值。
3.2 分離器內部澆筑料脫落
當鍋爐運行較長時間后，鍋爐各部件都經受了高溫的考驗，這時候分離器劣質的澆注料脫落可能是造成回料閥堵塞的主要誘因。當分離器內的澆注料脫落后，落至返料風室上部，會直接堵塞風帽出風孔或棚在風帽上部影響局部流化風量的分布。二者均會造成局部的流化不良，當脫落的澆注料較少時，對整個床面的影響較小，對回料閥參數不會造成較大影響，隨脫落澆注料數量的增多，回料閥的工作狀態(tài)逐漸惡化，直至回料閥的平衡被打破，回料中斷，在發(fā)現處理不及時的情況下就會造成回料閥的堵塞。
3.3 鍋爐運行方式不正確
鍋爐運行之初，由于運行人員對CFB鍋爐了解不夠深刻，加之運行經驗不足，運行方式如果不正確，就會造成返料器返料不暢甚至造成返料器結焦。
3.3.1 兩側給煤量偏差較大
由于大型鍋爐左右兩側各布置一個分離器，所以鍋爐運行中側給煤下煤是否均勻，對爐膛兩側煙溫和兩側循環(huán)灰量的多少具有很大影響。如兩側給煤量始終偏差較大，不僅會造成兩側床溫、煙溫的偏差，也會造成兩側循環(huán)灰量的偏差，在兩側分離器分離效率相同、回料閥工況相同的情況下，兩個回料閥的回料量也會不同。給煤量的偏差越大，回料閥回料量的偏差也越大?；亓狭科蟮幕亓祥y在高負荷和負荷增加過程中，其回料量可能達到或接近回料閥設計的最大回料量，此時一旦發(fā)生其他外部影響，如有澆注料脫落堵塞風帽，回料閥的工況進一步惡化，有可能造成回料不暢，進而形成堵塞。
3.3.2 一、二次風量增減過大過急或調整失衡。
在加負荷過程中，運行人員往往依運行經驗在進行一、二次風量調整時直接將一次風量加至目標值，而后逐漸進行加煤的操作，在此瞬間爐內工況可能發(fā)生根本性的改變。當一次風量增加時由于二次風量、給煤量并未增加跟進，此時爐內一、二次風比例中一次風占絕對優(yōu)勢，爐內顆粒濃度份額（燃燒份額）隨之發(fā)生根本性改變。大量原本停留在爐膛下部密相區(qū)內的顆粒，因一次風速隨風量迅速加大而超過顆粒終端速度，被送入爐上部稀相區(qū)。床層顆粒濃度迅速下降，這使一次風速進一步加大（料層阻力在進一步減?。?，床層顆粒濃度進一步減小。與此同時，稀相區(qū)也因瞬間濃度增加過快，稀相區(qū)燃燒份額迅速加大，使爐膛出口顆粒濃度和煙氣溫度迅速增加，如此時爐膛出口仍保持為負壓則煙氣速度也會增加。隨著爐膛出口（即分離器進口）含塵氣流的濃度、溫度、速度的迅速增加，分離器分離效率也將迅速提高很多，被分離出來進入回料閥的返料量迅速加大，一旦回料量的增加超過回料閥向爐膛的回灰量，回料在自重的作用下，會導致回料閥風帽被壓死，流化中斷，造成回料閥堵塞。
同樣，在鍋爐減負荷運行時，如果減的過急、過快，就會造成外循環(huán)灰量突然減少，返料立管內段物料大量返回爐內而得不到補充，從而使返料立管內物料P1又小于爐膛內壓力P2，進而段造成返料中斷，形成惡性循環(huán)。所以在調整時不能急躁要循序漸進，也許需要數小時的調整才能使外循環(huán)物料平衡穩(wěn)定。
3.4 回料閥結焦
循環(huán)灰是CFB鍋爐的熱載體，具有很強的流動性，但當回料溫度達到灰熔點的變形溫度時，其流動性被破壞，流化狀態(tài)靜止，就會產生結焦現象?；亓祥y內一旦發(fā)生結焦，將會很快發(fā)展，最終造成回料閥的堵塞。為防止回料閥結焦，必須嚴格控制分離器和回料閥各點溫度，一般返料溫度不大于1000℃。為降低返料溫度，現在設計返料器大多為水冷結構，可有效降低返料溫度，防止返料器結焦。
4.結束語
循環(huán)流化床鍋爐的物料循環(huán)系統(tǒng)對鍋爐的安全穩(wěn)定和經濟運行起著決定性的作用。返料異常是制約循環(huán)流化床鍋爐實現長周期運行的關鍵問題，運行操作人員在正常運行中應加強運行參數的調整，保證兩側均勻給煤，控制兩側氧量偏差；加強對兩側回料閥風壓、各路流化風量以及立管、料腿溫度的監(jiān)視與分析，發(fā)現流化風壓、風量異常波動，應及時進行流化風門的調整；同時在增減負荷時要遵循循序漸進原則，使灰循環(huán)進入一個良性循環(huán)軌道，保證鍋爐正常、高效運轉。

參考文獻

［1］呂俊復等主編： 《循環(huán)流化床鍋爐運行與檢修》.  －北京：中國水利水電出版社，2003
［2］屈衛(wèi)東等編著:《循環(huán)流化床鍋爐設備及運行》.－鄭州：河南科學技術出版社，2002.6
［3］岑可法等. 《循環(huán)流化床鍋爐理論設計與運行》［M］. 北京. 中國電力出版社.1998.