循环流化床锅炉原理及其常见问题

摘要：循环流化床锅炉（CFB）因具有燃料适应性广、负荷调节性强及环保性能优良而得到了广泛的应用，循环流化床锅炉起步仅有二十多年的时间，发展却非常迅速。但相比与其它燃煤锅炉，循环流化床锅炉起步较晚，一些设计运行规律还没有完全被掌握，造成在实际运行中存在着诸如锅炉效率达不到设计要求、部件易磨损以及故障较多等问题。

关键词：循环流化床；原理；问题

中图分类号：TK221 文献标示码：A

前言

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。循环流化床锅炉可分为两个部分：第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

1 流态化的基本定义

气体或液体以一定的速度穿越固体颗粒层时，当气体或者液体对固体颗粒产生的作用力与固体所承受的其他外力相平衡条件达到后，就形成气固两相或液固两相混合介质的类似于纯液体流动的流态化现象，这一现象就成为气固或液固两相流介质的流态化现象。

2 循环倍率及其影响因素

物料循环倍率是指由物料分离器捕捉下来且返回炉内的物料量与给进的燃料量之比。

影响物料循环倍率的因素：

（1）一次风量：一次风量过小炉内物料流化状态发生变化燃烧室上部物料浓度降低进入分离器的物料相应减少，这样不仅影响分离效率，也降低分离器的捕捉量，回送量自然减少；

（2）燃烧的颗粒特性：当颗粒较粗且所占份额较大，在一次风量不变的情况下，炉膛上部物料浓度降低回送量减少；

（3）分离效率：分离器效率降低，回送量减少；

（4）回料系统：回料阀内结焦或堵塞，回料风压头过低都会使回料量减少。

（5）二次风量：二次风的搅动，会使炉膛上部物料浓度增大，其与物料浓度是正比关系，从而影响物料循环倍率。

3 引起受热面磨损的原因

受热面的磨损是由冲刷、冲击和微震磨损造成的，冲刷磨损是指烟气、固体物料的流动方向与受热面（或管束）平行时固体物料冲刷受热面而造成的磨损；冲击磨损是指烟气、固体物料的流动方向与受热面（或管束）呈一定的角度或相垂直时，固体物料冲击、碰撞受热面而造成的磨损；微震磨损是指传热条件下传热管与支撑件之间产生垂直运动而导致的传热管管壁损耗现象。某化工厂150t/h循环流化床锅炉受热面磨损现状如图1。

图1 某化工厂受热面磨损现状

循环流化床锅炉和其他形式的锅炉在燃料机理上存在着很大的不同，正常运行中自身存在的大量内循环和外循环物料。另外，现代大型循环流化床锅炉炉内除布置水冷壁外，还在炉膛上部布置扩展蒸发受热面、屏式过热器、屏式再热器，扩展蒸发受热面也叫水冷屏和翼型水冷壁，根据锅炉蒸发量的需要补充。这样使得循环流化床锅炉受热面的磨损成为循环流化床锅炉正常运行最大威胁之一，根据统计由于磨损（受热面、耐火材料、风帽）造成的停炉事故接近停炉总数的50％。炉膛受热面磨损主要表现在水冷壁管与耐磨材料交接及以上1~5m处、炉膛四角、返料口上部绝热式旋风分离器入口、屏式过、再热器下端等处。

因此受热面的防磨处理显得至关重要。在密相区防磨层结束的过渡区采用外弯管设计形式是非常有效的防磨办法，并根据锅炉容量和具体结构在密相区防磨层结束部位以上一定范围内对水冷壁管进行防磨喷涂，喷涂处的管面过度要平滑，不能有凸台。炉膛内布置的屏式过、再热器管屏和水冷蒸发屏的下部防磨层的过度区处理现一般均采用防磨喷涂。金属表面的防磨喷涂能防止磨损和腐蚀有两个方面的原因：第一、涂层的硬度可能较基体的硬度更大；第二、涂层在高温下会产生致密的坚硬和化学稳当性更好的氧化层，且氧化层与其基体的结合更牢。喷涂工艺和材料选择在机械加工制造行业已经非常成熟，对于专门的循环流化床锅炉内部环境的喷涂工艺相对还不成熟，部分流化床在完成防磨喷涂施工后运行半年，防磨涂层既有出现脱落的现象，需要进行修补。寻找适合于循环流化床锅炉炉内运行工况的喷涂材料和施工工艺显得尤为迫切。

4 返料器堵塞的主要原因

(1)高压流化风量低，使返料器堵灰；

(2)风帽损坏，造成风室堵灰；

(3)耐火材料脱落影响返料，造成堵灰；

(4)返料温度过高，返料器结焦；

(5)煤质变化大；

5 炉膛发生爆炸的主要原因

(1)通风不畅，可燃气体在炉内积聚；

(2)流化不良，造成细煤粒在炉膛内积聚；

(3)返料器突然塌灰；

(4)炉膛温度偏低，燃烧不充分；

(5)点火初期，投煤量过大；

6 结论

循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、燃烧污染排放量低、负荷调节范围大，负荷调节快、易于实现灰渣综合利用等优点，然而部件的易磨损堵塞、尾部烟道再燃烧、漏风等问题依然是目前流化床锅炉遇到的问题。

参考文献：

[1] 任永红.循环流化床锅炉[M].北京：中国电力出版社,2007.4

[2] 火力发电厂设计技术规程(DL 5000-2000)

[3] 中小型热电联产工程设计手册.北京：中国电力出版社.2006.4

[4] 热能工程设计手册.化工工业出版社.1998.6