国内循环流化床锅炉故障分析及解决途径浅析

【摘 要】本文详细分析了国内循环流化床锅炉常见的故障，如风帽磨损、过热器超温等故障，并提出相应的解决措施，对现场运行人员和设计人员具有很强的指导意义。

【关键词】循环流化床；锅炉；故障；床温

【Abstract】In this paper， some troubles of the circulating fluidized bed boiler are analysed such as the abrasion of blast cap and the exceeding temperature of heater. At the same time the relevant ways to solve them are provided.It is valuable for the workers who operate the CFB boiler and the designers.

【Key words】Circulating fluidized bed（CFB）； Boiler； Trouble； Temperature of the bed

0 前言

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枝术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、NOx排放低、结构简单、操作方便等诸多优势。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，已有上百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。

当前，我国清洁煤发电技术和装备有了巨大的进步，大容量CFB锅炉技术已臻于成熟，300MW等级CFB锅炉在国内已全面普及，600MW等级机组已经开始研究并已实施。但由于我国在锅炉设计和运行方面经验不足，因此，从现有循环流化床锅炉运行情况看，都不同程度地暴露出一些问题。为进一步开发循环流化床锅炉的燃烧技术，满足锅炉向大型化、高参数发展的需要，对现有锅炉的设计和运行中存在的问题进行分析非常必要的。

1 循环流化床工作原理简介

循环流化床燃煤锅炉与其他类型锅炉的主要区别是其处于流化状态下的燃烧过程。循环流化床燃煤锅炉基于循环流态化的原理组织煤的燃烧过程，以携带燃料的大量高温固体颗粒物料的循环燃烧为重要特征。而且它的低温燃烧特性使得NOx的排放大大减少，还可以直接添加石灰石进行脱硫。

循环流化床燃煤锅炉的燃烧过程中，经过预热的一次风（流化风）经过风室由炉膛底部穿过布风板送入炉膛，炉膛内的固体处于快速流化状态，燃料在充满整个炉膛的惰性床料中燃烧；炉膛下部为颗粒浓度较大的密相区，上部为颗粒浓度较小的稀相区；较细小的颗粒被气流夹带飞出炉膛，并由飞灰分离收集装置分离收集，通过分离器下的回料管与飞灰回送器（返料器）送回炉膛循环燃烧；燃料在燃烧系统内完成燃烧和高温烟气向工质的部分热量传递过程。烟气和未被分离器捕集的细颗粒排入尾部烟道，继续与受热面进行对流换热，最后排出锅炉。

2 循环流化床锅炉的常见故障分析

2.1 风帽的磨损

布风板是流化装置的一个重要组成部分，最常用的是风帽式布风板，也有采用“猪尾型”喷嘴布风板的。在布风板上布置一定数量的风帽，例如，在450t/h的布风板上布置有4130个定向风帽。目前我们国家正在运行和即将运行的75t/h以上循环流化床锅炉的布风板上大部分都是采用风帽式的。

空气由风室经风帽小孔高速喷出进入床层的底部，使风帽周围和帽头顶部产生强烈的扰动，并形成气垫层，进一步均匀上升的气流建立良好的流态化，同时特殊设计的风帽小孔保证颗粒不会由炉膛内回流进入风室。

一些循环流化床锅炉在较短的时间内就出现了部分风帽损坏的现象。风帽损坏严重时，将造成布风不均匀，风帽堵塞，产生结焦，最终导致停炉。分析原因有：

（1）风帽的材质不合格；

（2）风室漏灰渣，导致风帽堵塞进而烧坏，形成恶性循环；

（3）较高床温下，一次风速过大；

（4）风帽密度、风帽的方向的布置等设计不合理。

可采取以下措施：

（1）保证渣口不变形，防止漏风漏渣，渣口采用较好的材质；

（2）风帽采用较好的材质，风帽小孔要有一定的角度；

（3）风室下部加装放灰装置，以防止积灰；在锅炉装料前应认真检查小孔的堵塞。

2.2 稀相区水冷壁爆管

与煤粉炉相比较，循环流化床锅炉没有庞大的制粉系统和设备，但由于燃烧过程对入炉煤的粒度范围的要求，一般均需设置原煤破碎与筛分系统。一般CFB锅炉所采用的设计煤种粒度是0～10mm，最大不要超过15mm。

在实际运行期间，必须满足煤种粒度的设计要求，否则将会影响炉内物料的正常流化。如果颗粒的平均粒径过大，为了维持正常流化，必须增大一次风速，从而引起密相区高度增加，对稀相区的未敷设耐磨材料的水冷壁造成磨损。某厂130t/h循环流化床锅炉由于长期运行在颗粒平均粒径过大的情况下，导致水冷壁发生爆管现象。

为了预防稀相区水冷壁爆管的发生，应慎重地根据燃煤的特性选择破碎系统的设备，以得到合适的颗粒分布，使入炉煤的粒度范围满足设计要求。

2.3 主蒸汽超温和温度偏低现象

当入炉煤颗粒粒径分布发生变化或者其他原因导致循环倍率（循环灰量/给煤量）降低时，在炉内的循环灰量减少，从而水冷壁和屏式过热器吸收的热量份额下降，出口烟气温度增加，布置在水平烟道和尾部烟道的对流受热面，吸热份额增加，从而造成主蒸汽超温。反之就会造成主蒸汽温度偏低。

可以通过改变炉内的灰平衡的方法来避免过热器超温，具体方法就是可以增加或者减少排渣量和向炉内增加一些指定颗粒尺寸的床料。

2.4 旋风分离器回料腿结焦以及膨胀节烧毁

旋风分离器是保证循环流化床锅炉固体颗粒物料可靠循环的关键部件之一，布置在炉膛出口的烟气通道上。旋风分离器使含灰气流在筒内快速旋转，固体颗粒在离心力和惯性力的作用下，逐渐贴近壁面并向下呈螺旋运动，被分离下来；空气和无法分离下来的细小颗粒由中心筒排出，送入尾部对流受热面。它将炉膛出口烟气流携带的固体颗粒（灰粒、未燃尽的焦炭颗粒和未完全反应的脱硫吸收剂颗粒等）中的95%以上分离下来，在通过返料器送回炉膛进行循环燃烧，分离器性能的好坏直接影响燃烧与脱硫效率。

旋风分离器回料腿结焦，一方面是由于进入旋风分离器的物料中的焦炭颗粒二次燃烧引起的；另一方面，可能是由于“J”阀风量没有控制好，造成会料腿内流化不好。为了避免这种现象的发生就要控制好飞灰含碳量，同时调节好“J”阀风量。现在设计的旋风分离器一般在灰料腿的下部都装有紧急排渣管。

某电厂410t/h的循环流化床锅炉在实际运行过程中发现旋风分离器的膨胀节发生烧毁现象，这可能是由于长期的高温和磨损造成的。

2.5 密相区和旋风分离器的耐磨材料脱落

在实际运行过程中发现有耐磨材料脱落的现象。例如，华北某220t/h循环流化床锅炉在运行期间发生旋风分离器内壁防磨材料脱落，导致停炉检修。

造成这种现象的原因和施工质量是密切相关的。在施工中需注意以下几点：

（1）水灰比必须控制好，一般浇注料加水7%～8%，要严格按材料使用说明书施工。加水量增加1%，浇注料强度降低20%左右（未加考证）。施工用水必须洁净，酸碱度要符合要求。

（2）搅拌要均匀，使用强制性搅拌机，搅拌至糊状。搅拌好的浇注料不可存放时间过长。

（3）使用小直径振捣棒或片式振捣棒，将浇注料损捣实。

（4）烘炉温升曲线严格按材料供应厂家提供的资料进行。

2.6 压火失败

由于短时间的事故维修、停电等造成的临时停炉，必须进行锅炉压火操作，另外，由于运行不当或者原因不明的床温持续下降至700℃以下，也应进行锅炉压火处理。

循环流化床燃煤锅炉的压火与常规燃煤粉的锅炉有很大的区别，主要原因是前者的床料蓄热量大得多，并存在结渣或结焦的危险，可能导致压火失败，给再次启动带来很大的困难。因此，在循环流化床锅炉压火中也必须严格控制床温的变化。在正常的压火操作中，基本顺序为：压火前，先调节稳定燃烧工况，再停二次风，底料温度将逐步上升。不断调节给煤量，使底料温度平稳变化，进入一定温度区间（贫煤为950～1000℃），然后停止结煤。当底料温度出现下降趋势时，依次停止鼓、引风机，打开引风机挡板。维持尽可能高的床层温度，以有利于锅炉的再次启动。

影响延长压火时间的主要因素是：

（1）压火后，撒煤时间晚，撒煤量少；

（2）循环水量大，回水温度低；

（3）底料薄，底料含碳量少；

（4）炉膛冷风进入过多；

（5）压火操作失误；

2.7 冷渣器结焦，磨损，堵管

冷渣器是循环流化床锅炉的关键辅机之一，是目前循环流化床锅炉不能正常运行的主要故障源之一。目前，国内外制造厂、设计单位及科研院所对此开展了大量的研究工作，开发了各种型式的冷渣器。灰渣输送装置组成，其中冷渣器是关键技术设备，冷渣器的不正常工作是导致锅炉被迫停炉和减负荷运行的主要因素之一。冷渣器的主要作用有：（1）实现锅炉底灰排放连续、稳定、可控；（2）回收高温灰渣2/3以上物理热，提高锅炉热效率，减小高温灰渣热污染；（3）保持灰渣活性，便于进行综合利用；（4）高温灰渣被冷却到150℃以下，为机械化输送提供必要条件；（5）改善劳动条件，提高安全程度。

在现在运行的75t/h，130t/h，410t/h的循环流化床锅炉中，经常发生的冷渣器故障是排渣管结焦。各个电厂为了避免结焦的发生，都在不断的改进冷渣器。东这某电厂130t/h循环流化床锅炉利用尾部烟气作为流化风，取得了很好的效果；这样做的负面效应就是冷渣器的流动风风机的磨损过于严重。

2.8 落煤管卡塞

如果输煤管发生卡塞现象，炉膛内的可燃物会迅速减少，密相区和稀相区的温度会骤然下降，本文采用数值模拟的方法仿真了35t/h循环流化床锅炉停止给煤后炉内温度的变化趋势（在仿真过程中，假设一次风温是180保持恒定，仿真时间1000s），如图1所示。

2.9 不满足灰平衡

与鼓泡床燃烧锅炉相比，CFBC的优点是由烟气带走的固体燃料及灰渣颗粒能高效地被分离器回收，送回燃烧室多次循环，因此其燃尽程度较高，燃烧效率可以与煤粉炉相比。在不考虑脱硫的情况下，进入炉膛的固体物料有燃煤和石灰石（需要脱硫时加入）；会损失掉的固体有未被分离器捕捉的飞灰及从密相区排掉的大颗粒的灰渣。忽略燃煤中在燃烧过程中会失掉的水分、可燃质等，在进入的灰量与损失的灰量平衡时，就能保持循环物料的平衡，即：进入的灰量=飞灰的损失十排渣灰量

上述平衡关系无论对全部循环物料总量，或是对每一种粒度的物料都应该是存在的。因此在循环床物料系统中，根据燃煤成灰时的特性，燃烧室内风机提供的床压降，分离器的分离特性，最终可以达到某一平衡状态时，不能被烟气带走的比较粗的颗粒，以及上升速度较慢的颗粒，主要以下部底灰的形式排出。小于100μm的物料则以较快的上升速度上升，但分离器对这类颗粒收集效率低，以飞灰的形式排出。仅有粒度为150～250μm的颗粒，虽然它的上升速度较快，但分离器对这类颗粒的收集效率较高，在99%以上，所以这类颗粒在床内大量累积，构成了循环床料的主要组份。从床料的平均粒度可以判断循环系统运行是否正常，因此国外有时用床料质量〔bed quality〕说明循环系统的运行状态的好坏。

3 结论

本文从循环流化床锅炉的原理出发，详细分析了循环流化床锅炉侧各个主要部件及其重要辅机在运行过程中容易出现的故障，并结合现场人员的宝贵运行经验，提出了相应的解决措施。可以为循环流化床锅炉的设计者和运行人员具有很强的指导意义。

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