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450 t/h CFB锅炉存在问题的分析 |
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| 450 t/h CFB锅炉存在问题的分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 8:50:29  |
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摘 要：对目前国产大型CFB锅炉存在的一些共性问题进行了阐述，分析其原因并提出了切实可行的技术方案。
关键词：CFB锅炉；漏渣；水冷壁磨损；排烟温度
Abstract：Nowadays, there exist several common problems of homemade 450 t/h CFB boilers. This paper analyzes the causes of these problems, based on which, the feasible technical solutions are proposed.
Keywords： CFB boiler; slag leakage; water wall wearout; fluegas exhaust temperature
大唐保定热电厂DG450/9.811型循环流化床（CFB）锅炉是东方锅炉(集团)股份有限公司采用美国福斯特·惠勒公司技术设计制造的国产首台 450 t/h CFB锅炉，于2002年11月正式投入商业运行。一年多来，锅炉运行相对稳定，各有关参数基本达到设计值，但仍然存在一些问题，影响锅炉的长期安全、经济运行。文章以大唐保定热电厂2台450 t/h CFB 锅炉为例，对影响大型CFB锅炉设备稳定运行的问题进行探讨。
1炉膛布风板漏渣
DG450 t/h CFB锅炉水冷布风板上采用的是内径为25.4 mm的Γ形定向风帽，布风板设计阻力为5 400 Pa，但通过冷态实际测量后换算到设计状态（一次风温度188 ℃，在标准状况下的风量为220 900 m3/h，水冷风室压力14.9 kPa）的布风板阻力大约为3 000 Pa，布风板的阻力偏小。锅炉在冷态运行和热态停用时床下油枪前炉膛布风板不漏料，而当锅炉带上一定负荷且床下油枪停用后，炉膛内的渣开始穿过布风板漏向水冷风室，漏渣的部位主要集中在靠近后墙的回料中心附近。大量的漏渣导致水冷风室堵塞并使水冷风室磨损严重，影响锅炉的正常运行。
经现场观察和初步试验分析认为，造成炉膛布风板漏渣的原因可能为：
a. 回料器布置集中，炉内局部回料量偏大；
b. 布风板阻力偏小，当炉内局部燃烧剧烈或者局部料层过厚时，炉内布风板上的局部床压就会高于风室压力，床料就会穿过风帽漏到风室中；
c. 各风帽间阻力不均也是导致漏渣的原因之一。
床下油枪投运时布风板无漏渣现象，停用后开始漏渣。这是由于床下油枪投运时热空气体积流量大、风帽出口风速高，有效地抑制了床料的泄漏，而当油枪停用后，风温降低,风帽出口流速下降，部分风帽因阻力相对较小而出现炉渣倒流现象。
CFB锅炉大型化后，在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。如果再加上锅炉布风板阻力偏小，风帽漏料现象不可避免，而且会由于锅炉负荷的增加而增加。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。
为解决因布风板阻力低而导致的漏渣现象，在水冷风室内风帽入口处加装了内径为20 mm的节流圈，目前在设计流化风量下布风板阻力提高了约1.5 kPa，布风板漏料情况有所减轻。
2床上油枪安装位置较低，无法正常投用
床上油枪由于安装位置较低，油枪投运时火检器检测不到油火焰，油枪无法正常投运。
DG450 t/h CFB锅炉设置4只床上油枪，分别布置在炉膛前、后墙上，油枪布置位置在布风板上方1 300 mm左右。锅炉运行时，在这一标高区域床料密度最高，油枪投入时，由于受到炉内床料的影响，即使油枪已经着火，高密度的床料也会使油枪火检器检测不到火焰，最终导致油枪不能投运。由于床上油枪不能投运，锅炉在低负荷或床温较低时只能投入床下油枪。由于床下油枪出力较大，频繁投入既增加了燃油量，又对点火风道内耐火材料的使用寿命造成影响。为使床上油枪能够正常投运，决定在原来的基础上将安装高度再提高500 mm，以实现床上油枪的正常运行。
3锅炉排烟温度较高吹灰器吹灰效果欠佳
从锅炉第1次带满负荷开始，其排烟温度就在140 ℃以上，随着运行时间的延长，锅炉排烟温度持续升高，投运2个月后排烟温度升到180 ℃左右。原因如下：
a. 主要原因为布置在锅炉尾部受热面的超声波吹灰器的吹灰效果欠佳，积聚在尾部受热面上的飞灰得不到彻底清除，随着锅炉运行时间的延长，尾部烟道积灰日益加重，使受热面的换热能力下降，锅炉排烟温度升高。
b. 由于锅炉给水是通过冷渣器后再进入省煤器的，冷渣器的设计温升为3 ℃，但实际上温升达到了10 ℃左右,这样可能导致省煤器吸热量减少而出口烟温上升。
c. 冷渣器用风量偏大，导致通过空气预热器的空气流量减少，使排烟温度上升。建议更换声波吹灰器为蒸汽吹灰器，冷渣器冷却用风由独立的风机提供。
4炉膛出口及预热器出口水平烟道内积灰严重
运行中发现，锅炉满负荷运行一段时间后，会出现引风机出力不足（实际情况是2台引风机入口挡板开度已达100％，无调节余量，而电机运行电流距离额定值还有十几安培）、炉膛出口的负压难以维持、送风量不能增加、省煤器出口氧量降到1％以下等现象，锅炉无法在高负荷下运行。分析其原因，虽然引风机入口挡板开度已无调节余量，但引风机电流并不高，这说明在引风机入口挡板前又有新的阻力产生。停炉检查时发现，炉膛两侧出口到旋风分离器的水平烟道内堆积了高度超过1 m的飞灰，烟道内的阻力增大了很多，这相当于关小了引风机的入口挡板。另外由于吹灰器吹灰效果差，尾部烟道的转弯处积灰严重，也增大了烟道的阻力。因此建议锅炉制造厂在设计时将出口水平烟道改为倾斜烟道或在水平烟道上增加吹灰点。
5炉膛及冷渣器的排渣问题
影响CFB锅炉稳定运行的首要问题是锅炉的排渣是否正常，炉渣的可靠排放是锅炉稳定运行的基础，而保证冷渣器的可靠、稳定运行是实现锅炉顺利排渣的前提。
在大唐保定热电厂450 t/h CFB锅炉上配备了4台选择式风水联合冷却冷渣器，锅炉的排渣量由J阀风控制，冷渣器排渣量采用旋转给料阀控制；冷渣器的选择室和第1冷却室采用180 ℃一次风热风冷却，第2、3冷却室采用一次风机出口的冷风直接冷却；在第1、2冷却室布置水冷管束作为省煤器的一部分。冷渣器结构如图1所示。
450 t/h CFB锅炉存在问题的分析
Analysis on Problems Exist in 450 t/h CFB Boilers
安国银，赵金表，彭波，周若明
（河北省电力研究院，河北 石家庄050021）
摘 要：对目前国产大型CFB锅炉存在的一些共性问题进行了阐述，分析其原因并提出了切实可行的技术方案。
关键词：CFB锅炉；漏渣；水冷壁磨损；排烟温度
Abstract：Nowadays, there exist several common problems of homemade 450 t/h CFB boilers. This paper analyzes the causes of these problems, based on which, the feasible technical solutions are proposed.
Keywords： CFB boiler; slag leakage; water wall wearout; fluegas exhaust temperature
大唐保定热电厂DG450/9.811型循环流化床（CFB）锅炉是东方锅炉(集团)股份有限公司采用美国福斯特·惠勒公司技术设计制造的国产首台 450 t/h CFB锅炉，于2002年11月正式投入商业运行。一年多来，锅炉运行相对稳定，各有关参数基本达到设计值，但仍然存在一些问题，影响锅炉的长期安全、经济运行。文章以大唐保定热电厂2台450 t/h CFB 锅炉为例，对影响大型CFB锅炉设备稳定运行的问题进行探讨。
1炉膛布风板漏渣
DG450 t/h CFB锅炉水冷布风板上采用的是内径为25.4 mm的Γ形定向风帽，布风板设计阻力为5 400 Pa，但通过冷态实际测量后换算到设计状态（一次风温度188 ℃，在标准状况下的风量为220 900 m3/h，水冷风室压力14.9 kPa）的布风板阻力大约为3 000 Pa，布风板的阻力偏小。锅炉在冷态运行和热态停用时床下油枪前炉膛布风板不漏料，而当锅炉带上一定负荷且床下油枪停用后，炉膛内的渣开始穿过布风板漏向水冷风室，漏渣的部位主要集中在靠近后墙的回料中心附近。大量的漏渣导致水冷风室堵塞并使水冷风室磨损严重，影响锅炉的正常运行。
经现场观察和初步试验分析认为，造成炉膛布风板漏渣的原因可能为：
a. 回料器布置集中，炉内局部回料量偏大；
b. 布风板阻力偏小，当炉内局部燃烧剧烈或者局部料层过厚时，炉内布风板上的局部床压就会高于风室压力，床料就会穿过风帽漏到风室中；
c. 各风帽间阻力不均也是导致漏渣的原因之一。
床下油枪投运时布风板无漏渣现象，停用后开始漏渣。这是由于床下油枪投运时热空气体积流量大、风帽出口风速高，有效地抑制了床料的泄漏，而当油枪停用后，风温降低,风帽出口流速下降，部分风帽因阻力相对较小而出现炉渣倒流现象。
CFB锅炉大型化后，在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。如果再加上锅炉布风板阻力偏小，风帽漏料现象不可避免，而且会由于锅炉负荷的增加而增加。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。
为解决因布风板阻力低而导致的漏渣现象，在水冷风室内风帽入口处加装了内径为20 mm的节流圈，目前在设计流化风量下布风板阻力提高了约1.5 kPa，布风板漏料情况有所减轻。
2床上油枪安装位置较低，无法正常投用
床上油枪由于安装位置较低，油枪投运时火检器检测不到油火焰，油枪无法正常投运。
DG450 t/h CFB锅炉设置4只床上油枪，分别布置在炉膛前、后墙上，油枪布置位置在布风板上方1 300 mm左右。锅炉运行时，在这一标高区域床料密度最高，油枪投入时，由于受到炉内床料的影响，即使油枪已经着火，高密度的床料也会使油枪火检器检测不到火焰，最终导致油枪不能投运。由于床上油枪不能投运，锅炉在低负荷或床温较低时只能投入床下油枪。由于床下油枪出力较大，频繁投入既增加了燃油量，又对点火风道内耐火材料的使用寿命造成影响。为使床上油枪能够正常投运，决定在原来的基础上将安装高度再提高500 mm，以实现床上油枪的正常运行。
3锅炉排烟温度较高吹灰器吹灰效果欠佳
从锅炉第1次带满负荷开始，其排烟温度就在140 ℃以上，随着运行时间的延长，锅炉排烟温度持续升高，投运2个月后排烟温度升到180 ℃左右。原因如下：
a. 主要原因为布置在锅炉尾部受热面的超声波吹灰器的吹灰效果欠佳，积聚在尾部受热面上的飞灰得不到彻底清除，随着锅炉运行时间的延长，尾部烟道积灰日益加重，使受热面的换热能力下降，锅炉排烟温度升高。
b. 由于锅炉给水是通过冷渣器后再进入省煤器的，冷渣器的设计温升为3 ℃，但实际上温升达到了10 ℃左右,这样可能导致省煤器吸热量减少而出口烟温上升。
c. 冷渣器用风量偏大，导致通过空气预热器的空气流量减少，使排烟温度上升。建议更换声波吹灰器为蒸汽吹灰器，冷渣器冷却用风由独立的风机提供。
4炉膛出口及预热器出口水平烟道内积灰严重
运行中发现，锅炉满负荷运行一段时间后，会出现引风机出力不足（实际情况是2台引风机入口挡板开度已达100％，无调节余量，而电机运行电流距离额定值还有十几安培）、炉膛出口的负压难以维持、送风量不能增加、省煤器出口氧量降到1％以下等现象，锅炉无法在高负荷下运行。分析其原因，虽然引风机入口挡板开度已无调节余量，但引风机电流并不高，这说明在引风机入口挡板前又有新的阻力产生。停炉检查时发现，炉膛两侧出口到旋风分离器的水平烟道内堆积了高度超过1 m的飞灰，烟道内的阻力增大了很多，这相当于关小了引风机的入口挡板。另外由于吹灰器吹灰效果差，尾部烟道的转弯处积灰严重，也增大了烟道的阻力。因此建议锅炉制造厂在设计时将出口水平烟道改为倾斜烟道或在水平烟道上增加吹灰点。
5炉膛及冷渣器的排渣问题
影响CFB锅炉稳定运行的首要问题是锅炉的排渣是否正常，炉渣的可靠排放是锅炉稳定运行的基础，而保证冷渣器的可靠、稳定运行是实现锅炉顺利排渣的前提。
在大唐保定热电厂450 t/h CFB锅炉上配备了4台选择式风水联合冷却冷渣器，锅炉的排渣量由J阀风控制，冷渣器排渣量采用旋转给料阀控制；冷渣器的选择室和第1冷却室采用180 ℃一次风热风冷却，第2、3冷却室采用一次风机出口的冷风直接冷却；在第1、2冷却室布置水冷管束作为省煤器的一部分。冷渣器结构如图1所示。
5.1存在的问题
a. 冷渣器排渣温度偏高由炉膛向冷渣器的进渣量不易控制，难以建立冷渣器进、排渣之间的平衡，经常造成冷渣器内进渣量过大，冷渣器冷却能力不足以将大量的渣在短时间内冷却到设计温度以下，从而导致排渣温度过高。
b. 冷渣器内部磨损严重因为冷渣器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；另外运行人员为减少对冷渣器的操作，当冷渣器内进渣量小或停止进渣时，进入冷渣器的冷却风量一般不做调整，由此也导致冷渣器内风速过高，对风帽和冷渣器内壁磨损加剧。
c. 冷渣器的选择室经常局部结焦而导致冷渣器停运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或不流化，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。
以上这些问题的存在，使冷渣器无法实现连续运行，锅炉运行受制于冷渣器，经常造成锅炉降负荷运行或停炉。
5.2采取的措施
a. 通过控制J阀风压的大小来控制锅炉的排渣量，建立冷渣器的进、排渣的平衡，保持选择室床压的稳定与可控。
b. 改善炉内燃烧，降低排渣含碳量，减少冷渣器内发生低温结焦的机会。
c. 始终保持冷渣器各风室内有一定床压（床压不低于2 kPa，即有一定料层），适时调整冷渣器内的冷却风量，维持冷渣器内风速不至于过高，减轻炉渣对冷渣器的磨损。
d. 可能时将4台冷渣器全部投入运行，每台冷渣器的出力尽量维持在较低水平，这样既可以保证冷却效果，又可以避免冷渣器内结焦，实现冷渣器的连续运行。
e. 根据来煤情况，及时调整碎煤机的间隙，保持入炉煤粒度的稳定。
采取上述措施后，冷渣器运行基本正常，锅炉运行的稳定性大大提高。
6一、二次风机系统设计不合理
2台一次风机和2台二次风机分别布置在锅炉的两侧，系统布置如图2所示。
2台一次风机和2台二次风机均为集中布置，在2台风机出口挡板后汇集成同一个风道。当2台风机都投入运行时，在2台风机出口汇集处至暖风器之间风道振动最大，振幅达到2 mm以上。这是由于暖风器距风机出口太近，高压风在暖风器前遇到强大阻力，在暖风器前形成涡流，产生振动。
由于2台风机并列运行且出口风汇合过早，当风机挡板调整不当时，由于2台风机之间的系统阻力不匹配而导致2台风机出力不一致，更加剧了风机之间的阻力不匹配问题，从而造成2台风机之间出现抢风问题，1台满出力，另1台零出力，而总风量降低。
针对以上问题，建议取消暖风器，改为热风再循环的加热方式，在调整风机出力时，应保证2台风机的电流偏差不要太大，尽量使2台风机的出力均衡。
7水冷壁磨损问题
受热面的磨损问题是制约CFB锅炉安全运行最重要的问题。CFB锅炉投运后多次发生因水冷壁磨损泄漏而停炉的事故。磨损泄漏主要发生在炉膛密相区与稀相区的交界处、管子对接焊缝处以及锅炉安装时遗留在管子上的吊耳附近等。这些部位都有一个共同特点，即凸出了整个水冷壁平面。携带固体颗粒的气流在这里产生涡旋流，而且发生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷磨损。因此应采取以下措施以减轻上述各部位的磨损。
a. 改变密相区与稀相区交接区域的几何形状，减小密相区末端耐火层的锥角，使过渡区变得更平坦些；或者是改变过渡区水冷壁管的几何形状，使卫燃带区域与上部水冷壁管保持平直。
b. 合理施焊，将裸露在外的水冷壁管的对接焊缝高度尽量降低，避免气流在此处形成漩涡。
c. 加强施工管理，将管子上遗留的各种安装阶段用的吊耳、焊瘤去掉，并打磨平整。
8结语
a. 尽管CFB锅炉目前还存在一些问题和不足，但是经过最近一个时期部分应用单位所做的大量工作，与应用初期相比缺陷和问题已明显减少，运行的稳定性正在逐步提高。
b. 随着CFB锅炉容量的日益增大，其安全运行越来越受到人们的重视。对CFB锅炉存在的问题进行分析研究，并提出有针对性的解决方案，将大大提高CFB锅炉的可靠性；同时也将进一步发挥CFB锅炉的优越性。
c. 在保证锅炉长期、稳定运行的基础上，要解决好其他影响锅炉经济运行的问题，保证大型CFB锅炉机组的安全、稳定、经济运行。
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