循环流化床锅炉存在的问题及改进方法

李瑞团

（神华神东电力有限责任公司大柳塔热电厂，陕西 榆林 719315）

1 循环流化床锅炉概述

循环流化床燃烧技术是洁净煤技术的一个重要领域，它通过燃料和脱硫剂的多次循环，反复进行低温燃烧和脱硫反应，具有对燃料适应性强、燃烧效率高、污染控制好和负荷易于调节等优点。

流化床燃烧技术以其独特的燃烧方式成为了现在洁净煤燃烧技术的主要方式。流化床燃烧技术的发展迄今已经历两代。第一代是常规燃烧流化床，也就是常说的燃煤鼓泡床，第二代为燃煤循环流化床。我国从六十年代起，为了解决能源短缺的问题开始在南方一些有化石燃料资源的地区发展流化床锅炉。在八十年代中期开始投入力量积极从事循环流化床燃烧技术的研究开发，清华大学、中科院物理所等科学研究所与国内锅炉生产厂家合作，在燃烧、传热、流态化、气固分离、脱硫灰渣处理方面完成了大量卓有成效的理论和实验研究工作。自第一台燃烧油页岩的流化床锅炉在广东茂明成功投运以来，流化床锅炉便开始在我国得到广泛的应用，并不断向大型化发展。此外，国内一些部门引进了和正在引进国外的技术和产品。总之，流化床锅炉的发展趋势是：大型化方向发展，即向大容量、高参数方向发展。

2 循环流化床锅炉存在的问题分析

循环流化床锅炉存在的问题主要分为三个方面：循环流化床锅炉辅机问题、循环流化床锅炉问题、循环流化床锅炉运行中的问题。

典型循环流化床锅炉燃烧系统示意图

2.1 循环流化床锅炉辅机问题分析

随着循环流化床锅炉的大量投用，给煤系统故障成为影响机组正常运行的主要威胁之一，目前大型循环流化床锅炉给煤系统常见故障主要有：

输煤系统堵塞。当入场煤湿度过大时，造成输煤系统堵塞，主要发生在碎煤机入口管段、碎煤机体内即匀料装置等处。如果堵塞时间过长会发生自燃，烧坏设备。

原煤仓堵塞。原煤仓内边壁上严重积煤，最后原煤仓的煤只有中间形成圆柱形煤流，靠近给煤机入口处近3m高煤搭桥。由于位置偏高，没办法进行疏通有时煤仓四周边壁加装了疏松机，疏松机在开始时能够起到一定疏松作用，但疏松机使用的高压油系统故障率较高，如果疏松机故障则会严重阻碍原煤的顺利流动。

给煤机落煤管堵塞，皮带烧坏。由于煤湿度过大或播煤风太小，不能压住炉膛内的正压，高温烟气反窜，烧坏皮带和落煤管。

2.2 循环流化床锅炉本身问题

循环流化床锅炉本身问题主要包括：锅炉受热面磨损、旋风分离器分离效果下降、锅炉回料器结焦及堵塞以及锅炉过热器爆管等。

循环流化床锅炉受热面磨损是对循环流化床锅炉正常运行的三大威胁（磨损、给煤、排渣）之一，由于磨损造成的停炉事故接近停炉事故总数的一半，在很长时间内成为影响循环流化床锅炉推广应用的主要障碍。循环流化床锅炉受热面磨损主要包括炉膛内水冷壁管磨损、屏式过热器、再热器及旋风分离器的磨损和对流烟道内受热面磨损。

2.3 循环流化床锅炉运行中存在的问题

循环流化床锅炉运行中的问题主要包括：锅炉床面结焦、锅炉飞灰含碳量大、锅炉排烟温度过高、氧量高低对锅炉燃烧的影响等。

3 循环流化床锅炉改进的一些方法

3.1 循环流化床锅炉防磨的主要措施

循环流化床锅炉的固有特性决定了其对设备的磨损是不可避免的，但为了保证锅炉长期安全稳定运行，就必须采取可靠的防磨技术和措施，以延长设备的使用寿命和检修周期。国内外的研究人员对流化床各部位的防磨进行了许多切实可行的研究，采取了诸如选用合适的防磨材料、磨损部件结构合理设计，金属表面特殊处理技术、合理施工等。防磨技术措施如下：

选择合适的防磨材料。在循环流化床锅炉中，碳钢和合金钢最重要的用途是制作锅炉的承压管，这些管子通常以各种复杂的结构布置，包括：膜式水冷壁、过热器、再热器、省煤器对流管束，用于支撑管束的吊挂管，较特殊的管子，包括流化床换热器管束、燃烧室上部的悬挂屏、燃烧室的管屏（屏式受热面）、水冷风室、水冷或汽冷的旋风分离器等。从大多数循环流化床锅炉的特点来看，还应该注重开发用于循环流化床锅炉的专用材料。

选择合适的耐火材料。综合考虑上述因素后，对常规循环流化床锅炉选用耐火材料作内衬时应满足如下要求：内循环涡流型湍流床内衬，要求高耐磨、高耐温和抗冲刷；中高温外循环分离器入口段内衬，要求高耐磨、高耐温性；中高温外循环分离器筒体，要求耐热、保温、热惰性小；点火燃烧室烟道，要求抗热冲击；悬浮室要求抗热冲击、耐磨、热惰性小。

例如，国内某循环流化床为引进的芬兰奥斯龙公司410t/h Pyroflow型循环流化床锅炉，检修检查中曾经发现返料腿四个膨胀节几乎被全部磨损完，大修时根据运行经验和膨胀核算，将原来耐火材料间隙由10～15mm扩展到25～35mm，并用进口耐热不锈钢制作了专用的模具，并在耐火材料中加了耐磨钢针，效果较好。

3.2 对循环流化床锅炉本身采用合理的结构设计

针对燃料特性、锅炉运行状况及各部位磨损机理等不同，对锅炉的不同部位进行优化设计。

在循环流化床锅炉中主要采用三种不同形式的衬里设计：水冷壁衬里，薄的或厚的非水冷壁衬里。

对材料工作表面进行特殊处理。热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的技术，它是以气体、液体燃料以及电弧、等离子弧作热源，将金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔融状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，赋予工件以耐磨、耐蚀、抗高温、耐氧化、隔热、绝缘等特性，以达到提高工件性能，延长设备使用寿命的一种技术。按热源的种类可分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂。

3.3 循环流化床锅炉运行防护

循环流化床锅炉燃料颗粒组分是影响其稳定运行的关键因素之一，对床层分布、燃烧效率、炉内温度、返料量、烟气粒子浓度等都有交互影响，进而对整个锅炉系统的各受热面及内衬材料的磨损产生影响。现对颗粒组分变化分析如下：

如果运行颗粒组分中粗颗粒较多，燃煤粒径分布达不到循环流化床锅炉的要求，粒子循环量小，粗颗粒将沉浮于燃烧室下部燃烧，造成密相床燃烧份额过大，还会使炉床超温结焦。运行中为防止粗颗粒煤沉底而引发事故，通常采用大风量运行，不仅在额定负荷下风门全开，而且在低负荷时也难以关小风门。这种大风量运行方式，不仅引起烟气量、烟温的变化，还会因大风量而造成扬析量增大、飞灰浓度增加等变化。同时，由于通过对流受热面的烟气流速上升，烟气中粒子尺寸增大，还会加速受热面的磨损。如果运行颗粒组分中细颗粒较多，则床层不易建立，密相床的温度难以维持，即使能维持密相床的燃烧温度，较细的颗粒也被扬析，加大尾部受热面的磨损，同时也难以保证锅炉烟气出口的粉尘排放要求。

因此，在运行中应首先控制好床料及煤粒的筛分比，调整好风量，降低烟气的流速，降低烟气粒子浓度和粒子直径，以减少磨损。

[1]赵石铁,杨海瑞等.循环流化床锅炉燃煤的成灰和磨耗特性研究[J].洁净煤燃烧与发电技术，2004.

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[3]杜国良，史明武，冷杰.440t/h循环流化床锅炉磨损原因分析及措施 [J].东北电力技术，2007，（3），30～34.