循环流化床锅炉设计和运行中若干问题的探讨

贾振凯

摘 要：随着新型洁净煤的燃烧设备中，循环流化床锅炉是应用得最为广泛的一种设备。它所采用的是先进的流化循环的燃烧工艺，具有着极高的燃烧效率，同时还兼具着燃烧的强度极高、燃烧的适应性好以及能给高效的脱硫的优势，所以，它的推广和发展是当前适应社会发展的必然趋势。

關键词：循环流化床；锅炉设计；运行；常见问题；解决措施

近二十年来，世界各国的很多科研机构和制造厂商都致力于循环流化床锅炉的开发研究，共同的努力使此项技术日臻成熟和完善。与此同时，有关循环流化床锅炉的设计思想和方法的研究也迅速发展。

1 循环流化床锅炉设计方法的重要性

1.目前，循环流化床锅炉已经在国内外进入商业规模的运行。但是，在已运行的循环流化床锅炉中暴露出不少问题，尤其是国内的循环流化床锅炉。造成这种现象固然有安装和运行方面的原因，但在设计方面也存在不少问题。由于对循环流化床锅炉的机理理解不够深入正确，导致设计原则和思想错误，并缺乏相应的设计计算方法，使锅炉的整体性能存在着很大的缺陷。近年来的设计对分离器问题有重视，但未形成定量的概念。（1）设计人员凭经验变动燃烧室的高度，使国内中小型循环流化床锅炉燃烧室高度有逐年增加的趋势；（2）不同的燃料采用同样设计的循环流化床锅炉，达不到最佳使用效果；（3）相当一批循环流化床锅炉运行状态不正常，过量空气系数过大，尾部磨损严重；（4）迄今为止，相当一批设计人员并未完全理解循环流化床内气固两相流的状态是如何选取的，也不知道实现这一状态的必要条件是什么。对循环床部件的设计也没有一个明确的准则，采用试探或抄袭的办法，因此造成了运行存在的问题。

2.国内的研究情况。国内的循环流化床锅炉设计一直没有完整的设计理论和设计规范。20世纪80年代初，中国根据鼓泡床的经验开始向循环流化床发展。当时没有认识到鼓泡床和循环床在气固两相流状态上的差异，简单地认为鼓泡床加上分离器就构成了循环床。这种概念甚至一直影响到了今天，错误地沿用了鼓泡流化床的许多概念。国内早期有关循环床的理论和实验研究进行的较为零散，大多局限于部件性能的研究，而没有从整体性能上分析。许多科研单位的研究，未能与锅炉厂家的二次开发结合，形成标准的计算方法和相关的设计规范。多年来清华大学与锅炉厂家合作，结合产品开发开展了一系列理论和实验研究，并对商业循环流化床锅炉进行了有目的的热态测试。同时，科学辩证地研究和分析了国外循环床的研究和商业宣传报道，希望加速形成中国自己的循环流化床锅炉设计理论、设计导则及相关设计计算软件。同时特别应当指出循环流化床燃烧技术是一个处于发展中的技术，有关设计思想尤其是设计软件及设计导则还在不断完善和发展中。这些设计思想的参数选择和计算方法无不受到经验积累的限制。包括国外已有的设计理论和设计方法仍有改进的余地。某些国外的资料有商业宣传性，应当正确地加以识别。（1）国际上对炉内物料平衡的认识始终有欠缺，对循环量的报导有误；（2）不同公司对传热系数的计算结果差别较大；（3）对燃烧问题、宏观热量释放规律研究不够；（4）对分离器的性能没有确切可信的数据。如国外的文章对d50的介绍差别较大。有的公司计算程序中d 50直接按10 m计算，商业宣传中为15～20m，而事实上超过30 m，工业装置上的实际d 50在30～70 m。上述事实充分说明，结合中国大量的工程实践，开发中国自己的循环流化床锅炉设计方法、设计导则是非常必要的。循环流化床锅炉设计的核心问题是对循环流化床内气固两相流动的正确认识，在此基础上建立相应的设计准则。

2 运行中的常见问题及原因分析及解决问题的有效措施

1.运行中的常见问题及原因分析。（1）磨损。液体或固体颗粒以一定的速度和角度对受热面和耐火材料表面进行冲击，进而造成磨伤和损害成为磨损。循环流化床锅炉的磨损主要分受热面磨损和耐火材料及布风装置的磨损。在受热面磨损中，不管是水管、汽管、烟管还是风管的磨损，轻者导致热应力变化、使其受热不均，重者造成爆管或使受热面泄漏，严重时导致锅炉停炉，耐火材料磨损会使耐火层脱落、锅炉漏风或加重磨损受热面；布风装置磨损将导致布风不均，严重时会使锅炉结焦，这些都不同程度地影响锅炉正常及安全经济运行。（2）结焦。结焦在循环流化床锅炉运行中较为少见，一般在点火或压火过程中产生。结焦的主要原因有：运行操作不当造成床温超温而产生结焦；燃烧制备系统的选择不当造成密相床超温而结焦；运行中一次风量保持太小，改变整个炉膛的温度场，是锅炉出力降低，盲目加大给煤量，会造成炉床超温而结焦；燃煤中挥发分含量低可能导致局部度过高而发生结焦。（3）炉墙损坏。锅炉炉墙的损坏包括炉墙砖及耐火砖的局部跌落、开裂、结焦、鼓包和倒塌等。炉墙损坏时往往会发现炉墙与钢架、过墙管、炉墙转角处等有石棉填料大量跌落。损坏的主要原因有以下几个方面：砖的质量部良，规格不一，耐火度低，强度不足，砖缝大小不一等；设计不合理，安装、检修质量不高。安装或移装后，烘炉时间不足或升温过急，炉墙不够干燥，即升压供汽；冷炉点火时，点火时间太短；锅炉启停次数频繁。经常使炉膛处于正压下运行，炉膛温度过高或飞灰熔点低，炉膛挂焦严重。

2.解决问题的有效措施。（1）解决壁管磨损问题。为了更好的解决水冷壁弯管的磨损问题，一方面在水冷壁下部密相区采用先让管然后敷设高强度耐磨材料的方法，在其他部位开孔位置同样采用先让管后在炉膛内侧增加浇筑料的方式来防磨。对于尾部受热面内的管排则分别通过增加防磨护瓦及防磨套管的形式来增加受热面的使用寿命。另一方面，严格控制受热面部位的烟气流速，防止流速过高形成的严重磨损。（2）解决炉膛结焦问题措施。为了解决这一问题，必须保证易发区域流化正常、颗粒混合物均匀或是移动温度下的温度均匀，也可以向床内加入石灰石材料；高温结焦是在床层表面温度较高、流化正常情况下出现的结焦现象。一旦床内碳含量过高，其就可能出现结焦现象；渐进性结焦是难以发现的结焦形式，其一般数控制不当或是堵塞上。

加快推进我国循环流化床的广泛应用，对燃烧设备的发展具有着重大意义，在这一过程中不断促进技术的升级和完善，以实行煤的最大化利用。

参考文献

[1]李秀荣.国外循环流化床锅炉的发展和我国现状[J].电站系统工程，2016，11（2）：25-28.

[2]徐秀清，徐向华.循环流化床锅炉原理及其设计和运行中的若干问题[J].动力工程，216，2：40-45.