300M W循环流化床锅炉回料管结焦分析

宋海英

（秦皇岛发电有限责任公司，河北 秦皇岛 066003）

300M W循环流化床锅炉回料管结焦分析

宋海英

（秦皇岛发电有限责任公司，河北 秦皇岛 066003）

循环流化床锅炉的物料循环系统对锅炉的安全稳定和经济运行起着决定性的作用，结焦问题是影响其安全运行的重要因素。从煤质特性、系统布置入手，针对循环流化床锅炉回料管结焦问题进行分析，提出解决回料管结焦的方法和措施。

循环流化床；回料管；灰循环；结焦

1 系统概述

秦皇岛热电厂5号炉为东方锅炉厂所生产的300MW循环流化床锅炉。循环流化床燃烧技术已被运行实践证明是可靠的洁净煤燃烧技术，具有燃料选用灵活、污染物排放低等优点。劣质燃料可广泛地应用于循环流化床锅炉。低温分级燃烧使未经处理的烟气中的NOX已经可以满足严格的环保要求；炉内添加石灰，在石灰燃烧过程中脱硫，从而低成本且有效地降低SOX的排放，具有良好的社会效益、环保效益和经济效益。

5号炉于2006年11月投产，设计上采用回料器给煤。这种形式利于粒子的混合和预热，也利于着火和燃烬。锅炉引入一路热二次风作为给煤点吹扫风，防止给煤堵塞。5号炉灰循环及给煤系统布置如图1所示。

2 几起事故经过

2006-11-30，5号炉发生一起“翻床”塌死导致停炉、停机事故。停炉后检查回料管有结焦现象，且炉内有大量从回料管脱落的焦块。这些焦块导致炉内流化状态恶化，是造成“翻床”的一个重要原因。

2007-02-07，5号炉1号给煤点密封风膨胀节漏，停运1号给煤线处理后正常。8日，5号炉的3号、4号给煤点密封风膨胀节漏，停运3号、4给煤线处理后正常。

2007-02-11，5号炉发生一起给煤吹扫二次风管着火事故。停炉检查发现，1～4号回料管自给煤点处向下严重结焦，几乎堵死。当时正在升负荷，随着负荷增加循环灰量剧增，加重了回料不畅现象。11:10，负荷升至300MW时，各下煤口压力达到14kPa，超出了二次风压11kPa，此时3号刮板给煤机观察孔向外大量冒灰。运行人员发现后立即将3号给煤线停运，关闭出口门，观察孔停止冒灰。但由于回料不畅，使给煤点处的压力继续升高，直至高于作为给煤点吹扫风用的二次风压，且刮板给煤机下煤口处设计简单、密封性差，导致高温循环灰返至混合器处。12:20，巡检通知3号给煤线处混合器烧红。12:25，单元长和副值就地确认，发现3号、4号热二次风交接处冒烟，同时看到明火，并迅速向热二次风母管方向蔓延。立即减少煤量，提高二次风压，进行“压火”操作，被迫停炉、停机。最后检查发现，高温热灰从3号给煤点吹扫二次风管返窜，直至吹扫二次风母管，将二次风管烧损约10m。

以上事例说明，回料管结焦成为影响循环流化床锅炉安全运行的一个重要因素。

3 原因分析

结焦的直接原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度。当床层或回料管总体温度低于灰渣变形温度时，由局部超温引起的结焦称为低温结焦。避免低温结焦最好的办法是，保证床料良好的流化状态和正常移动状态，使温度均匀，防止局部超温。高温结焦是指床层或回料管整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量过高，一旦流动受阻、回料不畅，灰温将急剧上升，超过灰熔点，便会产生高温结焦。床料流化或流动不良造成堆积、给煤不均、燃烧不充分等会造成结焦。还有一种是渐进性结焦，这是运行中较难察觉的一种结焦形式，是缓慢生成的，此时床温和观察到的流化质量都比较正常。产生渐进性结焦的主要原因是流化不良或流动受阻、给煤颗粒度超出设计值、给煤粒度太大等。

电厂5号炉最终形成的结焦就属于高温结焦，其中一个重要原因是煤质不合格。冷渣器排渣困难对燃烧煤种的选用构成瓶颈。5号炉实际燃用煤种发热量远超出设计煤种，两者偏差较大，如表1所示。而电厂在设计中没有专门的配煤设备，只能通过斗轮取料机从2种煤中配煤。这样配煤很不均匀，个别时候甚至用收到基低位发热量为14654kJ/kg(3500kcal/kg)与23446kJ/kg(5600kcal/kg)的2种煤混合后燃用，造成运行中煤质变化很大。循环流化锅炉本身对煤质的适应性较强，但当实际燃用煤种与设计煤种偏差很大时，运行中也会产生问题。

表1 电厂5号炉设计煤种与实际燃用煤种比较

从燃烧角度看，煤粒从给煤点进入回料管开始经历了一系列过程：加热和烘干(准备过程)，挥发分析出和燃烧，膨胀和一次破裂，焦炭燃烧、二次破裂和磨耗。进入回料管的新煤被很快加热，煤中挥发分首先析出。第1次稳定析出过程发生在500℃～600℃，第2次稳定析出过程发生在800℃～1000℃。挥发分的燃烧与析出几乎是同步的。焦炭的燃烧通常始于挥发分析出之后，此后燃烧与析出是重叠的。通常焦炭的燃烧方式取决于燃烧反应速率和氧气扩散速率，两者的综合作用决定了整个燃烧反应过程。煤的碎裂燃烧过程与给煤的位置和方式有关。回料管给煤是有道理的，可以使煤颗粒进入炉膛后尽快被加热燃烧。但是当煤中含碳量过高时，一旦回料不畅通，焦碳在回料管中就会开始燃烧。此时，灰熔点较低，实际焦碳颗粒的温度比床温测点测得的温度要高150℃～200℃，很容易超出灰的软化温度，就会有部分焦块附着在回料管壁上形成高温结焦。高温结焦一旦出现就会迅速增长。由于烧结是个自动加剧的过程，因此焦块增长的速度往往越来越快。

公司5，6号炉采用前后墙给煤，回料阀布置在两侧墙，所以回料管从回料阀到炉膛必然形成一个拐点。这个拐点恰位于给煤点之后，携带给煤的循环灰在此处会转变流向，部分煤粒在此处因流动受阻而减速，这增加了煤粒流动停滞和粘附的机会。因为停滞会使部分焦碳在此处燃烧，形成一个局部高温点，这个拐点最易形成初始结焦点。

因为对流化床燃烧特性的掌握还处于积累经验的阶段，AGC逻辑还不成熟。5号炉在投入AGC时，一旦手动调负荷幅度比较大时，锅炉自动加减煤幅度就会太大、速度就会太快。在升负荷时，锅炉瞬间就将煤量加上数十吨/小时。比如AGC指令由250MW变化到300MW时，煤量瞬时加20t/h。因为煤量变化大，主汽压力大幅度摆动(变负荷率为3MW/min)。主汽压力摆动幅度大时，一次涨负荷，其摆动幅度能达到3MPa,汽压摆动又会进一步加剧煤量变化。为防超压，5号炉运行中一直将主汽压力维持在16MPa左右，低于设计值16.7 MPa。但是当煤量波动大时，会因为汽压太低而造成调门摆动，威胁汽机安全运行。同样，煤量大幅度摆动，瞬间将大量煤加入回料管，很可能影响回料的正常循环，造成局部灰流动受阻。这是形成结焦的又一原因。

一旦给煤点附近有漏点，该点的风压必然下降，当密封风压小于回料管内风压时，高温循环灰就会反窜，使给煤着火更加提前，甚至使给煤点处的二次风管发热发红，直至过热。特别是燃用高挥发分、高发热量煤种时，更是如此。

4 措施

(1) 在排渣问题解决后,重新核算最佳煤质。通过实验确定可以保证安全经济运行的煤种范围。做好入炉煤的搭配，以改变燃煤的焦结特性，对预防循环流化床锅炉结焦具有明显的实用意义。

(2) 加装配煤设备，加强配煤工作，保证煤质的稳定性，保证煤粒度尽可能满足设计要求。燃料入炉最大粒径(dmax):5mm～10mm(典型值:7mm）；d50:530μ m～1600μm(典型值：1000μm)。

(3) 在回料管拐点处加装给煤点吹扫风。利用热一次风作为风源，以避免在拐点处形成结焦点，同时，在给煤中添加除焦剂。5号炉在采取这2项措施后，效果很好，分离器立管压力变正压的幅度与频率与之前相比，明显减少。

(4) 维持低一次风量运行。300MW负荷稳定运行时，一次风量不得超过2×170000km3/h；150MW负荷稳定运行时，一次风量不得超过2×130000km3/h，保证炉膛出口负压运行，以确保回料畅通。

(5) 加强监视旋风分离器立管压力。正常时应保持负压运行，如发现立管压力长时间高于1kPa，同时回料器压力偏高且波动幅度大，说明回料不畅。当冷渣器从空仓有大量焦块排出时，结合上述现象初步可判断回料管有结焦现象。

(6) 发生回料不畅时，应调整回料器流化风量，保持立管侧风量稍高于回料侧，同时降低一、二次风量，开大回料器锥型阀。开大锥型阀时，要注意外置床温度、蒸汽温度及床压变化，防止超温及发生“翻床”。注意监视炉膛上部差压，如上部差压超过0.9kPa，要求调整来煤粒度，或通过外置床放细灰，降低循环量，但此时应防止冷渣器爆管。如经调整回料仍不畅，就降低机组负荷，同时加强监视埋刮板给煤机压力、温度及给煤点密封风管道温度。

(7) 埋刮板给煤机压力不正常上升且温度不正常上升时，可判断为回料不畅导致高温烟气反窜进入给煤机，应提高二次风压运行；若无效，则立即减煤、降负荷直至停炉处理。

(8) 改善AGC调节特性，均匀稳定给煤。对运行控制人员来说，在汽压过高、过低时，应果断停止升、降负荷，一方面防止汽机超压与调门摆动，一方面也防止因汽压偏差大(未达到闭锁值)而进一步加剧煤量的变化。

(9) 保证给煤密封风及给煤点混合器的严密性，有漏点及时消除，并特别加强监视。

5 结束语

造成循环流化床锅炉结焦有设计、制造和运行等多方面的原因。设计、制造单位应进行质量回访，总结经验，力求不断完善设计，解决结构隐患，优化整体设计。运行人员则应努力提高有关大型循环流化床锅炉技术的理论水平，同时多借鉴同类机组的运行经验，分析产生结焦的原因，执行各项防止结焦的技术措施，在实践中不断积累操作经验。运行中，保证煤质、煤量稳定、回料畅通是防止回料管结焦的关键；同时，应认真调整好煤量、风量，严格控制旋风分离器立管压力、回料器压力、埋刮板给煤机压力等运行参数。

2009-11-04)