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135MW级循环流化床锅炉存在的主要问题及预防措施

发布于：2015-08-11 18:05:11 来自：电气工程/工业自动化 [复制转发]

　　一、前言

　　自从哈尔滨锅炉厂制造的第一台135MW循环流化床锅炉，于2002年在河南洛阳投运以来，短短的几年功夫，我国440t/h~480t/h带135MW电功率的循环流化床锅炉达150多台。在建和拟建的300MW循环流化床锅炉达39台。我国现在已成为世界上大型循环流化床锅炉总台数最多，总装机功率最大的国家。

　　大型循环流化床锅炉能冲破煤粉锅炉的一统天下，而迅速得到发展的动力来自于：

　　l 循环流化床锅炉能燃烧优质煤，劣质煤及其它各种生物质燃料和种式各样的有一定热值的废弃物，对燃料的适应性特别好，煤粉燃烧方式无法相比。我国燃料市场供应煤的品种，质量多变。循环流化床锅炉适应煤种的多变性能促进了它的迅速发展，冲破了煤粉锅炉一统天下的局面。

　　l 循环流化床锅炉的环境性能特别好。循环流化床锅炉通过加石灰石和空气分级，低温燃烧能实现燃烧过程中脱硫和脱NOX。不采用尾部烟气脱除措施，SO2和NOX排放能达到环保要求。与煤粉锅炉采用尾部烟气脱硫，脱NOX相比，投资少，发电成本低。循环流化床锅炉对环境友好大大促进了它的发展。

　　l 循环流化床锅炉负荷调节性能特别好。负荷调节范围为25%~120%，负荷变化速率达每分钟5%~10%。非常适合作为调峰机组，且低负荷下不须油助燃，大大降低了低负荷发电成本。

　　l 循环流化床锅炉的灰和渣活性好，均能综合利用。

　　基于上述动力，我国大型循环流化床锅炉近几年来得到了快速发展，并从设计，制造、安装、到调试、运行、检修、积累了许多经验。本文在总结135MW等级循环流化床锅炉所取得成绩的基础上，着重指出了当前存在的主要问题及预防措施。

　　二、135MW级循环流化床锅炉设计特征和主要成绩

　　1．440t/h循环流化床锅炉设计特征

　　在总结我国发展循环流化床锅炉经验的基础上，吸收国外先进的循环流化床锅炉技术，上海、哈尔滨，东方三大锅炉厂开发了他们各自形式的440t/h循环流化床锅炉。这些锅炉的设计特征见表1。

　　表1 440t/h CFB锅炉设计特征

厂家特征	上锅	哈锅	东锅
煤特性	22.95MJ/kg V=39%	26.39MJ/kg V=18.68%	12~24MJ/kg V≥6%
锅炉参数	蒸汽参数：
440t/h	440t/h	440t/h
13.74MPa	13.7MPa	13.7MPa
540℃	540℃	540℃
再热蒸汽：
361t/h	362t/h	347t/h
3.6/2.671MPa	2.65/2.49MPa	3.6/2.45MPa
323/540℃	328.2/540℃	3318/540℃
给水温度：
248℃	250.6℃	247℃
污染物排放
NOX	≤250mg/Nm3	≤250mg/Nm3	≤240mg/Nm3
SO2	ca/s=2.2 ≤216mg/Nm3	ca/s=2.2 ≤300mg/Nm3	ca/s=2.2 ≤400mg/Nm3
CO		≤200mg/Nm3	≤66ppm
渣、灰含碳量
Cb	≤0.5%	≤2%	1.25%
Cf	≤5%	≤8%	11.3%
设计热效率	91.5%	91.3%	90.7%
燃烧室中受热面	全膜式壁（布风板水冷），前墙两侧各2片水冷屏，中间16片管屏作为第一级和第二级过热器	全膜式壁，双面水冷膜式壁隔墙，第二级屏式过热器（8片）和末级再热器（6片）	全膜式壁，双面水冷膜式壁隔墙，6片过热屏，4片高温再热屏
燃烧室深×宽×深	7.683×13.37×34.3 (m)	6.68×13.16× (m)	6.705×15.24×42.97 (m)
流化速度 m/s
4.5	5.8	4.1
4.85	5.8	5.3
一次风/二次风	55/45	55/45	55/45
尾部烟道及热面布置	隔墙包复过热器。前烟道布置再热器，后烟道布置高温过热器和高温省煤器。以下全烟道布置低温省煤器和空气预热器	包墙过热器。从上到下依次布置第三级、第一级过热器，冷端再热器，省煤器和空预器。	汽冷包隔墙。前烟道布置两组低温再热器，后烟道内布置高温过热器和低温过热器。双烟道下布置助片管省煤器和空气预热器
设计床温	869℃	880℃	880℃
分离器	7.92m	7.5m (中心管偏心布置)	7m
风帽形式	T形	钟罩式	7形
点火方式	床上4根油枪点火，每根油枪容量3000kg/h	床下两个热烟气发生器，12%BMCR，床上4只油枪点火，23%BMCR	床下2个热烟气发生器点火，15%BMCR
冷渣器	风水冷流化床冷渣器两台，由两个冷却室组成，燃烧室到冷渣器管路上有一个水冷的机械控制阀，溢流排渣，翻样式	二台风水冷流化床冷渣器，三个室组成，第一个室为选择性冷渣室	二台风水冷流化床选择性冷渣器，下通式
给煤	炉前气力给煤	返料管上给煤	炉前给煤

　　2．135MW级循环流化床锅炉主要成绩

　　l 分离器是循环流化床锅炉心脏。分离器的形式决定了锅炉的整体布置形式，锅炉的各项性能指标。从表1看出：三大锅炉厂的循环流化床锅炉均采用了上排气绝热式或汽冷式旋风分离器。这种分离器分离效率高，运行可靠，保证锅炉达到了设计蒸发量和设计参数。保证了锅炉各性能参数达到了设计指标。保证了烟气中SO2和NOX排放达到了环保要求。

　　l 锅炉循环燃烧系统由燃烧室，旋风分离器和返料器组成，能在不同负荷下稳定运行，返料器具有良好的负荷自适应能力。

　　l 锅炉岛的主要辅机和耐火防磨材料国内配套，基本上能满足锅炉运行要求。

　　l 随着135MW级循环流化床锅炉的发展，培养了一大批设计，制造、安装、调试、运行、检修和管理人员，为我国更大型循环流化床锅炉的发展打下了人力技术基础。

　　三、135MW级循环流化床锅炉当前存在的主要问题及预防措施

　　1．当前存在的主要问题

　　l 金属受热面的磨损。

　　l 风帽的磨损和漏灰。

　　l 耐火防磨层破裂、脱落。

　　l 冷渣器堵塞和结渣。

　　这些问题比较严重的威胁锅炉安全、连续、经济运行。

　　本文将总结介绍金属受热面磨损及预防和风帽磨损，漏灰及预防两个问题。其它两个问题将另文介绍。

　　2．金属受热面的磨损及预防措施

　　金属受热面的磨损包括燃烧室内膜式水冷壁受热面、附加受热面、及尾部烟道受热面的磨损。135MW级循环流化床锅炉燃烧室内膜式水冷壁的磨损最为严重，附加受热面的磨损也有发生。膜式水冷壁磨损最严重处是燃烧室下部耐火防磨绝热层与水冷壁交界处以上的一段管子，其次是燃烧室四角的膜式壁和燃烧室出口周围，及炉顶膜式壁。屏式受热面变形引起的磨损也有发生，且很不好处理。

　　受热面的磨损机理是粒子流动受阻和受阻之后产生的粒子涡流引起的冲击，切削和疲劳综合磨损。要减小磨损，从受热面结构上要减少或消除粒子流动受阻的情况。如燃烧室口、孔让管向外让，而不向燃烧室内让，管子焊缝打磨平等就是从结构上消除粒子流动受阻及受阻后产生旋涡带来的磨损。

　　另外，从运行工况来看，影响受热面磨损的主要因素是粒子运动速度、粒子尺寸大小和浓度。其中以粒子运动速度影响最为严重。

　　要消除磨损是不可能的。我们只能根据其磨损机理和影响磨损的因素，采取适当措施来减轻磨损，实现磨损可控，以减少水冷壁爆管带来的事故停炉对生产带来的损失。

　　为了实现对耐火防磨绝热层与受热面交界处磨损的可控，建议采取如下综合措施：

　　l 从设计和运行角度考虑，为了减轻磨损将燃烧室流化速度控制在4.0m/s~5.0m/s。对优质燃料取高值，对劣质燃料取低值。

　　l 将燃烧室下部耐火防磨绝层敷设高一些、薄一些，固定销钉焊密一些。绝热防磨层敷设过厚对减轻磨损没有好处，只有害处。一般以50mm~60mm为宜。

　　l 运行中注意床温和料层厚度的控制，在满足负荷的情况下，避免高料层运行。不要经常高负荷运行。

　　l 让管技术与耐火横梁相结合，减轻涡流磨损与切削磨损。

　　l 定期停炉对管壁磨损进行检查和修补，做到对磨损情况心中有数，计划安排停炉检修，防止非计划停炉对生产带来的损失。做到三分技术，七分管理，向管理要效益。

　　3．风帽的磨损与漏灰

　　①影响风帽磨损的因素：

　　l 风帽小孔大小及小孔气流速度。

　　l 风帽之间距离。

　　l 风帽外形。

　　l 风帽材质。

　　l 风帽的布置方式。

　　②常用风帽及优缺点：

　　我国常用的风帽有：7字形风帽，T形风帽，钟罩式风帽，圆柱形风帽，半球形防磨整体式风帽。

　　风帽之间距离应大于风帽孔出来气流的衰减距离。气流动量大，其衰减距离大，风帽之间距离应大，以避免床料对帽头的磨损。

　　7字形风帽结构简单，对底层粗颗粒床料流动有利。但是，出口气流动量大，风帽之间距离应大，而且风帽布置时，应避免后一排风帽气流带动床料冲刷下一排风帽后脑袋。另外，7字形风帽阻力较小，易漏灰。T形风帽有7字形风帽的优缺点。钟罩形、半球形风帽结构较复杂，阻力较大，不易漏灰，抗损磨性能较好。缺点是造价高一些。圆柱形小风帽结构简单，小孔直径小，数量多，流化均匀，抗磨损和漏灰性能较好。

　　风帽的损磨性能除与风帽形式有关之外，主要靠选择耐温、耐磨材料解决。

　　③风帽的漏灰

　　风帽漏灰的原因：燃烧脉动和布风装置阻力偏小。

　　流化床燃烧脉动。循环流化床燃烧室由下部的粗粒子床（鼓泡床）与燃烧室上部的细粒子床（循环床）组成。鼓泡床内气泡的生成与破裂使燃烧产生脉动。其脉动的大小与床料粒子大小，料层高度及风帽小孔大小有关。床料颗粒大，料层高度高，风帽小孔直径大，燃烧脉动大。相反，燃烧脉动小。当燃烧脉动产生的床内压力增值大于布风装置阻力时，床料就从燃烧室漏入风室。

　　布风装置阻力偏小。如果布风装置阻力偏小，燃烧脉动引起的压力增值很易超过布风装置阻力，引起床料漏入风室。另外，布风装置阻力偏小时，燃烧室内床料的流化工况不稳定，在一个床料高度下，燃烧室内有不同流化工况区域，有的区域流化很好，而有的区域流化不好，或不流化。流化不好或不流化区域的床料通过布风装置漏入风室。

　　7字形风帽和T形风帽的阻力比钟罩式风帽，半球形整体式风帽，圆柱形小型风帽的阻力小。所以7字形和T形风帽漏灰比较严重。

　　④预妨风帽漏灰的措施

　　选择有利于妨止床料漏入风室的结构形式风帽，如钟罩式，半球形整体式、小圆柱形风帽。

　　布风装置有一定的阻力。为了流化工况稳定，确保燃烧室内不出现不同流化工况，要求布风装置阻力为总阻力（布风装置阻力和床层阻力之和）的1/3左右。循环流化床锅炉风室压力一般为9000Pa~12000Pa，故布风装置阻力一般要求为3000Pa~4000Pa。

　　经过我们改造的风帽漏灰的循环流化床锅炉，改造前布风装置阻力只有1500Pa~2000Pa，通过改造，布风装置阻力增加到2500Pa之后，风帽漏灰的问题基本上得到了解决。

　　⑤结论

　　l 理论研究和实际运行经验证实：钟罩式、半球形整体式和小圆柱形风帽不易漏灰，抗磨损性能较好。

　　l 妨止风帽漏灰的关键技术是确保布风装置阻力设计值不要太低，太低流化工况不稳定，易发生风帽漏灰。当然也不能太高，太高了一次风机压头高，运行电耗大。一般布风装置阻力为3000Pa~4000Pa。

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