循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計和運行中若干問題的探討

賈振凱

摘 要：隨著新型潔凈煤的燃燒設(shè)備中，循環(huán)流化床鍋爐是應(yīng)用得最為廣泛的一種設(shè)備。它所采用的是先進的流化循環(huán)的燃燒工藝，具有著極高的燃燒效率，同時還兼具著燃燒的強度極高、燃燒的適應(yīng)性好以及能給高效的脫硫的優(yōu)勢，所以，它的推廣和發(fā)展是當(dāng)前適應(yīng)社會發(fā)展的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐設(shè)計；運行；常見問題；解決措施

近二十年來，世界各國的很多科研機構(gòu)和制造廠商都致力于循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)研究，共同的努力使此項技術(shù)日臻成熟和完善。與此同時，有關(guān)循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計思想和方法的研究也迅速發(fā)展。

1 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計方法的重要性

1.目前，循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)在國內(nèi)外進入商業(yè)規(guī)模的運行。但是，在已運行的循環(huán)流化床鍋爐中暴露出不少問題，尤其是國內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐。造成這種現(xiàn)象固然有安裝和運行方面的原因，但在設(shè)計方面也存在不少問題。由于對循環(huán)流化床鍋爐的機理理解不夠深入正確，導(dǎo)致設(shè)計原則和思想錯誤，并缺乏相應(yīng)的設(shè)計計算方法，使鍋爐的整體性能存在著很大的缺陷。近年來的設(shè)計對分離器問題有重視，但未形成定量的概念。（1）設(shè)計人員憑經(jīng)驗變動燃燒室的高度，使國內(nèi)中小型循環(huán)流化床鍋爐燃燒室高度有逐年增加的趨勢；（2）不同的燃料采用同樣設(shè)計的循環(huán)流化床鍋爐，達不到最佳使用效果；（3）相當(dāng)一批循環(huán)流化床鍋爐運行狀態(tài)不正常，過量空氣系數(shù)過大，尾部磨損嚴(yán)重；（4）迄今為止，相當(dāng)一批設(shè)計人員并未完全理解循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流的狀態(tài)是如何選取的，也不知道實現(xiàn)這一狀態(tài)的必要條件是什么。對循環(huán)床部件的設(shè)計也沒有一個明確的準(zhǔn)則，采用試探或抄襲的辦法，因此造成了運行存在的問題。

2.國內(nèi)的研究情況。國內(nèi)的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計一直沒有完整的設(shè)計理論和設(shè)計規(guī)范。20世紀(jì)80年代初，中國根據(jù)鼓泡床的經(jīng)驗開始向循環(huán)流化床發(fā)展。當(dāng)時沒有認(rèn)識到鼓泡床和循環(huán)床在氣固兩相流狀態(tài)上的差異，簡單地認(rèn)為鼓泡床加上分離器就構(gòu)成了循環(huán)床。這種概念甚至一直影響到了今天，錯誤地沿用了鼓泡流化床的許多概念。國內(nèi)早期有關(guān)循環(huán)床的理論和實驗研究進行的較為零散，大多局限于部件性能的研究，而沒有從整體性能上分析。許多科研單位的研究，未能與鍋爐廠家的二次開發(fā)結(jié)合，形成標(biāo)準(zhǔn)的計算方法和相關(guān)的設(shè)計規(guī)范。多年來清華大學(xué)與鍋爐廠家合作，結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)開展了一系列理論和實驗研究，并對商業(yè)循環(huán)流化床鍋爐進行了有目的的熱態(tài)測試。同時，科學(xué)辯證地研究和分析了國外循環(huán)床的研究和商業(yè)宣傳報道，希望加速形成中國自己的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計理論、設(shè)計導(dǎo)則及相關(guān)設(shè)計計算軟件。同時特別應(yīng)當(dāng)指出循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一個處于發(fā)展中的技術(shù)，有關(guān)設(shè)計思想尤其是設(shè)計軟件及設(shè)計導(dǎo)則還在不斷完善和發(fā)展中。這些設(shè)計思想的參數(shù)選擇和計算方法無不受到經(jīng)驗積累的限制。包括國外已有的設(shè)計理論和設(shè)計方法仍有改進的余地。某些國外的資料有商業(yè)宣傳性，應(yīng)當(dāng)正確地加以識別。（1）國際上對爐內(nèi)物料平衡的認(rèn)識始終有欠缺，對循環(huán)量的報導(dǎo)有誤；（2）不同公司對傳熱系數(shù)的計算結(jié)果差別較大；（3）對燃燒問題、宏觀熱量釋放規(guī)律研究不夠；（4）對分離器的性能沒有確切可信的數(shù)據(jù)。如國外的文章對d50的介紹差別較大。有的公司計算程序中d 50直接按10 m計算，商業(yè)宣傳中為15～20m，而事實上超過30 m，工業(yè)裝置上的實際d 50在30～70 m。上述事實充分說明，結(jié)合中國大量的工程實踐，開發(fā)中國自己的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計方法、設(shè)計導(dǎo)則是非常必要的。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計的核心問題是對循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流動的正確認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。

2 運行中的常見問題及原因分析及解決問題的有效措施

1.運行中的常見問題及原因分析。（1）磨損。液體或固體顆粒以一定的速度和角度對受熱面和耐火材料表面進行沖擊，進而造成磨傷和損害成為磨損。循環(huán)流化床鍋爐的磨損主要分受熱面磨損和耐火材料及布風(fēng)裝置的磨損。在受熱面磨損中，不管是水管、汽管、煙管還是風(fēng)管的磨損，輕者導(dǎo)致熱應(yīng)力變化、使其受熱不均，重者造成爆管或使受熱面泄漏，嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐停爐，耐火材料磨損會使耐火層脫落、鍋爐漏風(fēng)或加重磨損受熱面；布風(fēng)裝置磨損將導(dǎo)致布風(fēng)不均，嚴(yán)重時會使鍋爐結(jié)焦，這些都不同程度地影響鍋爐正常及安全經(jīng)濟運行。（2）結(jié)焦。結(jié)焦在循環(huán)流化床鍋爐運行中較為少見，一般在點火或壓火過程中產(chǎn)生。結(jié)焦的主要原因有：運行操作不當(dāng)造成床溫超溫而產(chǎn)生結(jié)焦；燃燒制備系統(tǒng)的選擇不當(dāng)造成密相床超溫而結(jié)焦；運行中一次風(fēng)量保持太小，改變整個爐膛的溫度場，是鍋爐出力降低，盲目加大給煤量，會造成爐床超溫而結(jié)焦；燃煤中揮發(fā)分含量低可能導(dǎo)致局部度過高而發(fā)生結(jié)焦。（3）爐墻損壞。鍋爐爐墻的損壞包括爐墻磚及耐火磚的局部跌落、開裂、結(jié)焦、鼓包和倒塌等。爐墻損壞時往往會發(fā)現(xiàn)爐墻與鋼架、過墻管、爐墻轉(zhuǎn)角處等有石棉填料大量跌落。損壞的主要原因有以下幾個方面：磚的質(zhì)量部良，規(guī)格不一，耐火度低，強度不足，磚縫大小不一等；設(shè)計不合理，安裝、檢修質(zhì)量不高。安裝或移裝后，烘爐時間不足或升溫過急，爐墻不夠干燥，即升壓供汽；冷爐點火時，點火時間太短；鍋爐啟停次數(shù)頻繁。經(jīng)常使?fàn)t膛處于正壓下運行，爐膛溫度過高或飛灰熔點低，爐膛掛焦嚴(yán)重。

2.解決問題的有效措施。（1）解決壁管磨損問題。為了更好的解決水冷壁彎管的磨損問題，一方面在水冷壁下部密相區(qū)采用先讓管然后敷設(shè)高強度耐磨材料的方法，在其他部位開孔位置同樣采用先讓管后在爐膛內(nèi)側(cè)增加澆筑料的方式來防磨。對于尾部受熱面內(nèi)的管排則分別通過增加防磨護瓦及防磨套管的形式來增加受熱面的使用壽命。另一方面，嚴(yán)格控制受熱面部位的煙氣流速，防止流速過高形成的嚴(yán)重磨損。（2）解決爐膛結(jié)焦問題措施。為了解決這一問題，必須保證易發(fā)區(qū)域流化正常、顆?；旌衔锞鶆蚧蚴且苿訙囟认碌臏囟染鶆?，也可以向床內(nèi)加入石灰石材料；高溫結(jié)焦是在床層表面溫度較高、流化正常情況下出現(xiàn)的結(jié)焦現(xiàn)象。一旦床內(nèi)碳含量過高，其就可能出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象；漸進性結(jié)焦是難以發(fā)現(xiàn)的結(jié)焦形式，其一般數(shù)控制不當(dāng)或是堵塞上。

加快推進我國循環(huán)流化床的廣泛應(yīng)用，對燃燒設(shè)備的發(fā)展具有著重大意義，在這一過程中不斷促進技術(shù)的升級和完善，以實行煤的最大化利用。

參考文獻

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[2]徐秀清，徐向華.循環(huán)流化床鍋爐原理及其設(shè)計和運行中的若干問題[J].動力工程，216，2：40-45.