1  前言

目前，国内循环流化床锅炉正处于向大容量、高参数方向大力发展阶段。近几年，国内已先后投产了一批135 MW等级的440t/h循环流化床锅炉。在试生产或运行过程中，不少CFB炉曾经不同程度地发生过炉内结焦这一问题，严重时，还导致被迫停炉现象的发生。连州电厂二期扩建的二台CFB炉（3号和4号炉）系广东省电力系统首批、亦是哈锅厂首批燃烧劣质无烟煤的CFB锅炉。在调试过程中，我们也曾遇到过类似问题。本文试图结合该二台CFB炉的具体情况，就炉内结焦这一制约CFB炉正常运行之问题作一分析和探讨。

2　锅炉设计特点

连州电厂3号和4号炉系哈锅厂引进Alstom公司技术设计制造的440t/h循环流化床锅炉，型号为HG-440/13.7-L.WM9。采用床上床下联合点火的启动方式，床上油枪6只，床下油枪4只，燃用#0轻柴油。采用两级碎煤系统，其中二级碎煤机从德国FAM公司进口。给煤系统共三级，其中一级为称重式给煤机，二、三级为刮板式。配有飞灰再循环和石灰石脱硫系统。设计燃煤为连州和湖南临武、宜章、嘉禾、白沙等地的无烟煤，大多属低挥发份、低热值、高灰份的劣质无烟煤。最大允许粒径为≤7mm，d₅₀=0.75mm，d<0.35mm 不大于10%。设计煤质特性见表1。实际入炉煤质更差（参见后页）。据文献^[1] 报道，该煤种系易结焦煤种。对于连州和湖南煤种，变形温度DT=1110℃、1360℃，软化温度ST =1350℃、1270℃，流动温度FT=1420℃、1360℃。

设计启动床料可用砂，也可用炉渣。若用砂则要求控制砂子中钠、钾含量，以免引起床料结焦。如用炉渣，则要求最大粒径不超过3 mm，参见表2。

 

 

表1　设计煤质特性

名　　称	符　　号	数  值
		设计煤种	校核煤种1	校核煤种2
收到基碳%	Car	53	60.77	60
收到基氢%	Har	1.2	1.84	1.8
收到基氧%	Oar	3.3	2.14	2.62
收到基氮%	Nar	1.35	0.68	0.85
收到基硫%	St.ar	1.5	2.44	0.85
收到基灰份%	Aar	32.15	24.13	24.93
收到基水份%	Mar	7.5	8	9
干燥无灰基挥发份%	Vdaf	5.5	9.1	5.6
低位发热量MJ/kg	Qnet.v.ar	18.84	22.19	20.06

    表2  砂粒度分布及床料化学成份的控制

名　　　　称		数　　值
砂子粒度	最大粒径 0～0.13mm 0.13～0.18mm 0.18～0.25mm 0.25～0.6mm	≤0.6mm 占5% 占5% 占35% 占55%
Na2O		≤2.0%
K2O		≤3.0%

3　3号炉结焦原因及对策

3.1  结焦情况介绍

在调试期间，3号炉共发生过二次结焦现象。启动时所用床料均为砂子。在首次投煤前，因需进行各项试验，已经烧油运行了6天时间。2003年12月13日2：14 试投煤时，床温基本合符要求，达644℃，连续投煤80秒后就停止。当时O₂量从12%下降到8%，且床温上升较快，说明煤着火了。14日14：55，发生床压突降现象，由6KPa降至3Kpa，至23：00， 炉膛前后的看火孔已中已看不到火焰。15日0：20，排出的渣最大达10cm，个别小焦的焦结性看上去较强，之后又发现炉膛密相区下部部分温度测点指示值逐渐降低，几乎没波动，怀疑炉内已结焦。 5：10，A、B侧锥形阀堵塞，不能正常地排渣，锅炉已无法继续运行下去， 8：37被迫停炉。18日对炉膛进行检查，发现炉内有大量床料砂子粘结成疏松型块状，炉膛已结渣，最大的一个砂包长约80 cm，重达几十公斤，见图1。B侧冷渣器锥形阀入口被许多小的、圆形粘结块堆住，直径约10～20cm。经清理和做流化特性试验后，20日重新启动3号炉，床料仍用砂子。运行期间，排渣仍不大顺畅。23日因其他原因停炉，28日再次进行炉内检查时，发现A、B两侧锥形阀都被疏松型渣块堵塞住，但渣块比上次要小得多，只有一块约25cm、强度较硬、并嵌有许多未燃烧完全煤粒的焦块。

 

图1　3号炉渣块

3.2　原因分析

3.2.1　分析数据

针对3号炉二次结焦情况，我们对煤质、床料和炉渣（含焦块）分别进行了二次化验和分析，并对煤样进行了筛分。主要数据如下：

a）    实际入炉煤特性：固定碳Fcad=44.79～56.19%，灰分Aar=28.37～42.12%，挥发份Vdaf=3.65～4.89%，低位热值Qnet.v.ar =14.78～18.61MJ/kg。

b） 煤样粒度筛分结果（破碎后）：

 

规格（mm）	处  筛上物（%）
>9mm 7～9mm 5～7mm 4～5mm 3～4mm 2～3mm 1～2mm 0.47～1mm 0.2～0.47mm <0.2mm	2.3% 1.7% 3% 1.6% 4.3% 4.8% 16.7% 22.2% 27.3% 14.3%

            

煤灰熔隔特性：

变形温度DT=1260～1360℃，软化温度ST=1350～1500℃，半球温度HT=1350～1500℃，流动温度FT=1360～1500℃

c）    炉渣元素能谱分析数据：Na₂O =0.64～0.65%， K₂O=4.09～4.14%，Al₂O₃=12.26～13.11%，SiO₂=74.01～76.35%

d）    床料（砂）元素能谱分析数据：Na₂O =0.62～0.74%， K₂O=3.06～3.56%，Al₂O₃=14.91～15.70%，SiO₂=66.48～72.81%

e）    床料（砂）筛分结果：

ρ_锥=1620g/t， ρ_真=2380g/t

   　　 粒径>0.9mm，占12.6%

0.465～0.9mm，占35.86%

0.3～0.465mm，占28.2%

0.2～0.3mm，占12.9%

0.125～0.2mm，占8.74%

        <0.125mm，占1.5%。

3.2.2　结焦原因

通过对以上测试数据进行分析，我们发现，引起3号炉结焦的主要原因有：

a）    炉渣中K₂O含量偏高，达4.09～4.41%（>1%），易导致结焦。同时，炉渣中硅铝比2SiO₂/Al₂O₃偏大（>1.18%），易使煤灰熔化温度下降，导致结焦。

b）    运行期间，停床下油枪时，床温偏低，切风不及时，大量冷风进入炉量，导致床温下降，引起结焦。

c）    首次启动时，所采用的床料（河砂）颗粒偏粗，且K₂O含量偏大（>3%），易引起结焦。煤粒也稍微偏粗了些。

d） 启动期间，煤油混烧时间过长，未燃烧完全的油渣易与床料板结成块。加之一次风量偏小，炉内流化不良，导致床料结块，形成疏松性渣块，这是引起第一次结焦（结渣）的原因之一。

e）    由于燃用的是当地小窑煤，挥发份低，热值低，固定碳高，且炉内局部出现过低温区域，易导致煤粉未完全燃烧现象的发生，烧结成焦块，这是引起第二次结焦的原因之一。

f）     从测得的煤灰熔隔特性数据、运行参数及焦块性质分析可发现：除个别区域外，炉膛大部分区域的床温均小于灰渣变形温度DT和软化温度ST ，且焦块中嵌有未烧结的颗粒，因此，3号炉第二次结焦性质可归结为低温结焦^[2]，即只是由于局部超温并进行低温烧结而引发的。

3.2.3　对策

通过对3号炉结焦原因的分析，我们有针对性地采取了以下防止低温结焦的措施：

a）    由于前二次启动时所采用的床料（河砂）特性不理想，我们在第三次点火启动前，改用经筛选的炉渣作为启动用床料，床料高度为700mm，并重新做流化特性试验。

b）    对床温床压表进行校验，确保其指示准确。并对全部油枪进行检查，确保雾化良好。

c）    运行期间，确保炉内流化良好，颗粒混和迅速，处于正常流动状态，炉内温度分布均匀。

d）    加快启动速度，尽量缩短油煤混烧时间。

e）    针对劣质无烟煤特性，要求运行人员在切油枪时， 将床温控制在820℃左右。且停床下油床时，切风应迅速。

f）    加强对入炉煤颗粒度监测，尽量使筛分比合符要求。

通过采取以上措施， 3号炉未再发生过结焦（结渣）现象。

4　4号炉结焦原因及对策

4.1　结焦情况介绍

4号炉于2004年3月27日首次点火启动， 31日7：53， 因床压低，需向炉内补加床料（砂），因当时是通过煤仓向炉内加床料的，而煤仓内的床料有误漏进的煤粉，因此当时向炉内加床料，实际相当于投入煤砂混合物，而当时床温只有596℃，床料中夹带的无烟煤不能完全着火燃烧，床温不升反降，8：01便停止加床料，但床温继续下降至520℃。投油助燃，至15：04，床温达660℃，床压3.7Kpa，首次试投煤，但床温仍不升反降，至20：03，床温降至517℃，4月1日6：42，通过投油枪将床温升至643℃，床压3.7Kpa， 再投煤，床温升至866℃后便开始下降，床压也开始下降，12：03床压低至0.3Kpa，再补加床料（砂），床压升至3.0Kpa 便又下降，估计炉内已结焦。16：45，床温仍继续下降至460℃，床压则降至1.5Kpa，但炉膛密相区下部个别区域床温却高达1093℃以上，且两侧主汽温偏差大，判断炉内已结焦较多，被迫停炉。 4月5日进入炉膛检查，发现炉内严重结焦，炉内风帽上面2/3区域已被焦块覆盖，前墙焦块高达2米，炉焦既硬又黑。

图2系在炉内砸碎后取出的部分焦块。

 

图2　4号炉焦块

4.2　原因分析

事后，我们对结焦原因进行了认真的分析和研究，最终确认4号炉结焦原因系由各种因素综合作用的结果，是渐进性结焦，其结焦机理介于局部低温结焦与整床高温结焦之间。具体原因如下：

a）    床料中带煤，误将夹带大量煤粉的燃煤当床料送入炉膛，加床料时床温又未达到投煤温度，导致燃烧不完全，这是引起结焦的起始因素，也是主要原因之一^[3]。

b）    B侧一次风总风门不能正常操作，冷态试验不准，且B回料流化风机多次发生皮带断现象，不能正常运行，引发过回料阀堵塞现象。导致炉内流化不理想，这是引起结焦的另一原因，也是后来二侧温差大难调节的原因之一。

c）    首次试投煤时，发现床温不升反降，未能及时停止给煤，从而使结焦现象加剧。

d）    正式投煤前，因要做一系列试验，烧油时间过长，且发生过油枪漏油和油压偏低现象，这是加剧结焦的另一因素。

e）    在结焦的情况下，又误向炉内补加床料，虽然床料中无煤，但却加剧了结焦的发生。引起局部区域高温，局部形成高温结焦。

f）    床料成份复杂，有炉渣也有砂，易结块。给煤不连续，常断煤，一旦瞬间给煤量增多，且烧得不完全，则易引起结焦。加之适逢下雨天，新运来的煤偏湿难着火，粒度也偏大。在这几种因素的综合作用下，使结焦现象越来越严重，随着时间的推移，焦块象滚雪球似的越来越大，流化越来越不正常；流化越不正常，结焦就越严重，形成恶性循环，最后焦块越来越硬，形成渐进性结焦。

4.3　对策

在找出4号炉严重结焦的原因后，我们采取了以下防止结焦的措施：

a）    床料改用经筛分的炉渣，严防床料与煤混合投入。严禁将煤仓当床料仓用，改从三级给煤机落煤口加床料。

b）    重新做流化试验，对一次风量重新进行标定，检查风门开度。运行时确保一次风量大于临界流化风量。尽量缩短投油枪时间，加快启动速度，并保持正常油压。

c）    投煤时，床温一定要达到650℃以上。一旦发现床温降低，氧量无变化，说明煤粉未着火，则应立即停止给煤。投煤初期，做到间断点动投煤，且投煤量不能大。投煤后，要求尽快提高床温。

d）    适当保证入炉煤的干燥度，防止湿煤入仓；并防止断煤现象的发生；同时适当降低煤粒度。

e）    加强运行监视，勤看火，勤巡视，勤调整，勤查看主要参数曲线报（床温床压等），了解其变化趋势。严禁塌床现象的发生，严防局部区域温度过高或过低。并尽量做到连续排渣。

通过采取以上措施， 4号炉未再发生结焦现象。

5　结束语

引起循环流化床锅炉结焦的因素较多，且机理复杂，但均可归结为低温结焦、高温结焦及两者交互作用的渐进性结焦。目前，国内大型CFB锅炉均不同程度的发生过结焦现象。但只要我们事先针对不同的煤种和类型的机组仔细地做好防范措施，运行时认真的监控，一旦发现问题及时采取措施而不是拖延处理，那么，即使是燃烧劣质无烟质的CFB锅炉也完全能避免炉内结焦现象的发生。

 

参考文献：

[1]　王鹏利,等.连州电厂CFB锅炉燃料试烧研究报告[R],西安热工院,2002.1.

[2]　岑可法,等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M],中国电力出版社,1998.5.

[3]　孙超凡,等.连州电厂440t/h循环流化床锅炉存在的主要问题及其解决办法[C],全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网第三届年会论文集,2004.9.

来源：广东省电力试验研究所