馬愛香

(陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司,陜西西安 710032)

關(guān)于解決循環(huán)流化床鍋爐排渣管噴渣問(wèn)題的研究綜述

馬愛香

(陜西大唐新能電力設(shè)計(jì)有限公司,陜西西安 710032)

近年來(lái),我國(guó)面臨著嚴(yán)峻的環(huán)保壓力,CFB因其清潔燃燒技術(shù)等優(yōu)勢(shì),在我國(guó)電廠建設(shè)中迅速增長(zhǎng),并且機(jī)組容量逐步增大。本文針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐(CFB)排渣管噴渣的問(wèn)題,從多方面因素進(jìn)行分析,總結(jié)了噴渣問(wèn)題發(fā)生的主要原因;闡明了國(guó)內(nèi)針對(duì)排渣管噴渣問(wèn)題的現(xiàn)有解決方法;提出了應(yīng)從運(yùn)行控制、設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

CFB 排渣管噴渣 結(jié)焦 漏風(fēng) 膨脹節(jié)

1 CFB排渣系統(tǒng)存在的問(wèn)題

近年來(lái)，排渣系統(tǒng)作為CFB的重要組成部分，所暴露的問(wèn)題也越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。CFB排渣方式有底部排渣和爐側(cè)排渣兩種方式。目前，絕大多數(shù)CFB采用底部排渣方式。排渣管下方連接滾筒式冷渣器以回收余熱并降渣溫。正常運(yùn)行時(shí)，下部床壓根據(jù)料層厚度控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)鍋爐的料層差壓超過(guò)某一限值時(shí)，運(yùn)行人員需開啟排渣門進(jìn)行排渣。目前，無(wú)論是在調(diào)試過(guò)程還是運(yùn)行期間，均有運(yùn)行人員反映排渣管存在嚴(yán)重的噴渣現(xiàn)象，且噴出的細(xì)灰居多。由于CFB爐渣排放溫度較高(約900℃)，排渣管噴渣問(wèn)題嚴(yán)重威脅著機(jī)組和人員的安全，甚至引起非正常停爐事故的發(fā)生。

2 CFB放渣管噴渣的原因

根據(jù)電廠人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及業(yè)內(nèi)人士的分析討論，發(fā)現(xiàn)排渣管噴渣主要和以下幾方面相關(guān):

(1)一次風(fēng)量過(guò)大或床料太薄;(2)爐內(nèi)流化不好，特別是排渣管部位，造成爐底有大塊結(jié)焦或煤塊;(3)入爐煤粒度太大;(4)堵管造成下渣量太少，放渣管中空而漏風(fēng);(5)排渣管和布風(fēng)板開焊，風(fēng)室內(nèi)流化風(fēng)串入排渣管;(6)排渣開度太大，形成旋窩，流化風(fēng)倒灌進(jìn)落渣管;(7)風(fēng)帽設(shè)計(jì)不合理或者風(fēng)帽磨損嚴(yán)重，風(fēng)室內(nèi)漏入灰渣，影響流化;(8)冷渣機(jī)堵渣或冷渣器轉(zhuǎn)速過(guò)快。

通過(guò)以上分析，本人認(rèn)為噴渣的主要原因是流化不良、熱膨脹處理不當(dāng)?shù)仍斐傻呐旁苤車Y(jié)焦和漏風(fēng)。一次風(fēng)量過(guò)大或料層過(guò)薄，料層容易被吹穿而產(chǎn)生溝流，進(jìn)而流化不均勻而引起局部結(jié)焦;料層過(guò)厚會(huì)增加一次風(fēng)壓頭，爐內(nèi)氣泡增大，揚(yáng)析夾帶量增大，底部大顆粒物料沉積，亦有可能引起流化不良造成爐內(nèi)結(jié)焦或滅火，危及安全運(yùn)行。此外，由于存在交變熱應(yīng)力，排渣管在一次風(fēng)室內(nèi)存在與風(fēng)室的熱膨脹差，處理不當(dāng)，此處焊縫經(jīng)常被撕裂而造成排渣管嚴(yán)重漏風(fēng)。

無(wú)論是床料控制不當(dāng)，或是入爐煤粒度太大，以及風(fēng)帽設(shè)計(jì)不合理等，均會(huì)引起流化不良而結(jié)焦，使排渣管堵塞。排渣管內(nèi)下渣量太少，渣不能完全充滿形成自密封;再加上排渣開度太大或者排渣管與布風(fēng)板焊縫開裂，流化風(fēng)串入排渣管，故而發(fā)生噴渣，而這又會(huì)加劇排渣管局部流化不良，造成惡性循環(huán)。

3 解決CFB排渣管噴渣問(wèn)題的技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 從運(yùn)行控制方面進(jìn)行改進(jìn)

(1)通過(guò)控制給煤量和排渣量，合理控制床料厚度，維持下部床壓正常;(2)合理控制風(fēng)量配比，以及風(fēng)壓大小，改善爐內(nèi)流化狀況，避免爐內(nèi)結(jié)焦;(3)嚴(yán)格控制入爐煤粒度，盡量避免大顆粒煤或矸石落入爐膛;(4)嚴(yán)格控制排渣門開度，排渣不要太急，以免影響流化，排渣后應(yīng)及時(shí)將冷渣門關(guān)嚴(yán)，防止冷風(fēng)侵入引起渣管結(jié)渣;(5)發(fā)現(xiàn)排渣管開裂等，及時(shí)補(bǔ)焊加固，并解決開裂的根本問(wèn)題;(6)開始排渣時(shí)，先開高溫排渣閥，渣自流至冷渣機(jī)進(jìn)口到一定位置會(huì)自封住，此時(shí)再開冷渣機(jī)，且慢慢開大頻率。目前，一些電廠通過(guò)轉(zhuǎn)變運(yùn)行控制方式，排渣管噴渣問(wèn)題已經(jīng)得到了有效改善。

3.2 從設(shè)備和工藝方面進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)

對(duì)于因熱膨脹導(dǎo)致風(fēng)室內(nèi)排渣管與布風(fēng)板焊縫斷裂，以及風(fēng)帽嚴(yán)重磨損等問(wèn)題，除了補(bǔ)焊和加固，是電廠運(yùn)行控制無(wú)法從根本上解決的問(wèn)題。這就需要從設(shè)備和工藝技術(shù)方面進(jìn)行改進(jìn)。

3.2.1 目前國(guó)內(nèi)解決熱膨脹的方案歸類為三種

(1)金屬三維補(bǔ)償器;金屬三維補(bǔ)償器安裝在冷渣器入口處，因其具有全方向自由膨脹、密封性能良好、耐高溫的特性，目前已被設(shè)計(jì)院廣泛采用。但個(gè)別電廠反映，金屬三維補(bǔ)償器在長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)引積灰嚴(yán)重而失效。分析發(fā)現(xiàn)，排渣前后管道會(huì)熱脹冷縮，因爐內(nèi)燃燒不良會(huì)導(dǎo)致排渣過(guò)程中夾雜過(guò)多灰份，灰份積存在金屬三維補(bǔ)償器褶皺處，久而久之會(huì)使金屬三維補(bǔ)償器不能自由伸縮。繼而引起風(fēng)室內(nèi)排渣管與布風(fēng)板焊縫斷裂或膨脹節(jié)焊縫處開裂，出現(xiàn)噴渣現(xiàn)象。

圖1 套筒蓋板式膨脹節(jié)

圖2 迷宮式膨脹節(jié)

圖3 排渣管流化裝置

(2)簡(jiǎn)易套筒蓋板式膨脹裝置;如圖1所示，放渣門下部排渣管稍微伸入套筒式膨脹節(jié)內(nèi)，與冷渣器接口留有一定的膨脹裕量，套筒式膨脹節(jié)下部與冷渣器入口管道焊接，上部加活動(dòng)蓋板或者上部蓋板與外部套管焊牢，與排渣管不焊，以保證排渣管能夠自由伸縮。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是自由伸縮不易受限，且構(gòu)造簡(jiǎn)單易制作、成本低，被很多小型電廠所熱愛。但由于密封不夠嚴(yán)密，在爐內(nèi)流化不良，排渣灰份過(guò)大以及流化風(fēng)串入排渣管時(shí)，亦會(huì)出現(xiàn)大量噴渣的現(xiàn)象。

(3)迷宮式膨脹節(jié)代替箱式膨脹節(jié);由于排渣管受熱膨脹量與底部水冷風(fēng)室的膨脹量不一致，經(jīng)常出現(xiàn)排渣管與布風(fēng)板焊接處拉裂，輕則造成排渣管漏風(fēng)而噴渣，重則造成布風(fēng)水冷壁泄漏而停爐。這就需要在水冷風(fēng)室內(nèi)部排渣管上加裝膨脹節(jié)。前些年，箱式膨脹節(jié)被應(yīng)用于此。箱式膨脹節(jié)是一種波紋管式膨脹節(jié)，其內(nèi)部雖然填有硅酸鋁鹽棉來(lái)防止灰漏入，但因箱式膨脹節(jié)膨脹量小，風(fēng)室內(nèi)風(fēng)量大、壓力高，放渣管膨脹收縮造成的管壁移動(dòng)都會(huì)使所加填料減少，久而久之便因積灰嚴(yán)重而失效。

近年來(lái)，迷宮式膨脹節(jié)逐步代替了箱式膨脹節(jié)。迷宮式膨脹節(jié)構(gòu)造如圖2所示，熱膨脹變形由上管節(jié)1與下管節(jié)2分別消除。此項(xiàng)技術(shù)特殊的迷宮式結(jié)構(gòu)，上下接管間插入足夠的深度，能夠有效防止灰渣的噴出;且迷宮式結(jié)構(gòu)內(nèi)外套圈互不接觸，使得熱膨脹自如。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，此項(xiàng)技術(shù)在2006年已被逐步推廣使用，且運(yùn)行效果良好。此裝置上下自由組合部分是否也會(huì)因?yàn)榛曳莸拈L(zhǎng)期積存而影響其自由伸縮，需要通過(guò)更多的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證。

3.2.2 排渣管周圍風(fēng)帽的改進(jìn)

排渣管周圍風(fēng)帽形式以及風(fēng)帽阻力設(shè)計(jì)不合理，在高溫磨損下會(huì)使其發(fā)生嚴(yán)重的變形，甚至灰渣漏入風(fēng)室，一來(lái)影響爐內(nèi)流化，二來(lái)風(fēng)室堵塞，影響鍋爐正常排渣和安全運(yùn)行。傳統(tǒng)工藝是在風(fēng)帽處焊防磨套來(lái)減少漏渣。近幾年來(lái)，有兩種局部風(fēng)帽的改進(jìn)技術(shù)受到了關(guān)注:一是環(huán)縫回流多噴口定向風(fēng)帽;二是排渣管流化裝置(如圖3所示)。前者綜合了傳統(tǒng)風(fēng)帽的長(zhǎng)處，獨(dú)特的環(huán)縫回流結(jié)構(gòu)，可使床料產(chǎn)生定向流動(dòng)，將粗顆粒床料吹向排渣口，且風(fēng)帽阻力適中，流化性能良好，可有效防止漏渣。后者由外套管1和筒體2組成，鍋爐風(fēng)室的一次風(fēng)通過(guò)內(nèi)外層間隙向上，由頂部側(cè)面12個(gè)φ6mm的小孔向鍋爐爐膛噴出，保障了排渣管周圍物料的正常流化。且排渣管風(fēng)帽位于爐膛內(nèi)的部分通過(guò)一次風(fēng)的冷卻，不易受熱變型。改變風(fēng)帽形式、適當(dāng)提高布風(fēng)板阻力是減少風(fēng)室漏渣的主要改進(jìn)方法。要從根本上解決風(fēng)帽磨損漏渣問(wèn)題，還需鍋爐制造廠積極探索，研究出更好的改造方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著鍋爐自動(dòng)化水平的逐漸成熟，我們需要研究出更好的運(yùn)行控制策略，并且加強(qiáng)設(shè)備和工藝的技術(shù)改進(jìn)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從根本上解決噴渣問(wèn)題的發(fā)生，使鍋爐能夠安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

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馬愛香(1982—),女,陜西渭南人,碩士研究生,畢業(yè)于西安交通大學(xué),工程師,研究方向:電廠熱能與動(dòng)力工程。