1、75吨循环流化床锅炉工况优化初探讨 75吨循环流化床锅炉工况优化初探讨摘要循环流化床锅炉是近二十年我国发展起来的一种新型的燃烧设备。与其他燃煤方式的锅炉相比其具有高效、低污染、清洁燃烧等特征,决定了它的发展空间非常巨大。总体来说,循环流化床锅炉具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣易于综合利用等优点,而且低温燃烧、床层反复脱硫导致低NOX、SO2排放,燃料多次循环促使炉内湍流运动强烈,燃烧效率接近煤粉燃烧,因此在国际上得到迅速的商业推广。我国目前的环保要求日益严格,在电厂的负荷调节范围较大、煤种多变、原煤直接燃烧比例高、燃煤与环保的矛盾日益突出的情况下,循环流化床燃烧技术已经为首选的高效率低污
2、染的新型燃烧技术。但是循环流化床锅炉与其它锅炉相比，磨损比较严重。循环流化床的锅炉中，有许多部件是在高固体颗粒浓度的不断冲刷环境下工作的。这些部件的磨损问题日益突出，严重影响了锅炉机组的安全经济运行。本文根据循环流化床锅炉的燃烧特性，对循环流化床锅炉的磨损及其布风装置、炉膛水冷壁、炉内各受热面、尾部受热面等方面采用的防磨措施进行了初步的探讨。关键词：循环流化床锅炉；受热面；磨损；防磨AbstractCFB boilers are nearly 20 years of Chinas development up a new types of combustion equipment. And o
3、ther forms of coal-fired boilers to its efficient, clean, clean combustion characteristics, decided its huge space for development. Generally speaking, the CFB boilers with fuel adaptability, load regulation performance and Ash Comprehensive Utilization of the advantages of easy, and low-temperature
4、 combustion, repeatedly bed desulfurization leads to low NOx, SO2 emissions, fuel cycle repeated campaigns to promote strong turbulence furnace, combustion efficiency close to pulverized coal combustion, Therefore the international community promote rapid commercial. China currently has increasingly
5、 stringent environmental requirements in the plant load adjustment is large coal volatile, the proportion of direct combustion of coal is very large, coal and environmental protection are increasingly conspicuous circumstances, Circulating fluidized bed combustion technology has been the first choic
6、e for the high efficiency of new and cleaner technology. However, circulating fluidized bed boiler compared with others, more serious wear. CFB boilers, many parts of the high concentration of solid particles in the constant erosion of the working environment. These components wear problems have bec
7、ome increasingly prominent, seriously affecting the boiler safety and economic operation. According to the circulating fluidized bed boiler combustion characteristics of CFB boilers and wear cloth device. Wall furnace, the furnace heating surfaces, such as the tail heating surface wear adopted measu
8、res for preliminary discussion. Keywords : circulating fluidized bed boiler; Heating surface; Wear; Antifriction 第一章概述1.1背景锅炉受热面失效（Boiler Tube Failure，缩写为BTF）问题（一般也称为“四管爆漏”问题），在热电生产中一直被列为第一位的设备事故，同时也是一直制约着锅炉机组的设备使用率和效率的一大难题，并且曾经有28年保持在我国热电厂事故率第一这个位置上，因此严重的影响到了锅炉的安全生产问题。而国外新机组投产后第一年的平均等效可用率可达90%左右，如美
9、国Gavin电厂#1机组74年投用、Zimmer电厂#1机组91年投产分别达到了92.3%和91.4%。我国沙角B厂两日本日立制造的350MW机组，在投用运行近10年，至今一共爆管停炉不超过10次。这些机组可用率高固然与煤质的符合设计要求和运行人员素质高等有关，但很重要的一个原因就是设备质量好。先天的不足，后天的失调，也是我国许多热电锅炉受热面失效率高的根本原因。本文对江西化纤化工有限公司（热电分厂）现有的两台中温分离Circofluid型循环流化床锅炉及一台高温绝热分离Pyroflow型循环流化床锅炉。投用以来的使用运行情况（主要是受热面失效导致设备运转以及锅炉效率低的情况）进行简单的分析和
10、研究。江西化纤化工有限公司是一以主要生产聚乙烯醇（PVA）等化工产品的公司。其下主要又分；有机分厂、热电分厂和动力分厂。其中热电分厂与动力分厂主要是为有机分厂提供隐形产品（蒸汽、电等）用于有机分厂生产。江化热电分厂中的两台Circofluid型锅炉即1#和2#号炉以及一台Pyroflow型锅炉即3#炉，这3台锅炉都是75/T循环流化床锅炉。这里的3台锅炉在生产运行所产的高温蒸汽（蒸汽压力为5.29MPa，蒸汽温度为450oC）先带动两台发电机进行发电，经过发电机组后的蒸汽（温度大约在200 oC左右）被送去有机分厂用于PVA的生产。但是其中1#和2#炉自97年投产以来锅炉的运行工况一直比较差，
11、投产运行不到一年炉膛内的主要受热面就出现了因磨损造成的频繁爆管导致的锅炉事故，其后几年锅炉也是同样的经常性的出现爆管停炉的现象，甚至1#炉在一年中竟然出现过多达82次的停炉现象，从而造成紧急停炉。严重的影响了生产的稳定。3#炉于2004年投产，投产之初因风帽的选形以及风道布置等原因出现了不均，造成了锅炉难以稳定运行。并且底料的含碳量偏高，严重的影响了锅炉的燃烧效率。其中1#、2#炉的设计效率为90.33%而它的实际生产效率仅为80%左右，3#炉的运行工况也远偏离了它的设计工况。根据上面的介绍不难发现江化热电分厂的75T循环流化床锅炉在运行中存在的主要问题（受热面磨损较为严重），这些问题也是造成
12、生产效率不高的一大主要原因。然而，在实际的生产运行中还存在各种其它的因素，使得锅炉的运行无法达到一个令人满意的水准。比如煤质达不到设计的要求，工作人员的自身操作水准不高等。而至于炉体的本身特性以及锅炉的辅助设备的不协调这对生产的影响就更大了。因此如何对运行状况进行改进同时又与生产不脱节，这里就必须加强理论的研究与实际想结合，使得研究成果能更有效的利用到生产中。1.2本课题研究工作的主要问题从上面可以初步的了解江化热电分厂中3台锅炉的基本情况，该厂的 Circofluid型中温分离和Pyroflow型高温分离循环流化床锅炉，都是我国分别引进芬兰奥斯龙公司和德国鲁奇公司的成熟技术，但是由于我国对循
13、环流化床锅炉研究起步较晚，不管是理论研究还是实际使用上都存在很多的不足，就拿公司现在运转的Circofluid型循环流化床锅炉，它属于我国引进外国技术在国内优化制造的第一代循环流化床锅炉，因受当时国产辅助设备的约束，以及对循环流化床的感性认识的不足，公司当时也没有关于这方面的技术人才，因此在生产过程中仅通过以前对其他类的炉型经验来操作此炉，给锅炉的健康带来了很大的伤害。这些也是造成现在锅炉的实际使用效果不理想，运行工况远偏离设计工况，严重的影响了公司的生产。本文着重对锅炉运行中受热面失效现象进行分析探讨，参照国内外成熟的理论依据和经验，总结该厂锅炉的实际运行、维护经验，在锅炉实际生产不受影响的
14、前提下，对锅炉的辅助设备、关键金属部件、关键部件特别是各受热面，提出相对较为有效的改进措施，逐步的提高锅炉的健康状况，使得锅炉的设备运转率以及锅炉的燃烧效率有所改进，从而综合的提高效率。1.3目前国内循环流化床锅炉现状及发展 针对循环流化床锅炉（英文缩写为CFBB）的研究，西方国家发展比较早，我国对循环流化床锅炉的研究开始于80年代，从90年代开始逐渐应用与工业生产中，从90年代末至今得到了广泛应用。循环流化床是新一代高效，低污染清洁燃烧技术。其主要特点在于燃料及脱硫剂经过多次循环，反复地进行低温燃烧和脱硫反应，炉内湍流运动强烈。不但能达到低NOX的排放，90%的脱硫效率和与煤粉炉相近的燃烧效
15、率，而且具有燃料适应性广，负荷调节性能好，灰渣易于综合利用。因此早工业生产中得到了迅速的发展。1.3.1国内循环流化床锅炉的生产现状我们知道我国循环流化床锅炉的发展起步较晚。虽然经过了多年的发展研究已经取得了很大的成果，但我国许多的循环流化床锅炉的使用用户依然被锅炉由于存在操作技术和设备的设计、制造、安装等方面的原因，使得锅炉的实际运行中常出现一些问题，致使锅炉不能正常运行。下面是锅炉运行中主要出现的问题； 锅炉出力不足；目前 CFBB 存在的主要问题是达不到额定出力。影响出力的因素很多, 主要表现在:循环倍率低, 突出的是高温分离器达不到设计效率。设计煤种与锅炉实际燃用煤种差别太大。锅炉设计
16、时燃烧份额分配不合理, 或者是运行中燃烧调整不当, 影响锅炉物料平衡和热量平衡,从而影响了锅炉出力。锅炉辅机和配套设备是否适应 CFBB 的特点对锅炉的影响也很大, 特别是风机的流量和压头选择不当, 必将影响锅炉出力。磨损问题；由于 CFBB 的高颗粒浓度和高运行风速, 锅炉部件的磨损是比较严重的。若分离器效率不高或运行不正常, 还将引起对流受热面的严重磨损。磨损问题分为两种: 一种是受热面管子; 另一种是耐磨材料。前者只要控制好烟气速度就可以避免。后者的磨损在 CFBB 中较为常见, 严重磨损区为分离器入口、分离器旋风筒的入口正对面、分离器出口烟道上部。这都是因为颗粒浓度较高的气流冲刷很容易
17、造成磨损, 设计和施工中应选用合适的材料。分离器和回料器问题；分离器存在两个主要问题: 一是分离效率低; 二是磨损严重。目前应用较广的高温分离器有旋风分离器和惯性分离器, 尤其以旋风分离器为主。它结构简单, 压降低和分离效率高; 而惯性分离器其结构简单、费用低, 但存在技术上的问题, 分离效果较旋风分离器差, 在新设计的锅炉中基本上被淘汰, 仅在旧锅炉改造中应用。回料器的问题主要是运行可靠性不好, 甚至有堵灰现象。控制回料器返料速度, 是保证 CFBB 稳定、高效运行不可忽略的因素。目前, 国内大多采用L 型回料器, 其缺点, 料封高度大, 易串风, 不但影响返料量, 而且还影响分离器效率。实
18、践证明: U 型回料器比 L 型好, 回料量大, 且便于控制, 料封高度不大。床面结焦问题；实际运行中, 因床温过高导致床面结焦, 流化燃烧工况被破坏, 影响锅炉正常运行。引起结焦的原因有以下几种:运行中一次风量太小,低于最小流化风量,使物料不能很好的流化而堆积, 炉膛温度场改变, 悬浮段燃烧份额下降, 锅炉出力降低, 若盲目加大进煤量, 会造成炉床超温而结焦。燃料制备系统选择不当, 燃料级配过大, 粗颗粒份额较大, 造成密相床超温而结焦。在运行中由于风帽损坏, 使局部流化不佳,部分床温升高导致结焦。煤种变化过大, 燃煤挥发份过低, 炉膛下部密相区容易产生过多的热量, 使床层温度升高而结焦。造
19、成这种状况的原因有设计问题, 也有制造、安装、运行等方面的问题。这些也是我国现在循环流化床锅炉运行中的主要问题。 1.3.2国内循环流化床的发展概况在我国, 循环流化床锅炉（英文缩写CFBB） 基础研究、工程应用等均落后于国外。由于近年来国内 CFBB 市场急剧扩大, 国内主要锅炉厂从市场需求出发, 采用自主开发、国外引进及引进技术的消化吸收相结合的技术路线, 与著名高校研究所广泛合作, 结合实际工作开展研发工作,总体水平已达到国外 20 世纪 90 年代中期的水平。以下为我国循环流化床锅炉发展的几大主要途径。 清华大学洁净燃烧技术国家工程研制中心；清华大学跟踪国际上出现的水冷方型分离器,成功
20、地开发了具有独立知识产权的水冷异型分离CFBB, 该炉型具有结构紧凑、密封性能好、分离效率高、重量轻、启动时间短等优点, 且也有易于大和大型化生产的潜力等。由清华大学与哈尔滨锅炉厂合作完成的 440 t/h 超高压再热 CFBB (135 MW)已于 2003 年 7 月通过了科技部的验收。 浙江大学；率先开发了下排气旋风分离器循环床锅炉。此炉型在水平烟道与尾部竖井烟道相连接的换向室中布置下排气旋风分离器, 将水平烟道与尾部竖井烟道整装为一体, 使锅炉具有典型的“”型布置, 具有结构紧凑、深度小、易于大型化等优点。 国电公司西安热工研究院；该院是我国引进第 1 台 100 MW CFB 锅炉
21、(四川内江高坝电厂) 示范工程的主要技术支持单位之一, 在 CFB 锅炉的设计及调试方面有着丰富的经验。2002 年, 国电热工研究院和哈尔滨锅炉厂合作研制的国产第一台 410 t/h 级 CFBB 在江西分宜投运, 取得了成功。该院还深入细致地研究了国外的外置式换热器, 并开发了专利技术分流式回灰换热器, 它采用了气力分流方式, 将有可能应用于国产 200 MW 及 300 MWCFB 锅炉上。 中国科学院热物理所；该所也是国内最早从事 CFB 锅炉研究的单位之一, 已经在 CFB 燃烧技术各个方面特别是布风流化、分离技术和循环返料系统、系统集成与控制等关键技术方面形成了一批具有我国特色的专
22、利和技术成果。首台 130 t/hCFBB 在 2000 年 9 月点火试运行, 410 t/h 大型 CFBB 是国内首台利用自主技术设计的大容量锅炉。下一步发展具有中间再加热420 t/h (125 MW) CFBB, 最终将具备开发 1 025 t/h(300 MW) CFBB 的能力。目前, 在更大容量方面, 国内三大锅炉企业合作, 共同引进了 Alstom 公司 1025 t/h(300 MW)容量级 CFBB 的制造技术。上锅已在生产的 300 MW 容量级(1 0251 065 t/h)CFB 锅炉有 3 台; 而哈锅和东锅也已分别接受了 6 台 1 025 t/h (300 M
23、W)CFB 锅炉订单。由上述可知, 从引进到自行设计制造, 近年来我国 CFBB 发展迅速, 在 CFBB 大型化方面已取得了可喜的发展, 与世界水平的差距正在逐步缩小。1.4江化热电分厂锅炉生产现状与优化方案江西化纤化工有限公司热电分厂中的3台循环流化床锅炉投用时间较早，特别是1#和2#炉，当时循环流化床锅炉作为一种新型的锅炉，公司内部也没有这方面的技术人员，从而导致在生产过程中，操作人员仅凭简单的培训来进行摸索操作，这不仅给锅炉自身健康带来了很大的伤害。同时也是使得现在的生产效率一直提不上去的主要原因。近几年虽然对锅炉的操作管理上有了较大的改进，锅炉工况有所改进（因受热面等其他原因造成的紧
24、急停炉事故也由以往的每年40次/炉逐步减少到了现在的没年15次/炉。锅炉的效率也因此提高了12个百分点）。但是锅炉的总体效率与其设计效率还是存在很大差距的，现在生产中锅炉的效率也只能达到80%，而其设计的锅炉效率是在90.33%，在加上设备运转率低下造成锅炉的总体效率低给生产带来了很大的影响。也正因为在这样的环境下，锅炉结构特性发生了很大的改变，如锅炉内部各受热管发生了很大的错位，这就造成锅炉内部形成烟气走廊，从而引起严重的磨损现象造成爆管，这是造成锅炉被迫紧急停炉的一大主要原因，同时锅炉主体上（保温、隔热等结构）发生了很大的腐蚀现象，使得锅炉密封性存在很大问题，这也造成了锅炉的热效率不高。当
25、然除了这些因种种原因造成的江化热电分厂现如今生产现状外，江西化纤化工热电分厂的这3台锅炉同样也经常性的出现现代循环流化床中经常出现的问题，以下就是江化热电分厂在生产过程中容易出现的且对生产具有一定影响的各类锅炉故障引起的生产问题。布风装置的磨损情况；主要使得布风装置的布风效果不好，影响流化效果，造成局部结焦。锅炉受热面磨损情况；这里的受热面包括炉内各受热面管束如各水冷壁。过热器管束、省煤器管束、蒸发管束以及尾部受热面的磨损。这些都是容易造成锅炉出现爆管事故的原因。锅炉运行中底渣、飞灰的含碳量较高。点火过程的操作比较繁琐，考虑的问题比较多。冷渣器的排渣状态影响了流化床锅炉的运行可靠性。容易发生堵
26、煤和床温不均匀故障。原煤颗粒大小与锅炉设计要求的颗粒有一定的差距，使得锅炉的流化效果不佳以及料层、炉膛温度难已控制。锅炉的密封存在很大的问题，使得锅炉热效率难以提高。根据江西化纤化工有限公司热电分厂中循环流化床锅炉自身的特性以及生产的需要，本文以国内外成熟的理论依据以及实际经验为指导，在总结江化热电分厂的实际运行、维护经验对锅炉的辅助设备、关键金属件、关键部位提出以下改善方案。主要从两个方面对锅炉进行优化；一方面减少锅炉受热面的磨损，提高锅炉设备运转率。另一方面改善锅炉的流化特性，调整运行降低锅炉底渣、飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率。从而达到综合优化的目的。具体的实施方案又分为以下几个方面； 以
27、工厂锅炉的实际为依据，根据有利的理论经验，确定易磨损的部位，采取加盖防磨瓦、防磨涂层的措施改善锅炉的磨损情况。 改进循环灰系统，使之调节床温后多余的循环灰直接送入除尘设备，从而降低尾部受热面所处区域的烟气浓度。 改进原煤破碎设备，使原煤粒径接近设计要求达到兼顾优化流化和降低烟气流走的目的，从而有利于减小受热面的磨损提高燃烧效率。 改进风帽结构，使料层充分流化有利于提高燃烧效率。 合理使用混煤，提高资源的利用和锅炉的燃烧效率。1.5本课题的目的与意义1.5.1 本课题的目的根据江西化纤化工有限公司（热电分厂）的3台循环流化床锅炉的实际生产情况，前面也已经对锅炉运行中常出现的问题做了一个简单的总结
28、，本着对这些长期捆扰公司锅炉生产效率的问题，主要以国内外现有的比较成熟的理论依据以及他们的生产经验，从循环流化床锅炉的气固两相流动特性以及循环流化床锅炉的燃烧机理和传热、传质机理来分析锅炉受热面磨损情况严重以及料层流化不充分造成的燃烧不充分的原因，提出一个标本兼治的方法，解决锅炉或因机组的运转率不高或锅炉的热效率不高问题，使锅炉的运转率与锅炉的热效率在可调节范围内达到一个合理的优化点，也就是说在改善锅炉的防磨性提高锅炉设备运转率的同时锅炉的热效率也能达到一合理的要求。这样在提高了锅炉设备运转率和锅炉热效率的同时也使得它们处在一个较好的结合点，从而提高锅炉的综合效率改善生产情况。1.5.2 本课
29、题的意义本课题的目的主要是解决江化热电分厂锅炉机组出现的几个典型问题，它的主要目的还是为了更好的生产，而对于这次课题的探讨研究的意义，一方面可根据公司的实际生产出现的许多问题以及检修过程中经验心得，提出一个有效的改进措施，希望能在循环流化床锅炉方面给其他用户提供一点参考。另一方面我国在循环流化床这一领域虽然起步较晚，但是在近十几年里关于对循环流化床锅炉的研究开展了不少，也取得了不少的研究成果，然而对于锅炉出现的问题中较为系统研究的比较少，这一般也与研究条件的限制有关。特别是在实际的生产中，它需要的是能使生产得到改善，在生产过程中能够明显的表现出来，这就在一定的程度上造成了研究与生产二者之间脱节
30、，因此，研究工作必须加强与实际相结合，使得研究成果能够更好的利用与生产中。第二章75T循环流化床锅炉的结构特性与各受热面磨损情况分本文主要是对江西化纤化工有限公司热电分厂的两台75T循环流化床锅炉即1#、2#炉进行研究分析。这两台锅炉是96年开始投建，98年正式运行的两台中温分离Circofluid型循环流化床锅炉。循环流化床锅炉发展至今已有多种不同的流派和形式。其中最有代表性的是芬兰奥斯龙（Ahlstrom）公司的Pyroflow型循环流化床锅炉，德国鲁奇（Lurgi）公司的循环流化床锅炉，美国迪特利（battelle）的多固体循环流化床锅炉以及德国Babcock公司的Circofluid型
31、循环流化床锅炉。但不管是Pyroflow型循环流化床锅炉还是Lurgi型循环流化床锅炉都存在几个不足之处，采用的都是高温绝热旋风分离器，分离器入口烟气温度到达900oC以上，为了适应高温运行环境的需要分离器最内层为100150mm厚的耐高温耐磨材料，中间一层为200300mm厚的绝热保温材料，最外一层为分离器的护板。按一般的要求护板的温度不应超过50oC，这样必然造成整个循环灰的分离、返料系统庞大，增加锅炉的制造以及建厂投资的成本。并且在使用有些煤种容易在分离器以及返料系统发生二次燃烧的现象而造成结焦，影响锅炉的正常运行，同时分离器以及返料系统中的耐磨耐高温的浇注料太厚势必影响锅炉的启动速度，
32、以及负荷的变化速度。增加了启动、负荷变化的迟缓性。稍有操作不当就会造成浇注料的开裂、坍塌，造成整个返料系统瘫痪迫使锅炉减负荷或停炉。Pyroflow型循环流化床锅炉及Lurgi型循环流化床锅炉采用的均是高流速势必会加速了分离器以及受热面的磨损。为了弥补Pyroflow型循环流化床锅炉及Lurgi型循环流化床锅炉这两方面的不足，德国Babcock公司提出自己设计的Circofluid型循环流化床锅炉，目的是继续发挥循环流化床锅炉燃烧效率高和燃料适应性广的特点，同时避免采用结构复杂，能耗大的高温旋风分离器，并克服床内流速较高而引起的磨损及耗能大的缺点。Circofluid型循环流化床锅炉特点是；炉子下部是湍流流化床，并且在密相区不布置埋管受热面，一次风与二次风的比例是6%和4%。一次风通过床下燃烧器以及布风板进入炉膛，流化床料为底料提供足够量的空气和动力，二次风为满足理论空气量的要求而设置，用以保证炉膛出口氧量在3.5%以促使CO的燃尽，提高燃烧效率减少机械未完全燃烧损失。悬浮段中气流速度为34m/s，以保证颗粒有足够的时间停留在炉膛以促进煤的燃尽。从而有利于磨损的减少。二次风以上的炉膛内按照烟气走向，依次布置了屏式过热器、管式过热器、蒸发受热面、省煤器。经过这些受热面的传热后，
