摘要：当前循环流化床锅炉燃烧属于应用最为广泛的一种清洁高效燃烧方式，发展至今已经非常成熟，只是结合其运用情况来看，其中存在的结焦问题是循环流化床锅炉运行的重要影响因素。循环流化床锅炉的特性具有对燃料适应性特别好、燃烧效率高、气体污染物排放低，负荷调节范围大，和灰渣综合利用等优点。近20年来特别是近4年来，在我国得到了突飞猛击的发展，我国循环流化床锅炉台数、总蒸发量为世界第一。随着循环流化床锅炉的迅速发展，具备了丰富的设计、制造、安装、调试和运行经验，但也暴露了一些问题，结焦事故是循环流化床锅炉运行中最为常见的问题。
关键词：循环流化床锅炉；结焦现象；预防措施
引言
循环流化床锅炉炉内结焦分为高温结焦和低温结焦。一般煤种灰熔点低、煤粒度较大、煤种发热量高、集中给煤量大、返料异常、煤种水分大等情况易发生结焦，发生结焦一般停炉处理。
1 循环流化床锅炉结焦事故机理
循环流化床结焦事故是在锅炉机组运行中最常见的事故，无论在正常运行当中、点火启动与压火启动过程中都会经常发生。在循环流化床炉膛密相区内，由于流化工况破坏，燃烧温度超过灰熔点而造成结焦。燃烧结焦不仅发生在炉膛，也会发生在旋风分离器和返料器内。一旦发生结焦事故就要停炉处理，对全厂工艺及安全，经济及都带来很大影响。在循环流化床锅炉运行当中，燃料中的灰分变化分为变形温度，软化温度和熔化温度三个阶段，例如我司所用的云南产地所产的煤的灰渣的熔化温度在大概在 1200℃左右，而我司两台循环流化床锅炉燃烧室内温度控制范围在 850-950℃，如果控制运行温度低于灰熔点温度 300-400℃，保持良好的流化状态和正常的流动，就不会造成床料结焦事故。
2 结焦类型
一般将结焦分为高温结焦和低温结焦。所谓低温结焦就是当床层整体温度低于灰渣的变形温度，由于局部超温或低温烧结引起的结焦。低温结焦的特点是带有许多嵌入的未烧结的颗粒。低温结焦不仅在启动过程或压火时出现在床层内,有时也可能出现在炉膛外，如高温旋风分离器的灰斗内及返料器内。灰渣中含有低熔点成分碱金属钾、钠含量较高时较易发生低温结焦。高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦。当床料中含碳过高而未能适时调整风量或返料量时，就可能出现高温结焦。高温结焦的特点是面积大，甚至波及整个床，而且从高温焦块表面上看基本上是熔融的，冷却后呈深褐色,质地坚硬，并夹杂少量气孔。结焦现象的发生可使得燃烧的正常工况被破坏，使得锅炉出力减少，正常循环也遭到破坏，极易引起爆管安全事故，甚至会造成料层的熔融，进而堵塞排渣口，最终使得锅炉被迫停止运行。因此，需高度重视结焦问题，分析其原因，并制定有效预防措施。
3 循环流化床锅炉结焦的原因
3.1 床料流化引起结焦的原因
在循环流化床锅炉的启动过程中，若是送风量太小，或者送风量较临界流化风量更小，则会导致添煤速率太快而使得料层流化不佳，进而引起锅炉内局部温度过高的问题，最终产生结焦现象。而局部结焦现象会使得周围颗粒出现粘结现象，并且会渐渐扩大其结焦面积。实际上，锅炉运行时的料层差压可直接对燃烧室的料层厚度进行反映，而料层厚度可直接影响锅炉流化质量，若厚度过大，且缺乏及时的排渣措施或者清除排渣管堵塞，则易导致流化不佳而引起炉膛结焦问题。
3.2 低温结焦的原因
低温结焦常发生在锅炉正常启动或压火启动过程中，在循环流化床锅炉点火升温或扬火时，床温只有 400-600℃，但由于局部流化不畅或风帽堵塞，燃料燃烧释放的热量不能随烟气带走或被受热面吸收，导致热量局部堆积，使床温局部温度高于灰熔点温度，使灰渣熔化结块，随之此区域内的流化状况变差，焦块表面温度低，导致周围区域内的热量被其吸收，使结块范围扩大。另外也有可能由于流化实验没有做好，在运行时操作不当，运行风量低于临界流化风量，造成流化不当会造成结焦。
3.3 运行操作引起结焦的原因
第一，在锅炉启动之前缺乏仔细的检查，若布风板的风帽堵塞问题严重，或者炉内浇筑料存在大面积塌落问题，就会引起局部的流化不佳或过热问题，最终产生结焦现象。第二，启炉投煤时，若是非落煤点床温快速下降，强行启炉，则很容易产生结焦现象。在这一过程中，若投煤量或者投煤时机控制不合理，在煤的质量较差或者床温比较低的情况下，被投进流化床的煤没有完全燃烧，或者没有着火，就会使得锅炉内可燃质不断积累，当燃油温度上升到某个高值时，煤粒燃烧，且床温继续上升，加快了煤粒的燃烧，就会使得床温迅速涨升，无法对其进行控制，最终会产生结焦现象。第三，在锅炉的运行过程中，若长时间存在风量和煤的配比不当问题，则会导致过量给煤，使得床层局部超温而结焦。锅炉处于长期超负荷运行状态，或者负荷增加速率过快，操作不当，则也容易产生结焦。第四，在停炉时，若煤燃料没有得到完全的燃烧，也会析出焦油，引起低温问题，产生结焦现象。
3.4 高温结焦的原因
高温结焦是指在流化正常的状态下，炉床温度整体偏高而发生的结焦。高温结焦在点火升温和正常运行时都有可能发生，在点火升温时，如床温升到 950℃，而未能正常投入返料时会引起高温结焦事故,高温结焦是由于炉膛内温度高于灰熔点的温度，使炉床内的灰渣熔融结块。并且司炉在操作时如果风煤比操作不当会容易引起结焦事故。
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3.5 煤燃烧特性及其灰熔点引起结焦的原因
煤含有一定的灰分，而在循环流化床锅炉燃烧中，煤的灰分熔融特性温度包括熔化温度、软化温度以及变形温度。其中，软化温度高低水平可判断煤灰是否容易出现结焦现象。若灰分不同，相应熔点也会存在差异。若是煤中的Fe2S3，Fe O，K2O，Na2O等含量较大，则其灰熔点较低，易引起结焦问题;当煤中的Si O2，Al2O3含量较大时，其灰熔点比较高，则不容易发生结焦。通常而言，煤的灰熔点介于1 250℃～1 500℃之间，若循环流化床锅炉燃烧所用的煤，其灰熔点小于1 100℃，则其在床温较低的情况下可能会引起结焦问题。另外，煤颗粒处于一定温度下，待液化后，其颗粒之间会有粘结现象，使得煤颗粒难以完全散出其燃烧热量而产生结焦现象。同时，煤颗粒的粒度过大，或者粗颗粒比例过大，都可以影响床层流化，使得炉膛温度过高，最终引发结焦现象。
4 预防循环流化床锅炉结焦的有效措施
4.1 低温结焦处理
司炉人员一旦判断低温结焦，立刻采取果断措施，对于我司的大型循环流化床锅炉只能加大流化风量，使渣块在炉膛内高速流化，由于低温结焦的渣块比较松散，有可能借助风力，在床料的碰撞过程中打散渣块，从而从冷渣机中排出，若渣块将冷渣机堵塞，副司炉应及时连续捅渣，直到正常下渣为止。
4.2 点火预热阶段
启动引风机、一次风机，逐渐开大风机入口调节挡板至料层完全流化，然后减风至微流化状态。如果一次风量过大，则点火过程中热量损失较多，床料加热时间过长，料层不易达到投煤所需的温度，因此通常采用微流化动态点火。油枪点燃后，调节油枪压力至2.0MPa，并相应调节油枪配风，通过看火孔观察，保证油枪火焰具有一定的刚性。锅炉冷态启动时间通常不低于3h，升温不宜过快以免炉墙及膜式水冷壁膨胀过快，一般升温速度应控制在2～5℃/min，运行人员应密切监视床层温度变化。点火宜采用燃点较低的烟煤、褐煤。通常烟煤的着火温度为400～500℃，点火初期需控制料层温升速度，一般控制在2～5℃／min以内。当床料温度升高到450℃左右时可以开始间断投煤，在此温度下，燃煤水分迅速被蒸发干燥，挥发分析出着火、燃烧放热，此时焦炭因吸收挥发分燃烧热量后温度快速上升从而着火燃烧，焦炭燃烧后放出大量热量，使料层温度上升，料层燃料燃烧得以连续进行。
4.3 锅炉运行时的预防结焦措施
在锅炉运行时，需合理控制床温，确保运行风量不小于临界流化风量，保证其料层厚度稳定和风煤配比合理，保障较佳的流化工况，避免床料沉积。在低负荷运行状态下，若床温突然下降，判断为床料沉积问题后，则立即打开冷渣排放管，进行及时的排渣，等到床温上升正常后，再予以适当的负荷调节。在升降负荷的操作过程中，应该坚持两个原则，其一是升负荷时坚持先加风后加煤的原则，其二是减负荷时坚持先减煤后减风的原则。
4.4 预防措施
结焦是循环流化床锅炉的较为常见的故障，它直接影响到了锅炉的安全经济运行，为了避免由于结焦而给公司带来的经济安全损失，司炉人员应在操作中总结经验，严格牢记操作规程，做好预防措施：（1）在每次点火打底料前应进入炉膛内认真检查风帽是否有阻塞，清理杂物。（2）在每次开炉时要认真做好布风板均匀实验。（3）对于煤质要严格把关：a.干燥基固定碳Fcd≧50%；b.灰分软化温度ST≧1200℃；c.粒度≦13mm；d.干燥基无灰基挥发分Qnet，v，ad≧14-20%。（4）点火前应认真检查底料，判断底料的含碳量是否超标，如超标应立即更换底料，以防结焦。（5）点火初期不启动返料风机，待返料充满返料器温度达到900℃时再启动返料风机，以确保有足够的返料灰可进入炉膛，控制床温。（6）点火时要认真检查油枪雾化是否良好，做油枪雾化实验，若雾化不良要清洗有枪头，若因雾化不良导致点火失败要用压缩空气吹扫，若底料渗油过多应更换底料，以防结焦。
4.5 投煤及燃烧调整阶段
点火宜采用燃点较低的烟煤、褐煤。通常烟煤的着火温度为 400 ～ 500℃，点火初期需控制料层温升速度，一般控制在 2 ～ 5℃／ min 以内。当床料温度升高到 450℃左右时可以开始间断投煤，在此温度下，燃煤水分迅速被蒸发干燥，挥发分析出着火、燃烧放热，此时焦炭因吸收挥发分燃烧热量后温度快速上升从而着火燃烧，焦炭燃烧后放出大量热量，使料层温度上升，料层燃料燃烧得以连续进行。
4.6 锅炉返料结焦的预防措施
压火后，应该马上关闭返料阀风与二次风机，再关闭给煤机。若料层温度下降，则马上关闭引风机与一次风机，最后关闭全部风门，使得料层呈静止状态，隔绝空气。同时，要保证采用满足标准的炉内浇筑料和耐火耐磨材料，防止其剥落而引起炉膛和返料器结焦现象。另外，在返料系统投入的过程中要仔细检查其返料是否正常通畅，避免出现返料故障而产生结焦现象。
结束语
综上所述，在循环流化床锅炉运行当中，应确保锅炉的安全经济运行，严格按照操作规程，控制风煤比，调整料层厚度。认真巡检现场运行状态，及时发现问题解决问题，以防止结焦事故的发生。循环流化床锅炉的点火是锅炉安全经济运行的重要环节，而投煤阶段是点火过程中关键步骤，实践证明，必须在点火以前做好点炉的充分准备工作，并做好相应的应急预案，认真完成油枪雾化试验及流化试验。在点火过程中，严格按照操作规程和工作票制度，认真执行每一个操作步骤，确保锅炉点火成功。因此，对循环流化床锅炉结焦现象进行全面正确的认识,并分析其发生的原因，有针对性地采取预防措施，能够在最大限度上为锅炉的安全稳定运行提供保障。
参考文献：
[1] 孙永泰. 解决循环流化床锅炉点火结焦的处理方法[J]. 石油和化工节能，2017（1）：36-37．
[2] 杨建华. 循环流化床锅炉设备与运行[M]. 中国电力出版社 ，2014.8.
论文作者:乔世强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
标签：结焦论文; 锅炉论文; 流化床论文; 温度论文; 熔点论文; 炉膛论文; 低温论文; 《电力设备》2018年第11期论文;