摘要 循环流化床锅炉（CFB）的返料腿堵塞现象在生产中并不少见，一旦出现堵塞，将对CFB锅炉运行的稳定性、经济性影响很大，如处理不及时，则要停炉处理，且清理周期相对较长，给锅炉安全、稳定、经济运行带来严重影响。本文通过对引起CFB锅炉返料腿堵塞各种可能的原因进行详细分析，并对相应的处理措施进行探讨，为循环流化床锅炉的稳定、经济运行提供必要的借鉴。
关键词：CFB锅炉；返料腿堵塞；原因分析；解决对策
1 前言
循环流化床燃烧技术是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术，近20年来得到了迅速发展，开始广泛应用于工业锅炉，电站锅炉以及废弃物焚烧等。我国对该技术的研究起步晚，但进步很快。目前，600MW及以下容量的CFB锅炉已在国内大面积推广，实现了商品化运行。永城煤电控股集团有限公司热电厂建有4×130t/h循环流化床锅炉，采用高温旋风分离、床上静态木炭点火方式、原煤与末矸、煤泥混燃，入炉煤综合发热量控制在2600～3000大卡。返料腿是其返料系统重要组成部分，也是其区别于其他类型锅炉的特征之一，返料腿堵塞对CFB锅炉的安全、稳定、经济运行具有很大的影响，本文针对返料腿堵塞机理及解决对策，结合实践进行了分析、探讨，对减少CFB锅炉料腿堵塞事故的发生起到很好的防范作用。
2 CFB锅炉返料腿堵塞经过（以最近一次为例）
近几年，永煤热电厂四台CFB锅炉在点火启动后或长周期运行过程中，时不时发生返料腿堵塞现象，给锅炉安全、稳定运行带来严重影响。最近一次堵塞情况，2017年4月16日8：30分，永煤热电厂3#CFB锅炉点火启动，9：25分，1#2#3#4#床风室压力分别为5.2KPa、5.3KPa、5.3KPa、5.4KPa，上下床温分别为926℃/943℃、976℃/963℃、986℃/921℃、931℃/996℃，点火指挥员指挥司炉助手放返料灰，9：46分，两侧返料器已见红灰，司炉助手汇报点火指挥员，点火指挥员随即命令投运A侧（东）返料，9：48分，司炉启动返料风机后，助手开启A侧返料器松动风阀与返料风阀后，A侧返料温度
测点由158℃逐渐上升，9：58分升至626℃，床温维持在980℃左右，东侧返料投运正常；10：02分，采用同样方式投运B侧（西）返料，10：16分，B侧返料投运正常，11：06分，并汽结束，正常接带负荷，3#炉转入正常运行。15：56，正常运行中3#CFB锅炉A侧返料腿温度逐渐从930℃下降326℃，且四个床床压从8.6～9.2 KPa 突降至5.8 KPa 左右，炉膛差压从263Pa降至16Pa左右，炉膛负压由-320Pa增至负压表最大显示量程-500Pa，蒸汽流量由123t/h降至96t/h，热工人员对仪表进行校对后认为仪表显示准确，运行人员判断A侧返料腿出现堵塞，立即采取了加大返料风与人工放返料灰等方法进行处理，以改善了A侧返料腿返料灰流通状况，但是效果不明显，后来返料灰已放不出，人工疏通后有结块现象，16：32分被迫停炉。经打开分离器入口人孔门检查发现，B侧正常，A侧料腿堵料严重，已堆积至13米处，内部返料灰结块严重，而且这些结块有明显的受潮特征，经过进一步检查发现，A侧分离器顶棚南侧水冷壁漏水，漏点的位置在东南角锅炉顶棚水冷壁和南侧侧墙水冷壁的结合部，正对A侧分离器的烟气入口，泄漏点处四周结满了坚硬的灰焦（见图1），锅炉炉膛其它部位没有类似结灰现象。分离器入口处的底部有硬块的锅炉灰渣沉结。
3 CFB锅炉返料腿堵塞原因分析
3.1分离器或返料系统周围受热面泄漏致使返料腿堵塞（如上例所述）
由于受热面大量泄漏，汽水混合物直接与返料灰结合，造成返料灰潮湿，流动性变差，分离器分离下了的物料颗粒在向返料腿运动过程中，很容易粘附在料腿壁四周，最终导致在料腿内堆积或形成棚架现象，如发现不及时，大量堆积后发生板结，造成返料中断，返料腿堵塞（见图2）。
3.2分离器返料腿四周受热面耐磨耐火浇注料脱落致使返料腿堵塞
CFB锅炉分离返料装置需要通过提高烟气流速，分离器进口烟气流速达到20m/s，利用离心力达到粗细颗粒分离之目的，高流速必然伴随着高磨损，为保护分离返料装置四周的受热面不受冲刷磨损，延长锅炉运行周期，CFB锅炉分离返料装置四周的受热面均采用耐磨耐火浇注料全密闭防护。由于温度波动和热冲击以及热应力造成耐磨耐火浇注料产生裂缝或剥落。首先，温度波动时（特别是在锅炉启动时），耐火材料骨料和粘合料间热膨胀系数不同而形成内应力，从而破坏浇注料层，造成耐火材料内衬裂缝和剥落。其次，温度快速变化造成的热冲击可使耐磨耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落。再次，机械应力所造成的耐磨耐火材料的破坏则主要是由于耐磨耐火材料与穿过其本身的金属水冷壁管件间的热膨胀系数不同造成。最后，由于材料质量或施工工艺等各方面原因，造成受热面表层浇注料保护层强度不够。以上四种原因，导致运行过程中耐火耐磨浇注料保护层发生大块脱落，脱落的浇注料块卡在返料腿处或落至返料器床上，导致返料堆积料腿堵塞。2#炉在2016年因浇注料脱落导致风量不足致使返料腿堵塞而停炉（见图3）。
3.3流化风风量不足或压头不足，造成循环物料大量堆积致使返料腿堵塞
永煤热电厂四台CFB锅炉返料器所需流化风由一次风机出口引出，经返料风机增压后送至返料系统，保证返料系统正常运行时所需风量。锅炉正常运行时，由于返料系统流化风量无计量而无法监视，运行人员一般通过返料风压这一参数判断返料风系统的运行工况。锅炉长周期运行中，首先，由于返料器风帽受冲刷磨损或高温影响，会因材料结构变化而发生风帽头炸裂或掉落现象；其次，返料器风帽孔被灰渣堵塞，造成通风不良；再次，返料器底部风室或风管内落入冷灰，造成风量流通截面积不够；最后，返料器布风板浇注料松动，导致风帽直接脱落。以上四种原因导致风量不足或风压不够，造成循环物料大量堆积致使返料腿堵塞。3#锅炉在2017年因返料器大部分风帽烧毁，导致风压不足致使返料腿堵塞停运（见图4）
3.4旋风分离器出口处所结焦块脱落，造成循环物料堆积而使返料腿堵塞
由于烟气在旋风分离器进口做高速切向流动，在两侧A、B分离器进口东南角与西南角的受热面耐火耐磨浇注料层上结有层状的焦块，呈波纹状，每片厚度在5~10mm左右，表面光滑，颜色呈暗红色，敲击有清脆声音，总体结焦高度约2米左右，随着锅炉运行周期的延长，此焦块体积会不断增长，当自身重力达到一定时，在烟气流动作用力的影响下发生掉落，落至返料器床层，从而使流化变差物料堆积导致返料腿堵塞，其中4#锅炉在2015、2016年因此种原因发生两次返料腿堵塞情况（见图5）
3.5返料温度超温结焦，导致返料腿堵塞
永煤热电厂四台130h/h CFB锅炉均采用原煤+末矸+煤泥的燃料掺混模式，入炉煤综合热值控制在2600-3000cal，各煤种具体成分分析见下表。煤泥采用煤泥泵从炉顶开口给入，永城矿区前几年煤泥品质较高，发热量能达到4000大卡左右，高品质煤泥从顶部进入炉膛后水分被迅速蒸发而爆裂燃烧，由于距离炉膛出口较近，未完全燃烧就被烟气携带进入分离器，未燃尽的较粗颗粒被分离器分离后进入料腿继续燃烧，造成返料超温，达到灰颗粒的变形温度，返料开始变黏结团，流动性变差，粘附在返料腿周围受热面的浇筑层上或形成搭桥，最终造成返料腿堵塞。2#炉在2014年发生一次返料温度达到1268℃（永城矿区煤中灰分变形温度为1300℃），最终造成返料腿结焦停炉。
永煤热电厂煤 灰化验单
4 CFB锅炉返料腿堵塞解决对策
4.1受热面泄漏与耐磨耐火浇注料脱落所导致返料腿堵塞的解决对策
分离器与料腿四周水冷壁整体采用抗热冲击、耐磨、热惰性小的高性能浇注料，避免运行过程中浇注料保护层产生裂缝或剥落。另外，利用每次停炉机会，对所有受热面浇注料保护层全面细致检查，发现裂缝或剥落部位及时修补完善，杜绝因水冷壁受到冲刷磨损而发生泄漏；
4.2流化风风量不足或压头不足，造成循环物料大量堆积致使返料腿堵塞的解决对策
针对返料器风帽炸裂或掉头引起的流化风量不足或压头不足的问题，提高风帽材质，采用ZG8Cr26Mn7N材料，提高其耐高温、耐磨、防炸裂性能，延长其使用寿命；针对返料器底部风室漏冷灰造成的流化风量不足或压头不足的问题，首先，通过调整风帽开孔角度，向下倾10°角左右，能够有效减少细颗粒物料通过风帽小孔进入底部风室。其次，在返料器底部风室加装放灰装置，锅炉运行过程中运行人员定期排放漏入底部风室的冷灰（见图6）
4.3旋风分离器出口处所结焦块脱落与返料温度超温结焦，导致返料腿堵塞的解决对策
首先对旋风分离器出口处结焦机理进行分析，通过查阅相关资料与现场状况分析，此处结焦主要原因为分离器南侧与左右侧水冷壁交界处夹角为90°角，角度过小，高速烟气流作切向旋转时，此处阻力较大，从而导致烟气流速降低，高温灰颗粒在浇注料保护层表面粘附而结焦，针对结焦机理，我们采取将分离器南侧与左右侧水冷壁交界处夹角增大至150°角，使其基本呈圆弧状，以此来降低烟气阻力，减少此处结焦量，同时，每次停炉后采取人工除焦，两项措施采取后取得较好效果；其次，通过严格控制运行过程中炉膛出口温度不得超1100℃，如因调整不当或煤质突变导致炉膛出口超温，司炉应及时通过燃烧调整尽快降至控制标准以下，并加强放返料灰，以防返料超温而结焦。
4.4完善返料器运行工况监视手段，设置返料风压、风量，返料温度、负压、炉膛差压、风室压力等工况监视点，锅炉运行人员通过这些参数监视，对返料腿运行工况实时监督，发现异常及时调整、处理，如不能恢复正常，则及时采取停炉措施，尽量减少料腿积存灰量，减少后续处理工作量及时间，为锅炉尽快恢复运行创造条件。
5结论
通过对CFB锅炉返料腿堵塞原因的分析，并研究，制订上述措施并付诸实践，近年来，永煤热电厂四台锅炉已基本避免了因返料腿堵塞而停炉现象的发生，实现了机组安全、稳定，经济、长周期地运行。
参考文献：
[1]路春美，陈世庆等，《循环流化床锅炉设备与运行》，中国电力出版社
[2]邓化凌，宋云京等，《循环流化床锅炉快速磨损失效机理》，中国电力出版社
作者简介：
张磊，河南永城人，永城煤电控股集团有限公司热电厂安全生产部从事火电厂安全与生产技术管理工作。
论文作者:张磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：锅炉论文; 料器论文; 结焦论文; 分离器论文; 风帽论文; 永城论文; 炉膛论文; 《电力设备》2018年第18期论文;