大型循环流化床锅炉若干问题探讨刘亚清

大型循环流化床锅炉若干问题探讨刘亚清

刘亚清

（四川白马循环流化床示范电站有限责任公司四川内江641000）

摘要：目前，循环流化床锅炉的国产化、大型化成为洁净煤燃烧领域研究的热点。但大型循环流化床锅炉在运行中存在一些问题。针对目前大型循环流化床锅炉存在的水冷壁腐蚀、排渣、脱硫、变负荷等问题进行了探讨。

关键词：循环流化床；锅炉

循环流化床锅炉燃料适应性强、燃烧条件优越并实现了分段燃烧、炉内脱硫，低污染物排放满足环保要求，所以循环流化床锅炉在我国发展很快。国内设计的循环流化床锅炉容量较小，还不能满足电力生产的需要。因此研究设计大容量的循环流化床锅炉是必须的。循环流化床锅炉的放大是一个很困难的问题，主要在于流态化现象的复杂性。放大后，床内流体动力特性、颗粒混合过程，以至传热传质规律都发生很大的变化。大型床与操作条件相同的小型床相比，气固接触恶化，传热系数和反应速率明显下降。因此不能直接应用小型装置的动力学数据作为大型装置的设计参数。国内目前运行的大型循环流化床除了引进410t/hPyroflowCFB锅炉外，其它都是通过技术合作设计的220t/h循环流化床。从运行情况看，还存在一些问题。如水冷壁腐蚀；脱硫效率达不到设计指标；底渣处理系统排渣不畅等。

1.大型循环流化床锅炉存在的问题

1.1水冷壁腐蚀

大型循环流化床锅炉都存在水冷壁腐蚀问题。水冷壁腐蚀对锅炉的运行和维护都会有影响。循环流化床的运行处于快速流态化，属于颗粒环形流动模型，见图1。中心部分为气固两相垂直向上流动区，四周环行区为气固反向流动区。环行下降的密相区与向上流动的稀相区之间存在固体颗粒的横向迁移和波动卷吸，通常两区域的交界处为R/r=0.80～0.86，其中r为床中心至壁面的距离；R为床中心至颗粒流向改变处的距离。可以看出循环流化床内存在明显的内循环，颗粒混合强烈。颗粒向下流动的区域靠近壁面，这个区域中空隙率很小，颗粒浓度高，气固相对速度大，颗粒与水冷壁发生碰撞的频率很高，从而造成了水冷壁的腐蚀。

图1颗粒流动模型

通常布风板以上5～6m处水冷壁的腐蚀严重，应装防磨片防止腐蚀。另外，加煤口与回料口一般布置在前墙和后墙，颗粒进入炉膛后不能立刻沿横向混合均匀，故炉膛下端前后墙处的颗粒浓度很高，该处的水冷壁腐蚀更严重。因此，应在加煤口与回料口区域增加二次风口，以推动该区域的颗粒向床中心运动。

1.2排渣

排渣是大型循环流化床锅炉正常运行的关键环节，因为只有通过排渣才能维持炉膛床压，排除不燃的大颗粒。排渣分间歇排渣和连续排渣两种，因为连续排渣方式不易控制排渣量，故国内运行的大型循环流化床锅炉都采用间歇排渣。排渣系统包括冷渣器、水冷绞龙、刮板机等。冷却灰渣的冷渣器存在许多问题。220t/hCFB锅炉多数采用选择性排灰冷渣器，见图2。该冷渣器由一个分选床、一个或两个传热床和一个放渣床组成。这种冷渣器运行中出现的问题如下：①灰渣复燃结焦；②处理大块底渣的能力不足，有时出现堵塞；③夹带的细灰未能有效地分离下来，造成热风管道堵塞；④床内换热器埋管腐蚀严重；⑤不能有效地调节排渣量。

图2选择性排灰冷渣器

引进410t/hCFB锅炉在炉膛四角布置了6套底渣排除系统。底渣由炉膛排到流化床冷渣器进行一级冷却，然后再进入水冷绞龙进行二级冷却，冷却后的底渣由输渣机输送到渣仓。运行中经常出现流化床冷渣器超温，尤其是当锅炉满负荷运行且投石灰石时，超温现象明显，这说明冷渣器的冷却能力不足。试验表明，排渣量对冷渣器的运行有很大影响。在恒定的流化速度下，冷渣器床层压降定性地表征了冷渣器中的底渣量，即床层压降高，冷渣器中的底渣量大。图3为床层压降对冷却管换热系数的影响。可见随着床层压降的增大，冷却管换热系数升高，冷却水出口温度也升高；当床层压降较小时，冷却管换热系数小，冷却水进出口温度相差很小，即若排入冷渣器的底渣量小，冷却水的换热量很小。相反，若排入冷渣器的底渣量很大，冷却管换热系数高。出现这种情况的原因是由于冷却管露出段距冷渣器布风板较高，只有当冷渣器中的底渣量较多时，颗粒对流换热增强，从而提高冷却管的换热系数。另外由于冷却水采用除氧器除盐水，进入冷渣器的冷却水就有100℃以上，当排渣量较大时，出口冷却水很容易发生汽化。

图3床层压降对冷却管换热系数的影响

1.3脱硫

大型循环流化床锅炉炉内脱硫是减少SO2排放的有效方式。但国内目前运行的410t/h、220t/hCFB锅炉普遍都未达到设计的脱硫效率。如果单纯地靠增加石灰石提高脱硫效率会产生许多负面影响。如增加运行成本，同时也增加了底渣处理的负担，而且增加石灰石到一定程度不会提高脱硫效率。图4为410t/hCFB锅炉Ca/S摩尔比与脱硫率的关系。从图中可以看出，当Ca/S摩尔比大于1.9后，脱硫率基本上没有变化。另外床温对脱硫效率也有影响，图5为410t/hCFB锅炉床温与脱硫效率的关系。

当床温处在850～910℃时，脱硫效率较高；当床温低于800℃时，石灰石分解生成CaO的速度慢，故脱硫效率较低；当温度高于900℃时，CaO内部分布均匀的小晶粒会逐渐融合成大晶粒，温度越高，则晶粒越大，单位质量内的晶粒数越多少，CaO的比表面积减小，同时在CaO表面还会生成一层阻止CaO与SO2发生反应的硬壳，所以影响了脱硫效果。当温度升高到1000℃，CaSO4会再分解放出SO2而进一步降低脱硫效率。脱硫效率除了与Ca/S比、床温有关外，还与石灰石的特性有关。石灰石分解生成的CaO活性与孔隙率

是不同的，孔隙率大、活性高的CaO脱硫效果好，而且小颗粒石灰石比大颗粒石灰石脱硫好。

1.4变负荷运行

循环流化床的优点之一就是负荷调节方便。对大型循环流化床锅炉来讲变负荷运行很重要，用电高峰时须满负荷运行，用电量减少时须低负荷运行。引进410t/hCFB锅炉最低负荷可达到满负荷时的30%，负荷调节速率可达到7%/min。负荷调节过程中，许多运行参数都将发生变化，当负荷升高，床温也逐渐升高。排烟温度与负荷的关系，随着负荷升高，排烟温度升高。升负荷过程中，随着煤量和风量的增加，炉内燃烧变得强烈，床温升高。在此过程中，负荷调整不能太快，否则，旋风分离器将会受到热应力而变形。另一方面，炉内的燃烧过程不能突变，以防止不稳定燃烧现象出现。降负荷过程中，有时会出现排烟温度低于酸凝点的情况，这样会造成严重的腐蚀。在负荷降低过程中，要注意床温的变化，不能让床温低于着火点温度。

2.总结

综上所述，大型循环流化床锅炉是我国电力行业研究的热点。目前国内运行的410t/h、220t/hCFB锅炉存在水冷壁腐蚀；排渣系统还有许多需要完善的地方，如冷渣器；脱硫未能达到预定的效果；负荷调节还有一些须注意的环节。

参考文献

[1]党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行.北京.中国电力出版社2008(12)

[2]国井大藏.流态化工程[M].北京科技出版社,1981（20～53）