循环流化床锅炉低负荷运行返料器间断性返料分析

循环流化床锅炉低负荷运行返料器间断性返料分析

谢永生

合肥东方热电有限公司 合肥 230061

【摘要】本文笔者主要针对循环流化床锅炉在低负荷运行过程中在由炉膛、旋风分离器、料腿以及返料器组成的循环系统中的物料循环时发生物料间断性返料现象进行浅要分析，分析锅炉在低负荷运行时的物料循环特点以及引起锅炉低负荷运行返料器间断性返料的原因，得出控制措施。希望能够为循环流化床锅炉的优化运行提供值得借鉴的思路。

【关键词】循环流化床锅炉；物流循环系统；间断性返料；运行控制

对于75t/h循环流化床锅炉，运行时的负荷范围在30%-110%，其经济负荷在60t/h左右。锅炉运行负荷的高低直接导致锅炉运行状况的变化，状况变化最直接的反应是在锅炉系统各参数的变化上。这些状态的变化，有的反应变化迅速，立竿见影，如床温的变化、煤量的变化等；有的则是缓慢发展，需要较长时间才能能反应出来，要几十个小时甚至几百个小时，如循环量的变化、循环灰积灰的变化等。

对于循环流化床锅炉运行时，负荷由60t/h降至30t/h时，锅炉的物料循环量会缓慢发生变化，物料循环系统积灰情况缓慢增加，再加上由于低负荷运行对旋风分离器的运行效果的影响，会导致返料器间断性地返料。间断性返料时的返料量突然增大，物料循环系统的部分参数系数变化，返料结束后参数恢复正常。

1 75t/h循环流化床锅炉在低负荷30t/h负荷时物料循环系统参数对比

75t/h循环流化床锅炉在低负荷30t/h时，发生间断性返料时的物料循环系统参数变化对比如下表：

锅炉负荷30t/h

在大量约5分钟左右后，锅炉恢复到之前稳定运行状态。

2 循环流化床锅炉高低负荷时炉膛物料自由空间高度的变化

在循环流化床锅炉正常运行中，在炉膛内，一次风通过布风板将物料以一定的速度吹向炉膛上部运动，很多颗粒物料被夹带着抛掷向上，在此过程中，一些终端速度低于表观气速的颗粒在经过一定的分离高度后将陆续返回床层，只有那些终端速度低于表观气速的颗粒才能被一直夹带出去，因此在炉膛内存在着一个输送分离高度TDH^[1]。在该高度以上，气流中的颗粒浓度不再降低，通常把床层表面至TDH之间的空间成为自由空间高度。

循环流化床锅炉在由高负荷转向低负荷运行的过程中，随着给煤量的减小，一、二次风量的减小等因素，导致物料量减少，夹带和扬析力量减弱，以及颗粒细度变细等，这些会导致循环流化床锅炉在由高负荷转向低负荷运行的过程中输送分离高度TDH变小，炉膛物料的自由空间高度下降，所以在炉膛出口的颗粒平均细度大幅度变细，同时灰量还在减少。所以从炉膛出口带出的物料的特点变化是物料浓度减少，颗粒平均细度变细。

3 循环流化床锅炉低负荷运行时旋风分离器的物料运行状态及运行影响

在循环流化床锅炉低负荷运行时，由炉膛出口进入入旋风分离器的物料特点发生变化：物料浓度减少，颗粒细度变细。根据循环流化床锅炉旋风分离器效果影响因素，飞灰粒径和颗粒物浓度对旋风分离器的分离效果都有影响。

灰粒的许多物理化学性质对旋风分离器性能都有影响,其中影响较大的是飞灰的浓度、粒径等。粒径越大其沉降速度就越大，大量实验可以看出，循环流化床高温旋风分离器对粒径大于50μm颗粒分离效率大于90％；对粒径大于100μm颗粒，分离效率近100％；而对粒径小于50μm颗粒，分离效率不是很理想^[2]。

旋风分离器存在一个临界颗粒浓度，当分离器进口物料浓度小于临界颗粒浓度时，颗粒在旋风分离器内的运动表现为离散的、无团聚的现象，旋风分离器的分离效率随着浓度增加而增加，分离器阻力随着浓度的增加在减小，当旋风分离器进口物料浓度大于临界颗粒浓度时，旋风分离器的阻力随着浓度增加而增加，旋风分离器的分离效率会在浓度的很大变化范围内保持不变。

在低负荷运行时，从炉膛出口进入旋风分离器的物料颗粒浓度减小，粒径变细，所以在旋风分离器中运行分离作用相对减弱，颗粒在旋风筒和锥体内旋转向下的外旋气流运动量减弱，同时从锥体中心旋转向上到中心筒的内旋气流运动量加强，所以物料颗粒由锥体进入料腿的流动过程会减弱，流动动量减小，同时导致物料颗粒由锥体进入料腿时动力减弱，阻力加大。当锥体内表面上有异物时或是通过料腿的向上返料风（松动风）加大时或是引风量加大中心筒抽力加大时，又都会对物料颗粒由锥体进入料腿的运动过程增加阻力。

所以在循环流化床锅炉低负荷运行时的炉膛出口物料颗粒平均粒径和浓度的变化特点来说，在进入旋风分离器内会导致旋风分离器的分离及工作效果减弱。

4 物料在旋风分离器锥体和料腿中的积聚和间断下落情况

循环流化床锅炉低负荷运行、引风量即中心筒抽力增加、返料风量加大、锥体内表面或是料腿内有异物，这些因素都会导致旋风分离器的分离效果下降，同时对物料颗粒由锥体进入料腿的过程流畅性减弱，物料颗粒会在锥体内表面或是料腿内积聚。

当物料颗粒在锥体内表面或是料腿内的积聚达到一定量时，随着积聚物料的重力作用变化或是扰动力变化，会使锥体内表面或是料腿内的积聚的物料颗粒突然下落，进入料腿和返料器中，出现间断性返料的现象。

现在的75t/h循环流化床锅炉应环保要求，增加了SNCR（或SCR）脱硝系统，系统中在锅炉旋风分离器进口安装了尿素喷枪，在锅炉正常运行时，SNCR投入时，由喷枪向锅炉旋风分离器进口烟气中喷入尿素溶液。尿素溶液的喷入再加上尿素喷枪的雾化效果不佳时，对循环流化床锅炉低负荷运行时，对进入旋风分离器的物料颗粒有集聚和成团作用影响。集聚成团的物料灰团会不断变大，进入旋风分离器中，造成异物，随即可以进入料腿和返料器中，这对旋风分离器的分离效果和返料器的返料以及整个物料循环都极为不利，颗粒团下落时会造成间断性大量返料。

5 物料在返料器中的运行情况分析

循环流化床锅炉中，返料器的来料侧与料腿连接，出料侧与返料斜管连接，与出料斜管连接侧是返料器的上升段，两侧下部连通，返料风由返料器底部通入。由于自然堆积的作用，当返料风量Q=0时，返料器不工作；当返料风量Q大于一定值时，物料开始流化，并在料腿物料重力的作用下形成自流，通过返料器进入炉膛。由此可见，返料风量Q是决定返料器工作的因素，它与返料风源压力、返料器上升段阻力以及布风阻力有关。运行中只要返料风量保持畅通稳定，循环灰时可以保持运行流动的稳定性。如果循环灰进入返料器时形成集聚状，或返料器内部结构尺寸发生改变，都会对运行返料过程造成影响。

6 控制循环流化床锅炉低负荷运行间断性返料措施

在循环流化床锅炉低负荷运行时，运行人员要加强对物料循环系统循环情况检查，加强对各参数的变化分析；多对返料器放灰，检查物料循环质量；低负荷运行时锅炉不要投尿素，撤掉尿素喷枪，避免物料颗粒集聚成团；在平时的锅炉运行过程中，加强对尿素喷枪的定期检查，保证喷枪的质量完好，有损坏时及时更换，保证尿素雾化质量。

7 结语

综上所述，造成循环流化床锅炉低负荷运行间断性返料的现象，主要是由炉膛出口进入旋风分离器的物料的变化和整个物料循环系统产生物料团或浇注料等异物引起，相关人员应加强对循环流化床锅炉物料循环系统的深入研究，总结循环流化床锅炉运行调整中间断性返料甚至大量返料的控制措施，为循环流化床锅炉更稳定高效运行做出贡献。

　参考文献

1. 循环流化床锅炉理论设计与运行.岑可法.倪明江.等编著.中国电力出版.

2. 循环流化床锅炉设备与运行.路春美.等编著.中国电力出版社.