CFB锅炉冷渣器流渣分析与控治措施
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[摘 要]国华宁东电厂循环流化床锅炉在运行中频繁出现滚筒冷渣器流渣问题， 严重影响了机组的安全、稳定运行，增大了人身风险和检修维护工作量。为此针对循环流化床锅炉冷渣器流渣机理进行深入研究， 确定流渣的影响因素， 调研了国内部分易发生流渣的电厂，采取各方面的措施，从多个角度进行解析，从而通过日常调整及技术改造进行控制和治理。
[关键词]循环流化床锅炉 控治 安全稳定 滚筒冷渣器 流渣
中图分类号：K2.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）35-0013-02
1.前言
国华宁东电厂两台 2×330MW循环流化床锅炉自投产以来，滚筒冷渣器频繁发生流渣现象，严重时多台冷渣器相继发生流渣，被迫停用，造成机组限负荷。发生流渣后严重时冷渣器筒体内部被炉渣充满，若不进行人工清理，冷渣器将无法启动，强行启动时导致进渣管固定装置断裂。流渣严重时未经冷却的红渣直接流入链斗输送机、斗式提升机导致设备烧损或变形，而且发生流渣后，经常需要冷渣器停运降温后人工清除，工作量较大、安全风险较高。本文研讨内容结合现场调研和试验，对冷渣器发生流渣的机理进行研究，寻找流渣发生的防治措施，提高机组安全、稳定运行水平，降低人员安全风险和维护工作量。
2.流渣机理研究
为了深入研究流渣的机理，赴发生过流渣的萨拉齐电厂、神华亿利电厂、贵州毕节电厂进行了实地调研，现场采取入炉煤、炉渣、飞灰样品，与宁东电厂的样品一同进行分析。宁东电厂是四家中流渣发生频次最多的，神华亿利和贵州毕节电厂流渣问题已基本可控，通过对发生与不发生冷渣器流渣电厂的cfb 锅炉燃用煤质（发热量、灰分、挥发份、水分）和灰、渣（成分分析）特性研究，煤、灰渣粒径分析，煤的燃烧爆裂特性及其它特性（密度、孔隙率、颗粒球形度、安息角等）研究，和数值模拟计算，发现发生流渣的重要原因是灰渣粒度小。灰渣粒度小致使排渣口处灰渣浓度低，且细颗粒终端沉降速度低，导致进入排渣口的渣量较少。当高负荷时排渣量增大，冷渣器转速较高，落渣管不能形成稳定的渣封（渣封是指渣颗粒在锅炉排渣管出口处堆积的料柱，对流动起阻碍作用，且与管内渣形成的料柱共同起到对气体的封闭作用）以抵消炉膛与冷渣器内筒室间的压力差达到稳定连续的渣流，易造成灰渣喷射流动（流渣）
2.1 炉膛密相区床层密度情况
循环流化床锅炉炉膛内一般是宽筛分固体物料，对于物料中的大颗粒，气流速度低于该尺寸颗粒的终端沉降速度，而对于物料中的细颗粒来说，气流速度已经达到该尺寸颗粒进入快速床所需的气流速度条件。因此，循环流化床锅炉炉膛内，通常会形成下部密相床（鼓泡床和湍流床状态）和上部快速床的流动状态。炉膛内气、固两相流的规律为沿轴向分布一般为上稀下浓的分布，沿径向分布为一般床中心的空隙率较大，而壁面处的空隙率较小，即颗粒浓度在床层中心较小，而在边壁区最浓。根据宁东、萨拉齐、毕节和西来峰电厂计算出的床层平均密度，见表1。西来峰电厂投产两年多，从未发生冷渣器流渣现象。
由表1可以看出发生流渣的宁东、萨拉齐、毕节电厂密相区床层平均密度较西来峰电厂小，宁东电厂尤为显著，说明密相区床层平均密度越小，越容易发生冷渣器流渣现象
2.2 排渣粒度统计分析
由表2可以看出发生流渣的电厂的渣颗粒度均小于未发生流渣的电厂，且灰渣中颗粒级差变化较大，主要是细颗粒组占大多数。灰渣粒度主要受燃烧爆裂特性和磨耗特性影响。另外试验发现由于锅炉排渣口的位置不同，冷渣器之间的排渣粒度是有区别的，受炉膛内给煤口、回料器口、下二次风口等的影响炉内床料粒度分布是不均匀的。有研究显示物料自然流动情况下细颗粒较粗颗粒流动性差，但气固两相流则相反，粗颗粒容易在管内会发生沉降堆积，增大流动阻力，因此对于气固两相流细颗粒较粗颗粒流动性好。研究还发现：流化状态后颗粒物料通过流出孔的质量流量与颗粒直径有关，颗粒直径在0.5mm以下时随着颗粒直径的增加，排出量呈下降趋势，即颗粒粒径越大排出越困难。 当颗粒直径大于0.5mm 时，排出量与颗粒直径关系不大。
2.3 排渣量与排渣管内灰渣沉降量分析
气固两相流进入渣管后在倾斜管道和垂直管道内向下流动进入冷渣器，由于正常排渣时管道内流速很低约0.2m/s左右，渣封的作用使气相速度接近于 “零”，排渣管内相当于一个沉降室，气相对固相的曳力可以忽略，主要是固相颗粒的沉降运动和沉降后的颗粒在重力和炉膛与冷渣器间的压差推动向下流动。在倾斜管段因颗粒沉降气固发生分离，下部是渣流上部是烟气，由于流速较低管道对渣流的阻力较小，最大的阻力来自于渣管出口处，阻力主要来自两个方面：一是渣管出口与冷渣器内筒间的间隙，间隙越小阻力越大；二是排渣管出口处冷渣器内筒渣的堆积高度。只有冷渣器排渣阻力大于重力和压差产生的推动力时，排渣管排渣量才与冷渣器转速成正比，否则将产生流渣。因此，为防止流渣要想办法增大排渣阻力，排渣阻力越大，渣的流动越容易控制。正常排渣时，排渣管内的渣量主要靠沉降作用收集的，沉降量的多少与排渣管进口尺寸、颗粒大小、浓度、密度有关，对于煤燃烧爆裂性强、挥发分大的 CFB 锅炉，渣粒度和浓度较难控制，而增大排渣管进口尺寸可以增大排渣管的渣收集量，有利于防止流渣。
由表3可以看出，发生流渣的电厂终端沉降速度一般是远小于未发生过流渣的电厂的，终端沉降速度的大小主要与渣粒径有关。灰渣平均终端沉降速度越大，相同的排渣入口尺寸、物料浓度条件下单位时间内落入排渣管的灰渣量越大。灰渣颗粒终端沉降速度大于渣管内渣流速，当管内渣的沉积量大于排出量时不会发生流渣。
2.4 锅炉排渣管出口与冷渣器内筒间隙和流渣的关系
设计上是通过调节冷渣器转速调节出力，正常排渣情况下排渣管出口的渣流动相当于散料输送，当冷渣器停止时排渣管内渣流动停止，排渣量与转速成正比，但如果排渣管至冷渣器的系统阻力小于床压与渣管内渣重力产生的流动压力时，排渣管内的渣会继续流动，向冷渣器排渣，甚至发生含气渣流向外喷涌，发生流渣，直至达到平衡状态停止。排渣管出口与冷渣器内筒间隙的大小对渣流动影响较大。通过减小排渣管出口与冷渣器内筒壁肋板的间隙，即减小了流通面积，提高了流动阻力，另外由于排渣中存在一些大的颗粒，这些大颗粒容易在管口处形成堵塞，阻碍渣的流动，从而降低了流渣的发生。
（8）防止锅炉排渣管堵塞。从采购、运输、检验、煤场管理、上煤及燃用等各个环节入手，加强对入厂煤三块的控制，加大三块管控力度，防止“三块”进入炉内，并加强筛分破碎系统的维护管理，确保入炉煤粒径及级配符合设计。加强启动、运行和停运闷炉控制调整，避免锅炉发生高温结焦和低温结焦。从而防止因排渣管堵塞产生流渣。
3.3 运行调整控制措施。
（1）严禁采用突然加、减冷渣器转速的运行方式，应缓慢操作，提前控制。
（2）冷渣器运行控制排渣温度小于150℃，冷却水出水温度小于80℃，如果发现冷渣器进渣温度及出水温度上涨过快，应及时关闭冷渣器入口闸板门，先维持冷渣器运行避免温度过高冷渣器跳闸或出现自流现象，如果冷渣器跳闸无法运行，联系检修处理。
（3）尽可能减少冷渣器捅渣及开关入口插板门的操作方法，维持入口插板二次门一定开度，入口不下渣时先调整冷渣器转速，再捅渣、不行再开门的顺序进行操作，目的是确保冷渣器尾部始终建立良好渣封，保持良好的连续循环排渣方式；如果经常采取关门、筒体渣排空后再开门的操作方法，势必会在开门的瞬间造成大量下渣再加上渣细，不但不容易形成渣封而且会直接流至链斗机，造成筒体内渣温无法及时冷却。
（4）发现冷渣器冷却水回水温度和入口渣温快速上升，不能等到出口渣温涨了才停冷渣器，而是应立即降低转速或停运冷渣器，到就地确认在不威胁人身安全的情况下关小或关闭入口插板二次门。
（5）检修后初次投入，为建立渣封，首先开入口门让下渣管下渣，再启动冷渣器。
（6）如出现冷渣器频繁堵渣、流渣现象，应及时通知输煤更换煤种。堵渣后捅渣前应提前关小冷渣器入口插板门或停运冷渣器进行控制，严禁捅渣时保持冷渣器高转速运行。
4 结论
通过运行实践，调整及研究，针对冷渣器流渣需要从煤质管理，设备维护改造，运行调整控制等各个方面进行管控。我厂逐渐摸索处一套适合我厂控治冷渣器流渣的方案，施行后对冷渣器流渣得到了很大程度的控制，大幅降低了检修工作量和现场危险源，为公司两台机组的长期安全稳定运行奠定了基础。
参考文献
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[5] 蒋敏华，肖平，大型循环流化床锅炉技术.北京.中国电力出版社.2009.7.第一版ISBN978-7-5083-8553-2.
作者简介
王宏（1986.03.24―），男，宁夏银川，2004年06月毕业于兰州电力学校，现宁夏大学本科毕业，宁夏国华宁东发电有限公司运行部值长，助理工程师，集控运行技师。
马斌（1986.04.24―），女，2008年06月毕业于沈阳电力学院，现宁夏大学本科毕业，工作单位宁夏国华宁东发电有限公司，运行部统计主管，技术员，热能与动力专业、宁夏灵武市马家滩韩家沟国华宁东发电有限公司。