黑龙江省特种设备检验研究院 黑龙江省哈尔滨 150028
摘要：随着世界洁净燃煤技术的发展,循环流化床燃烧技术已基本成熟,制造和运行成本都较低,在保证高效燃烧的基础上能显著降低废弃物的排放,可以满足目前严格的环保标准。虽然流化床锅炉是一种洁净煤燃烧技术,但是在实际运行中,锅炉的结焦事故是危害循环流化床锅炉安全运行原因之一。本文对循环流化床锅炉结焦进行了分析,介绍了结焦应该采取的对策和措施以及注意事项。
关键词：循环流化床；结焦原因；预防措施
循环流化床锅炉结焦一般分为高温结焦、低温结焦和渐进性结焦3种。
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，常在起动和压火时的床层中发生，并有可能发生在高温旋风分离器的灰斗内，以及外置换热器和返料机构内。
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现象。其特点是面积大，甚至波及整个炉床，而且从高温焦块表面上看是熔融的，冷却后呈深褐色，质地坚硬，并夹杂少量气孔。
渐进性结焦是运行中较难察觉的一种结焦形式，主要因布风系统设计和安装质量不好、给煤颗粒度超出设计值、运行参数控制不当、风帽错装或堵塞等所致。炉内结焦是由于高温结焦、低温结焦、渐进性结焦和油煤混燃时间较长以及流化不正常引起的结焦，这3种结焦类型并不是明显分离的，不论是哪种类型的结焦，一旦渣块在床料中存在并随着时间的推移，焦块将越来越大，造成流化困难，结果会堵塞排渣管，最后甚至被迫停炉。
一、循环流化床锅炉结焦原因分析
循环流化床锅炉结焦的主要原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度，以及炉内流化工况不良等。
1、生产运行中结焦的可能原因：
（1）燃料的影响
若煤的灰熔点低，当煤颗粒在床温较低水平下无法充分燃烧或在炉膛内较高温度下熔化成液态或软化状态时，相互黏结，且自身燃烧放出的热量无法及时传出，就会产生结焦。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。另外，煤种变化太大，燃料制备系统选择不当，煤粒度太大，或粗颗粒份额较多也会严重影响床层的流化，导致密相区超温而结焦。
（2）运行参数的影响
运行中一次风量太小或减风至流化极限以下，会造成料层流化不好而出现局部温度过高的情况，一旦局部出现结焦就会黏结周围的颗粒而使结焦扩大。这种情况主要发生在起动过程中，因为起动时料层太低，风量较小，整个料层未能均匀地达到较好的流化状态。另外，料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数，在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量，启炉时料层过簿或过厚，如料层厚度过大，有可能引起流化不好造成炉膛结焦或灭火。
（3）返料影响
返料风过小，或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞，或因料层差压高放循环灰外泄失控等原因，返料无法正常返至炉内，都会造成床温过高而结焦。若此时再通过加煤来维持压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下会急剧上升而导致床上结焦。若运行中返料温度过高，可能会造成返料器内结焦。
（4）结构方面的影响
布风板设计不良，流化风量偏低，常时间流化不良。一次风量过小，低于临界流化风量，物料流化不好。炉底风压过低，布风板阻力较低，（一般布风板阻力应为整个料层阻力的25～30％），布风不均，致使炉内流化不良，在床层内出现局部吹穿，而其它部位供风不足，床温偏高，物料产生粘结，从而形成焦块。风帽布置不合理或风帽损坏，造成布风板布风不均，会造成部分料层不流化而产生结焦。另外，返料阀设计不当，返料风可能导致阀体内可燃物的燃烧，从而使返料温度升高造成返料器内结焦。
（5）运行操作人员问题的影响
人为的误操作，增减负荷操作不当：先加煤而后加风；不观察风室静压而随便调节风量。压火时操作不当，冷风进入炉内。操作技术差，点火阶段：流化试验未做好；两侧油枪出力不等；投煤过早，操作不及时。在设备运行阶段：风煤比长时间失调；风量与煤量调节幅度大。床温测量装置故障，床温表失准，造成运行人员误判断或对某一单点床温偏高束手无策。操作注意力不集中，未观察床温涨跌情况；运行人员对床温监视不严造成超温。
根据一些文献资料介绍，实际颗粒的温度比床温测点测得温度要高150～200℃，可知虽然床温测点反映的温度不高，但实际温度已达1000℃多度，部分颗粒产生粘黏，形成焦块，并逐步长大。当出现燃烧故障时，循环流化床锅炉床温的变化是非常快的。由于炉膛内的物料很多，热容积大，床温如不能及时控制，极易产生结焦。未注意炉膛料层差压；没有注意冷渣机是否已堵。交接班不清，对锅炉燃烧状况不了解，锅炉长期超负荷运行或负荷增加过快；未讲清设备存在的而未解决的问题。【2】
2、工艺方面结焦可能原因分析：
（1）点火时料层升温速率过快：一次风量偏大、下煤过快。
（2）炉膛温度过高，约≥1100℃，超过煤的灰熔点：超负荷运行。
（3）料层（密相区）过厚：下灰次数少。
（4）料层太薄：放渣过多。
（5）流化不良：一次风量小、下煤量瞬时增大、大颗粒或铁器沉底。
（6）燃烧不充分：风煤比失调、二次风量不足。
（7）返料不及时，致使床温过高。a、返料器内结焦；b、返料风量小。返料风机跳闸会使返料风量瞬间减少甚至为零，返料量大为减少，从而无法带走炉膛中料层的热量而引起料层超温，控制不当就会引起料层结焦。
返料风机跳闸，应及时启动备用风机运行；保证返料正常。所有返料风机都故障，返料中止，造成床温急剧升高、料层差压下降、炉膛差压减少；要大量减煤，加大一次风，返料器放灰；迅速降低锅炉出力运行。返料风机短时间不能及时恢复运行的，锅炉作压火处理。
防止返料系统结焦应及时放返料灰，为防止炉膛结焦应及时减煤或停止给煤并加大一次风，并注意调整排渣速度，减小二次风减负荷，如返料风机一时不能恢复启动，应作压火处理，如有一次风联络阀应将联络阀打开用一次风进行返料，但要相应降低负荷运行。
（8）局部温差大：料层铺设不均匀、两条下煤管下煤量不均匀、播煤风量过小。
（9）长时间单条皮带给煤。
（10）床温不稳定：风量不稳、给煤量不稳、仪表指示不准确（仪表安装位置不精确，致使监测数据不准）。
3、设备方面结焦可能原因分析：
（1）、炉膛风帽脱落。
（2）风帽质量差：风孔大小不一、风帽耐高温性差、风孔易堵塞。
（3）风机故障：一次风机跳闸（设备跳闸、电气跳闸）、二次风机跳闸（设备跳闸、电气跳闸）、返料风机跳闸（设备跳闸、电气跳闸）。
（4）风管泄漏，风量不足。
（5）油枪雾化效果差：油管进口总阀不动作或不灵敏、给油泵打量不足（油管堵塞、油枪喷孔过大或过小、油压低）
（6）调风挡板开度不到位：异物卡阻、自调装置失灵、档板摇杆脱落。
（7）炉墙倒塌。炉内浇注料大面积塌落，造成局部流化不良，过热而结焦。
（8）返料器工作不正常：浇注料脱落或堵塞、返料风机故障、返料器内风帽脱落、返料器内风帽堵塞。
（9）放渣管堵塞：放渣口风帽配置太少；密封不严，造成管内结焦。
（10）运行过程中由于给煤机运行不正常，给煤量测量不准而给煤过多，造成床层局部超温或长时间给风等也是造成结焦的原因。
4、燃煤方面结焦可能原因分析：
（1）粒度不均：没有进行筛分。
（2）煤粒直径过大：机械加工不到位。
（3）煤质较差：灰熔点低、固定碳含量少。
（4）煤质突变。
（5）煤湿度比较大。
（6）煤矸石粒度大。
（7）煤配比不当
循环流化床锅炉由于环保性能好，已成为火力发电厂和工业锅炉领域的热点，目前，国内的循环流化床锅炉技术正在向更大容量方向发展。但是，很多循环流化床锅炉都不同程度存在出力不足、运行周期短、灰渣不完全燃烧损失高、排烟损失大等问题，出现这些问题除设计不当外，还有运行方式不合理所致，可以通过优化调整改善其运行性能。
而引起循环流化床锅炉结焦的因素较多，且机理复杂，但均可归结为低温结焦、高温结焦及两者交互作用的渐进性结焦。目前，国内大型循环流化床锅炉均不同程度的发生过结焦现象。但只要我们事先针对不同的煤种和类型的机组仔细地做好防范措施，在流化床锅炉运行中，良好的流化质量是防止结焦的关键，同时运行中尚应认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数，作为运行人员，需应努力提高大型循环流化床锅炉技术的理论水平，同时多借鉴同类机组的运行经验，分析产生结焦的原因，执行各项防止结焦的技术措施，在实践中不断积累操作经验。运行时认真的监控，一旦发现问题及时采取措施而不是拖延处理，那么，即使是燃烧劣质无烟质的循环流化床锅炉也完全能避免、控制和防范炉内结焦现象的发生。
二、循环流化床锅炉结焦的预防措施
循环流化床锅炉结焦一旦产生，便会迅速增长，焦块长大速度越来越快，因此预防结焦和及早发现结焦并予以清除是运行人员必须掌握的原则。
1、改变燃煤的焦结特性，对预防循环流化床锅炉结焦具有明显的实用意义，保证良好而稳定的入炉煤质，特别是粒度、细度、矸石、熔点等指标一定要严格控制，入炉煤颗粒度符合要求。
2、启运前准备充分，在每次锅炉起动前认真检查风帽、风室，清理杂物。起动时，应进行冷态流化试验，确认床层布风均匀，流化良好。
3、加快起动速度，尽量缩短油煤混烧时间，否则油煤混烧时间过长，调整不当极易发生结焦，尤其投煤初期煤油混烧阶段，大量的煤投到炉内不能完全燃烧，很容易和未燃的油粘在一起形成局部高温结焦。点火初期当床温达到投煤温度时，应立即投煤，燃烧稳定后果断断油。在事故处理过程中，也应及时断油，使煤油混燃时间缩短，防止结焦。
4、锅炉起动期间，返料装置必须充满灰后方可投入，以防风反窜。点火初期先不投返料风，待底料中的细灰充满返料装置后则应开返料风（一般是点火后半小时），保证床内有料，否则，床温将难以控制。
5、点火过程中，床温达到500℃以上可加入少量的煤以提高床温。刚开始投煤时，不得过快过猛，遵循少量间断的原则。如果加煤量过多，由于煤粒燃烧不完全，整个床料含碳量增大，一旦加大风量，就会猛烈燃烧，床温上升很快，甚至超过灰的软化温度，结果造成整床超温结焦。点火给煤过程中若发现底料局部发亮或底料温度急剧升高，说明底料有结焦的趋势，则应该减少给煤量，增加风量防止结焦。
6、综合考虑结焦和控制NOx的影响，床温应控制在（850～950）℃之间，最高不应超过1000℃，通过调整风煤配比及返料量控制。如因煤粒变粗或煤质变差等原因引起床温波动，应视情况适当提高一次风量来流化床层，抑平床温，以免出现大颗粒沉积，造成局部或整体超温结焦现象。如床温几点极不平衡或个别点极高，应遵循就高不就低的原则及时进行处理。国外的研究报告和国内运行经验证明，流化床中的结焦温度比煤粉炉中低得多，一般情况下，流化床中温度低于灰软化温度（150～250）℃就开始结焦，因此建议控制局部床温不能高于（950～1000）℃。另外，在低负荷运行时，如发现床温突然下降，除了断煤外，很可能是床料沉积，这时若增大给煤量，反而会加剧沉积，使流化床的流化质量变差，造成局部结焦。当判明是床料沉积时，应打开冷渣排放管放渣，待床温正常后，适当调节至较高负荷下运行。变负荷运行时，也应控制床温在允许范围内，做到升负荷先加风后加煤，降负荷先减煤后减风，燃烧调节要平稳，燃烧调节要做到“少量多次”的调节方法，避免床温大起大落。
7、运行时应控制返料温度最高不能超过1000℃。温度过高有可能造成返料器内结焦，特别是在燃用较难燃的无烟煤时，因为存在燃料后燃情况，温度控制不好极易发生结焦。返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节，如温度过高，可适当减少给煤量并加大返料风量，同时检查返料器有无堵塞，及时清除，保证返料器的通畅。
8、料层差压应控制在（7～9）kPa之间。料层差压（料层的厚度）可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。锅炉运行中，如果料层差压超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开放渣管排渣；如不能清除，应立即停炉检修。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，不允许一次放过多的床料，不得用压风的方式降低料层差压。排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。
9、运行过程中，保持合理的风煤配比及一、二次风配比。运行中一次风量不得低于对应料层厚度下的最低临界流化风量，以保证床料流化正常。二次风补充燃烧中氧的不足，其调整应根据燃煤挥发分的高低随负荷进行。
10、压火时首先关闭返料阀风、二次风机，然后停止给煤机，待料层温度比正常温度降低50℃左右时，立即停止一次风机和引风机，并迅速关严送风门，使料层从流化状态迅速转变为静止堆积状态，与空气隔绝，动作越快越好。
11、对于高温分离器，保证任何时候含氧量不低于3％～5%，以降低飞灰可燃物含量，防止分离器和返料机构内发生二次燃烧而超温。运行中要定期察看返料的情况，监视返料器床层的温度是否正常。若超出正常值很多，可能是发生了二次燃烧。此时应加大返料风量，打开返料床排灰阀放灰。若温度低于正常值很多，说明返料器发生时应打开排灰阀放灰，同时加大返料风量。若仍不能消除故障，则必须压火检修。
12、应确保合格的炉内浇注料及耐火耐磨材料质量及施工质量，防止因浇注料等材料塌落而引起结焦。
13、防止采用后墙给煤的锅炉密相区回料口出现结焦。采用后墙回料阀给煤的循环流化锅炉，在点火调试阶段，易出现回料口超温结焦现象，原因是：点火阶段回料量少，给煤不能迅速被回料带入炉内，堆积在回料口，引起局部燃烧过强导致超温结焦；回料量少，导致烟气反窜向回料口，回料口处形成旋涡；挥发份在此燃烧造成超温结焦。改造的办法是在回料斜腿上加装朝向其出口的高速冷风管道，该股风一方面把挥发份吹进炉内，破坏回料口旋流，防止燃烧；一方面起到播煤风的作用。这样，回料口超温结焦问题可基本解决。
14、改造流化床两侧和水冷风室两侧人孔上的看火孔，以便在运行中运行人员能明显看到床料流化情况和风帽漏渣在水冷风室里的堆积情况。
15、安装炉膛差灰装置和返料增压风机
为监视返料机构是否正常工作，避免结焦或堵塞，可安装炉膛差压装置和返料增压风机。炉膛差压指燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差，是监视返料器是否正常工作的一个参数。一般炉膛差压控制在0.5kPa以上。运行中若炉膛差压突然降低，则表明物料循环中止，返料器发生了堵塞。运行中只要认真监视炉膛差压，返料机构结焦是可以预防的。
为提高返料风压头，保证返料床层良好的流化和移动状态，在一次风压不能满足返料要求时，安装返料风增压风机对预防返料器结焦是非常有意义的。
结束语：
引起循环流化床锅炉结焦的因素较多，且机理复杂，但均可归结为低温结焦、高温结焦及两者交互作用的渐进性结焦。目前，国内大型循环流化床锅炉均不同程度的发生过结焦现象。但只要我们事先针对不同的煤种和类型的机组仔细地做好防范措施，在流化床锅炉运行中，良好的流化质量是防止结焦的关键，同时运行中尚应认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数，同时多借鉴同类机组的运行经验，根据分析产生结焦的原因，采取防止结焦的各项技术措施，在实践中不断积累操作经验。
参考文献：
[1]杨圣春，CFB锅炉生产运行中结焦分析，上海发电设备成套设计研究院.
[2]周宝欣，《循环流化床锅炉技术问答》中国电力出版社，北京，2006.