循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）以其突獨(dú)特的流體動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)使其具備了許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物(NOX)及其他污染物(CO、HC1、HF)排放低、爐膛單位截面積熱負(fù)荷高、燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單、灰渣易于綜合利用、負(fù)荷容易調(diào)整和投資費(fèi)用適中等。我國從上世紀(jì)80年代才開始廣泛研發(fā)、制造并投入使用循環(huán)流化床鍋爐。根據(jù)我國的實(shí)際情況和隨后的國家發(fā)展政策，各種類型的循環(huán)流化床鍋爐迅速在我國電力行業(yè)投入使用起來。隨著我國科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)地不斷調(diào)整，我國早期投入使用的低、中壓小型循環(huán)流化床鍋爐逐漸向（超）高壓、大型循環(huán)流化床鍋爐過渡，循環(huán)流化床設(shè)計(jì)初期就存在的一些技術(shù)屏障也在逐一被破解。以現(xiàn)階段我國循環(huán)流化床鍋爐的研發(fā)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及我國堅(jiān)持全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展策略為總的發(fā)展背景，循環(huán)流化床鍋爐將在我國電力行業(yè)發(fā)揮舉足輕重的作用，其應(yīng)用前景將更加廣闊。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、案例調(diào)研
1.1調(diào)研背景
    某煤礦自備電廠現(xiàn)有三臺(tái)哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)并安裝制造的循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐均系中壓、單鍋筒、自然循環(huán)蒸汽鍋爐，主要負(fù)責(zé)煤礦井下I業(yè)用電及地面生產(chǎn)和生活用電、用汽。正常生產(chǎn)情況下能夠保證相關(guān)用戶的用電、用汽需求。
    該廠鍋爐型號為：HC-40/3.82-L.MC18，鍋爐本體主要由蒸發(fā)受熱面燃燒室、固體床料高溫分離回送裝置以及尾部對流煙道組成。鍋爐以該煤礦選煤廠洗選的煤矸石為主要燃料，煤矸石經(jīng)過研磨和脫水后進(jìn)入煤倉，后經(jīng)與石灰石摻混由輸送皮帶輸送到爐前倉，再由爐前兩臺(tái)螺旋給煤機(jī)送人爐膛燃燒；單臺(tái)鍋爐包括一臺(tái)引風(fēng)機(jī)、一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、一臺(tái)二次風(fēng)機(jī)和一臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)；鍋爐采用固態(tài)排渣方式，經(jīng)過充分燃燒后的鍋爐床料通過布風(fēng)板上的三個(gè)排渣管進(jìn)入放渣總管，經(jīng)CLZ型高效滾筒冷渣器冷卻為溫度<150℃的爐渣排人除渣機(jī)槽，后由刮板式除渣機(jī)送到除渣皮帶，最后送人渣場，見圖一。
    鍋爐脫硫系統(tǒng)采用爐內(nèi)脫硫方式，利用煤矸石電廠的特性，在人爐前將吲硫劑均勻混入煤矸石燃料中，通過固硫劑與煤矸石的充分混合進(jìn)入爐膛，從而獲得較好的固硫效果；鍋爐煙氣處理采用三臺(tái)電除塵系統(tǒng)，單臺(tái)電除塵煙氣處理量為95000m3/h，收塵效率≥99.5%，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)采用北京中竟同創(chuàng)公司SCS-900-1型煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)。
1.2存在的突出問題
    該廠的燃料供給主要來源干該煤礦選煤廠洗選的煤矸石，受煤層煤質(zhì)變化及洗選、研磨設(shè)備缺陷等諸多因素影響，從2009年年底以來，供給該電廠的燃料結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大變化，燃料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。間斷性地t現(xiàn)燃料發(fā)熱量偏高、水分含量偏大、入爐煤粒徑達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等突出問題。而受企業(yè)生產(chǎn)條件的限制，該自備電廠煤倉存煤量僅能維持鍋爐3-5天的正常運(yùn)行；同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐本身存在較多的技術(shù)缺陷，對成型鍋爐煤種的適應(yīng)能力還遠(yuǎn)沒有達(dá)到理論設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢。為保證各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)，提高鍋爐的運(yùn)行周期和運(yùn)行效率，該廠對三臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐的燃料供應(yīng)情況，包括入爐煤粒的發(fā)熱量、顆粒粒徑、水分含量等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格控制。由于燃料結(jié)構(gòu)變化在短時(shí)間內(nèi)不能解決，雖然該廠采取了以上一些積極措施，但鍋爐運(yùn)行依然出現(xiàn)一系列異常情況，例如：爐前倉蓬煤、落煤管堵塞、給煤機(jī)電機(jī)過負(fù)荷停運(yùn)、給煤機(jī)卡死、鍋爐床溫過高、出力不夠、脫硫超標(biāo)、鍋爐局部結(jié)焦等問題。其中較為突出的問題有以下兩個(gè)方面：一是鍋爐經(jīng)常發(fā)生爐前倉蓬煤、落煤管堵塞及給煤機(jī)卡死現(xiàn)象；二是鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)冷渣管出黑渣、冷渣管結(jié)焦堵塞現(xiàn)象。這些異常情況地出現(xiàn)嚴(yán)重限制了該廠的正常生產(chǎn)，極大的增加了運(yùn)行工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，更惡化了工作環(huán)境，不利于企業(yè)的健康有序發(fā)展。
2、針對性分析
    (1)關(guān)于鍋爐經(jīng)常發(fā)生爐前倉蓬煤、落煤管堵塞及給煤機(jī)卡死故障的原因分析。
    20世紀(jì)80年代末至90年代初，在國家有關(guān)部門的支持下，我國鍋爐廠和科研單位合作，開發(fā)研制了一批具有中國特色的、廉價(jià)的循環(huán)流化床鍋爐。雖然經(jīng)過近三十年的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，我國現(xiàn)行的以矸石為原料的循環(huán)流化床依然存在較多技術(shù)缺陷，例如：鍋爐出力不夠、受熱面磨損嚴(yán)重、燃料技術(shù)要求高等突問題，其中對燃料（底料）的限制要求很多，包括人爐煤粒的發(fā)熱量、顆粒粒徑、水分含量等。
    受煤層煤質(zhì)變化及洗選、研磨設(shè)備缺陷等諸多因素影響，該廠在較長時(shí)間內(nèi)的燃料供應(yīng)都不達(dá)標(biāo)，燃料的供給一度成為該廠能否維持正常生產(chǎn)的一個(gè)突出問題。如表一所示，變化前后爐前倉煤樣同設(shè)計(jì)煤樣的部分技術(shù)參數(shù)存在較大差異。
    我們不難看出，人爐煤結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，其中包括低位發(fā)熱量增高、含硫量增加、粒度均勻性下降、水分含量增加等。同樣，也正是這些技術(shù)參數(shù)的變化導(dǎo)致了該廠鍋爐經(jīng)常發(fā)生爐前倉蓬煤、落煤管堵塞及給煤機(jī)卡死等故障。
    在播煤風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓一定的條件下，由于水分含量大和顆粒粒徑不均勻（細(xì)顆粒過多）等原因，煤粒對爐前倉及落煤管側(cè)壁附著力明顯增加。長時(shí)間運(yùn)行后，過多的煤粒淤積在給煤系統(tǒng)中，從而導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)各部位輸煤不暢。同時(shí)，由于落煤管下煤不暢，過多的煤粒積聚在螺旋給煤機(jī)H{口，經(jīng)過一段時(shí)間的積累和擠壓，給煤機(jī)螺旋槽內(nèi)煤粒越積越多，給煤機(jī)電機(jī)負(fù)荷不斷增加，必然引起給煤機(jī)電機(jī)超電流，從而電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)制性停止電機(jī)工作，給煤機(jī)停運(yùn)。以l#爐給煤機(jī)為例，東西側(cè)給煤機(jī)正常運(yùn)行電流為5.0A左有，在發(fā)生蓬煤、堵煤現(xiàn)象時(shí)，給煤機(jī)電流線性上升至12.0A以上，隨即DCS控制盤顯示給煤機(jī)電流故障，給煤機(jī)停止運(yùn)行。與此同時(shí)，鍋爐運(yùn)行參數(shù)也出現(xiàn)了一系列變化，如表二所
示。
    單臺(tái)給煤機(jī)運(yùn)行時(shí)鍋爐負(fù)荷急劇下降、風(fēng)室壓力難以維持正常值，同時(shí)伴隨風(fēng)壓波動(dòng)、床溫急劇下降，出現(xiàn)燒偏、高壓風(fēng)風(fēng)壓波動(dòng)劇烈、尾部煙道含氧量直線上升等異�，F(xiàn)象。運(yùn)行人員為維持正常運(yùn)行參數(shù)，必然加大給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，增加進(jìn)煤量，然而，這樣勢必增重偏燒和燃燒不均勻的癥狀，如果控制和操作不及時(shí)，極易引起爐膛結(jié)焦和煙氣含硫量超標(biāo)。在特殊情況下還會(huì)發(fā)生兩臺(tái)給煤機(jī)同時(shí)發(fā)生卡死現(xiàn)象，最終導(dǎo)致鍋爐被迫壓火處理。
    (2)關(guān)于鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)冷渣管出黑渣、冷渣管結(jié)焦堵塞故障的分析。
    該廠每臺(tái)鍋爐布風(fēng)板上均設(shè)計(jì)有三根冷渣管，冷渣管的排渣能力均為100%，其中2#渣管用于排放較大爐渣顆粒，1#、3#渣管由于設(shè)計(jì)在回料腿后側(cè)，主要用于排放較細(xì)床料顆粒。正常運(yùn)行時(shí)，為維持鍋爐內(nèi)正常流化物料，通過調(diào)整放渣執(zhí)行器開度或者調(diào)節(jié)冷渣器轉(zhuǎn)速來控制放渣量。
    在燃料供給出現(xiàn)故障后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，三臺(tái)鍋爐均JH現(xiàn)不同程度的冷渣管出黑渣、冷渣管結(jié)焦堵塞異常狀況。由于送入爐內(nèi)的燃料發(fā)熱量增加，細(xì)小煤粒含量過大，鍋爐床層風(fēng)壓及爐床溫度難以維持正常，鍋爐床層風(fēng)壓波動(dòng)過大、床溫過高和負(fù)荷過低等現(xiàn)象較為突出，見表三。
    隨著鍋爐運(yùn)行的調(diào)整，爐內(nèi)床料大顆粒含量越來越少，細(xì)小顆粒含量增加，風(fēng)室風(fēng)壓波動(dòng)嚴(yán)重。由于床層厚度不夠，在打開中間放渣管長時(shí)間進(jìn)行放渣時(shí)，更多煤碳顆粒隨較大顆粒床料一同進(jìn)入冷渣管，從而出現(xiàn)冷渣管出黑渣的現(xiàn)象。當(dāng)進(jìn)入冷渣管的煤碳顆粒過多、爐渣溫度和渣管內(nèi)含氧量達(dá)到一定條件時(shí)，煤碳顆粒就會(huì)在冷渣管內(nèi)部著火燃燒，導(dǎo)致局部超溫，當(dāng)溫度達(dá)到爐渣顆粒的軟化溫度甚至熔化溫度后，該處爐渣顆粒在其他顆粒的擠壓下變形并聚集，從而引起冷渣管內(nèi)結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)堵塞冷渣管。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
3、整改措施
    非正常的運(yùn)行方式嚴(yán)重影響了鍋爐的效率，極大的限制了該廠的發(fā)供電和供暖任務(wù)，同時(shí)又額外地增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。在處理爐前倉蓬煤、落煤管堵塞及給煤機(jī)卡死等故障時(shí)，給煤機(jī)狹小的工作區(qū)間和從落煤管不斷噴出的濃煙及燃燒的煤粒嚴(yán)重惡化了鍋爐運(yùn)行工的工作環(huán)境，同時(shí)額外增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同樣，在處理冷渣管出黑渣、冷渣管結(jié)焦故障時(shí)，運(yùn)行人員必須及時(shí)疏通，同樣要克服溢出的濃煙和四處飛濺的紅渣。在冷渣管結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，工人在8小時(shí)工作時(shí)間內(nèi)需要疏通三以上次，每次疏通時(shí)間可能達(dá)到兩小時(shí)，甚至更多。如果故障處理不及時(shí)，鍋爐運(yùn)行參數(shù)難以維持，還將被迫采取壓火甚至停爐、停機(jī)操作。
    通過以上分析我們可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致該廠鍋爐經(jīng)常性發(fā)生故障的主要原因就是燃料結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變。由于受技術(shù)條件的限制，對于已經(jīng)成型并投人生產(chǎn)使用的循環(huán)流化床鍋爐來說，煤種的結(jié)構(gòu)性變化是致命的。
    為維持該廠鍋爐的正常運(yùn)行和出力，我們采用了以下方式進(jìn)行技術(shù)性調(diào)整，取得了較好效果。首先，嚴(yán)格執(zhí)行人爐煤標(biāo)準(zhǔn)，確保人爐煤參數(shù)在設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)。盡力選擇符合條件的燃料人倉，確保煤種發(fā)熱量在控制范圍以內(nèi)；調(diào)整振動(dòng)篩濾網(wǎng)尺寸，加大煤粒篩選力度，嚴(yán)格控制入爐煤粒徑；改進(jìn)脫水設(shè)備，確保人爐煤水分含量達(dá)標(biāo)；其次，增加播煤風(fēng)風(fēng)壓和風(fēng)量，間斷性疏通給煤筒斜管，保證燃料能夠克服密相區(qū)風(fēng)壓阻力，順利進(jìn)入爐膛參與燃燒；再次，爐前倉間斷性均勻地添加冷渣底料或石灰石，平均入爐煤水分含量，確保燃料能夠順利地通過螺旋給煤機(jī)和落煤管，防止囚燃料水分過高引起的爐前倉蓬煤、落煤管堵塞及給煤機(jī)卡死等故障。再次，取消連續(xù)放渣方式，采用間斷點(diǎn)放放渣方式，嚴(yán)格控制放渣量，保持鍋爐正常運(yùn)行所需床層物料量，杜絕人為因素引起的冷渣管出黑渣、冷渣管結(jié)焦堵塞問題，確保鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)在正常范圍以內(nèi)。最后，及時(shí)處理突發(fā)事件，防止事故事態(tài)惡化，減少各項(xiàng)運(yùn)行成本。
4、總結(jié)
    通過近半年的運(yùn)行情況來看，鍋爐平均運(yùn)行周期由故障期間的15天延長至50天，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)基本恢復(fù)正常(見表三)。同時(shí)，調(diào)整期間極少出現(xiàn)囚燃料結(jié)構(gòu)變化而引起上述各種故障，極大地提高了該廠的鍋爐運(yùn)行效率，縮減了維檢修費(fèi)用；同時(shí)，操作方式的調(diào)整還減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人工作環(huán)境，初步達(dá)到了整改的目的。