某炼化企业热电部CFB锅炉为单炉膛、单汽包、双高温绝热旋风分离器的循环流化床锅炉，无中间再热、自然循环、平衡通风，配置炉内石灰石脱硫系统。2022年5月对该锅炉进行提效改造，主要将布风板风帽由箭形改为钟罩式，旋风分离器中心筒缩径并偏心安装。2022年7月锅炉改造完成后在启动过程中出现结焦，导致停炉。该文对CFB锅炉启动过程中结焦原因进行分析，提出防止结焦的改进措施。
1改造情况
为解决在高负荷情况下，平均床温偏高、炉膛上下温差大和旋风分离器分离效率偏低的问题，对旋风分离器及布风板风帽进行改造。
1.1旋风分离器改造
将旋风分离器中心筒由直筒结构改为上段直筒、下段偏心圆台结构。下口外径由Φ2190mm缩小为Φ2000～1900mm，偏心距为140～120mm。并对分离器入口烟道进行缩口，沿老鹰嘴侧墙平滑过渡缩小入口截面积，使锅炉在设计额定负荷时，分离器入口烟气速度由24.1m/s提高至28.3m/s。
1.2布风板改造方案
对布风装置进行改造，将原箭形风帽改为新型钟罩风帽结构，见图1。相对原有风帽，新型风帽的阻力主要集中在芯管上，外孔风速较低，且不易磨损，阻力特性稳定。通过改造布风板后，阻力明显下降，外孔风速有所下降，旋风分离器分离效率提高，并使更多的小颗粒床料能够返回到炉膛参与循环燃烧。
2结焦过程
该锅炉采用床上点火的方式启动，燃料为0#柴油，共布置4台额定出力为2.25t/h的Y型蒸汽雾化燃烧器，前墙2台，左右侧墙各1台，按照顺时针方向1#～4#编号依次布置。启动床料为锅炉底渣，经过双筛过滤，床料装填静高约为700mm。启动时，先投油燃烧器使床温升高，流化风量调整至约95000Nm3/h；在风机启动后约1.3h，等压风室压力由10200Pa降至8400Pa。燃烧器投烧顺序为先侧墙后前墙，当4台燃烧器全部投用，平均床温升至443℃时，前墙两台燃烧器2#、3#旁看火孔处出现挂焦现象；并且前墙床温D点由540℃急剧降至230℃，后停炉处理。停工后检查发现前墙1#、2#、3#、4#燃烧器护燃罩周边有不同程度挂焦，前墙2#、3#燃烧器下部床面有一定的区域结焦，见图2。
2.1燃烧器影响分析
2.1.1燃烧器雾化效果不佳
单台油枪油压高，油量过大，雾化不良，有部分未燃烧完全的油雾附着在燃烧器护燃罩耐火材料上，床料被吸入燃烧器高温负压区，与未完全燃烧的油雾混合形成结焦，见图3。
在锅炉投煤前，为提升床温，投入4台燃烧器且各台燃烧器均控制在高油压状态，燃烧器火嘴油压1.5～1.7MPa，而雾化蒸汽压力约0.9MPa。柴油经油管通过油孔进入混合室与汽管流入的蒸汽混合，柴油被高速蒸汽撞击后，雾化成小细滴。
一般Y型蒸汽雾化器的蒸汽压力为0.6～1.0MPa，油压0.5～2.0MPa，根据油雾化平均直径和蒸汽雾化压力与油压之比的关系：
d＝5.831（PV/P0）–2.515＋9.3969式中：d为油雾化的平均直径，μm；PV为蒸汽压力，MPa；P0为燃油压力，MPa。
当蒸汽雾化压力PV不变且PV＜P0时，雾化粒子的平均直径随着燃油压力的增大而增大，油雾滴越大燃尽越难，燃烧越不充分。
另由于部分油枪有缺陷，油管路与蒸汽管路的结合面处有磨损，当油压高于雾化蒸汽压力，在未进入混合室前柴油会串入蒸汽管路，恶化雾化效果，导致雾化液滴燃烧器燃烧不充分。
2.1.2油枪雾化片安装角度偏大
燃烧器雾化片设计为10孔，喷孔轴线夹角为90°（以中心轴为基准，上下各45°），但2#燃烧器安装了试验用的8孔雾化片，在单台燃烧器出力一定情况下，试验用的雾化片单孔喷油量偏大，雾化油滴直径增加，易造成油雾燃烧不充分，滴落燃烧器口的下部区域。
2.1.3燃烧器二次风导向叶片出风口堵塞
停炉检查发现1#、2#、3#燃烧器二次风挡板各有3～4片出现堵塞，导致为燃烧器燃烧提供的二次风分布不均匀；另外1#燃烧器稳焰轮安装位置过于靠前，与设计偏差约40mm，不利于燃烧器稳定燃烧。
2.1.4燃烧器点火枪偏短
检查发现1#、4#燃烧器点火枪长度为2500mm，而设计为2800mm，明显偏短，导致点火时不易点燃，多次试点火才成功。在此过程中油枪吹入炉膛的柴油，易在流化不良的地方形成油焦。
2.2布风板改造影响
改造前箭型风帽1107个，每个风帽4个孔；改造后钟罩风帽870个，每个风帽8个孔，且风帽孔径由18mm×6mm改造为φ14mm。改造前后开孔率及风帽外孔流速见表1。
由表1可以看出，开孔率增加，小孔风速降低。而小孔风速越低，气流对床层底部颗粒的冲击力越小，扰动减弱，不利于粗颗粒床料的流化，容易造成粗颗粒沉积，引起流化不良，出现结焦。
布风板改造后阻力降低，当流化风量约1×105Nm3/h，改造前约5200Pa，而改造后约3500Pa。布风板阻力降低，相对的布风均匀性也会减弱。如果布风板的压降偏小，气流就会大量通过床层上局部较疏松、阻力较小的截面。而一旦出现这种情况，在这个局部截面上的颗粒，就会由于气流的大量通过更趋稀疏，最后发生这个局部床层的“吹空”（沟流）与其他局部床层的“压死”（局部流化不良）。对于处于稳定流态化的阻力较高的布风板，受到干扰时容易自动恢复。比如通过调整减少低位一次风时，流化风风压增加，风速会增加，阻力压降与布风板上小孔风速的平方成正比，经过布风板阻力的压降相应大幅增加，从而控制流化速度增快，抑制布风恶化。而对于低阻力布风板，虽然点火前做流化试验时观察床面流化良好，但是当减少低位一次风后流化风风压增加，风速增大，引起出口床面流化破坏，易出现吹走细颗粒床料而留下粗颗粒床料的情况，最终导致床料分布不均匀，流化状态更加恶化。
2.3床料粒径的影响
适当的粒径是循环流化床锅炉正常运行的保证。为减少点火热量的流失，锅炉点火初期流化风量一般控制的较小，床料粒径过大易引起流化不良；而粒度太小会造成大量颗粒在启动过程中逸出炉膛，降低炉膛蓄热能力，影响炉膛热场分布的均匀性。启动时填装的床料粒度需符合正态分布。一般对床料进行双筛处理，掺混一部分细床料，整个床料粒径约为D50＝4mm，床料粒径对比见图4。但是布风板改造后，风帽的小孔风速降低，对床层的穿透性减弱，按照以前要求装填的床料粒径偏大，易造成局部流化不良。
3应对措施
通过对CFB锅炉改造后启动中结焦过程及影响因素进行分析，确定结焦原因为：燃烧器火嘴油压偏高、油枪套管磨损等因素导致燃烧不充分，不完全燃烧的油雾滴与床料混合，造成燃烧器护燃罩周边挂壁结焦。另风帽改造后，布风板阻力减少，风帽出口小孔流速降低，填装的床料粒径偏大时，易造成流化不均匀，引起局部温度偏高，出现低温结焦，前墙区域表现较明显。针对这些原因，采取以下改进措施。
（1）对燃烧器进行全面检查。对燃烧器模拟雾化试验，及时更换雾化效果不好、磨损的油枪，配置原装雾化片，核实稳焰轮位置。控制合适的火嘴油压，雾化蒸汽压力约0.9MPa时，燃烧器火嘴油压上限不超过1.5MPa，避免油压过高，影响雾化效果。
（2）对燃烧器助燃风导流板进行疏通，保证二次风均匀分布。另外，CFB开工时合理配置二次风风量、风压，按照每台燃烧器配风11000Nm3/h进行增加，风压由2000Pa提高到3000～4000Pa，提高助燃风刚性，缩小油枪雾化角度，防止挂焦。
（3）针对风帽改造后布风板阻力减小的影响，对床料粒径进行调整。过筛去掉床料粒径≥10mm的颗粒，控制D50＝1mm，增加床料的流动性。为防止因布风板阻力减小导致流化不均匀，将静置床料高度增加到850mm。（4）根据床料粒径和装填高度，将启动流化风量恢复到原设计值，保证床料流化状态。
（5）在锅炉启动前认真检查风帽、风室，清理杂物，做好冷态流化试验。在锅炉做流化试验或风机联运时，运行时间控制在1～2h，保证返料装置充满床料，若发现床料低时，及时从人孔增补，避免在点火升温时从前墙增补，影响前墙流化。
（6）严格按照锅炉升温曲线启动，减少过程中不必要的停留等待时间，降低低温结焦的可能性。
4实施效果
2022年8月10日CFB锅炉按照以上措施调整，取得良好的效果，锅炉启动正常，燃烧器护燃罩周边无挂焦，床料均匀无结焦。有效保证了改造预期效果，降低了床温偏差及高温区床温，改造前后床温偏差降幅约40～50℃，见表2。
旋风分离器分离效率提高，能够捕捉更多的小颗粒床料返回炉膛参与循环燃烧，CFB锅炉飞灰中位径由50μm下降至24.93μm，飞灰含碳量下降约4%。
5结语
某企业CFB锅炉通过对布风板和旋风分离器改造后，布风板阻力明显下降，启动过程中发生结焦事故，通过分析主要是燃烧器安装维护、油压控制、床层流化等影响。在CFB锅炉启动时，调整床料粒径为D50＝1mm，静置床料高度增加到850mm，合理配风，能够有效保证床层流化。CFB锅炉启动时，落实燃烧器检查维护，选择合适的蒸汽雾化压力与火嘴油压。当雾化蒸汽压力约0.9MPa时，燃烧器火嘴油压上限不超过1.5MPa，可保证雾化效果，避免燃烧器周边结焦。CFB锅炉改造后，布风板阻力明显下降，外孔风速有所下降，降低了床温偏差及高温区床温，旋风分离器分离效率提高，改造前后床温偏差降幅约40～50℃，飞灰含碳量下降约4%。
文献信息
柴江华.CFB锅炉启动过程中结焦原因分析[J].石油石化绿色低碳,2023,8(06):61-65.DOI:10.20131/j.cnki.syshlsdt.2023.06.008.
原文来源：循环流化床发电
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