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大型循环流化床锅炉的烘炉实践


第 36 卷第 1 期 2005 年 1 月  

锅  炉  技  术 BO IL ER  TECHNOLO GY

Vol. 36 , No . 1 Jan. ,2005

   文章编号 :   CN31

1508 ( 2005) 01

0024

0

5

大型循环流化床锅炉的烘炉实践
边  疆1 ,   安国银2 ,   卢胜新2 , 彭  波2 ,   魏  刚2 ,   张宝瑞2 ,   周若明2 ,   方梦祥1
( 1. 浙江大学 ,   浙江   杭州   310027 ;   2. 河北省电力试验研究所 ,   河北   石家庄   050021)

关键词 :   循环流化床锅炉 ;   烘炉 ;   耐火耐磨材料 摘  要:   大型循环流化床 (以下简称 CFB) 锅炉的烘炉是使耐火耐磨材料烧结成型并使之达到耐火 、 耐磨 、 耐 压、 抗折 、 热震稳定性 、 高温耐压性能的关键 。通过大型 CFB 锅炉的烘炉实践 ,提出了保证大型 CFB 锅炉烘炉 的关键措施 ,分析了烘炉中存在的问题 ,认为耐火材料的理化性能 、 施工和烘炉是三位一体的 ,必须控制各个环 节才能最终保证耐火耐磨材料的性能 ,并为今后大型 CFB 锅炉的烘炉提供借鉴 。 中图分类号 :  T K229 . 6 + 6       文献标识码 :   B

1  前  言
   CFB 锅炉运行的特殊性 — — — 大量含有燃料 、 燃料灰渣 、 石灰石及其反应产物的固体床料的内 外循环流动 ( 内循环 : 炉膛内部扬析后的床料在 重力作用下进行的内循环流动 ; 外循环 : 高温床 料在炉膛 — 分离器 — 回料阀 — 炉膛回路中的循 环流动) ,使得 CFB 锅炉密相区及循环回路中敷 设的耐火耐磨材料会受到严重的冲刷磨损及热 循环应力及机械振动的影响 。因此 ,对于 CFB 锅 炉来说 ,耐火耐磨材料的理化性能 、 施工及最终 的烘烤将在很大的程度上决定着 CFB 锅炉能否 安全可靠运行 。 本文通过大型循环流化床锅炉的烘炉实践 , 提出了保证大型循环流化床锅炉的关键措施和 存在问题 。

烧结成型并使之达到耐火 、 耐磨 、 耐压 、 抗折 、 热 震稳定性 、 高温耐压性能的关键 。 大型循环流化床锅炉的烘炉主要包括循环 流化床锅炉的炉膛 ( 含分离器及分离器出口) 、 冷 渣器 、 床下点火风道燃烧器的烘烤 。大型循环流 化床锅炉的炉膛 、 冷渣器和床下点火风道燃烧器 均比原有的小型循环流化床锅炉要大很多且复 杂 ,大型循环流化床锅炉运行的可靠性和烘烤质 量要求也不尽相同 ,采用小型循环流化床锅炉的 传统烘炉方法对大型循环流化床锅炉进行烘烤 , 一方面烘烤质量达不到要求 ,另一方面也难于控 制和实现 。 根据耐 火 耐 磨 材 料 厂 家 的 烘 炉 升 温 要 求 并结合大型循环流化床锅炉烘炉的实际现状 , 大型循环流化床锅炉烘炉 的 关 键 在 于 : ( 1 ) 制 定切实可行的烘炉措施 ; ( 2 ) 要 有 合 理 的 烘 炉 手段 ; ( 3 ) 采用可靠的监 视 设 备 保 障 烘 炉 过 程 能够按照控温要求 。

2  耐火材料性能 、 施工和烘炉要求
   首先 ,循环流化床锅炉采用的耐火耐磨材料 的各项理化性能指标必须达到设计要求 , 这是耐 火耐磨材料性能保证的前提条件 ; 合理的配浆 、 支模 、 捣打及配置合适的膨胀缝是耐火耐磨材料 安装成型的基础 , 最终的烘烤 ( 通过合理的干燥 和烘烤 ,使墙衬中的水分蒸发 、 墙体固化并被烧 ) 结成高强度的耐火耐磨衬里 是使耐火耐磨材料

3 大型循环流化床锅炉的烘烤实践 (450 t / h)
   本文所提循环流化床锅炉为目前国内最大的 循环流化床锅炉 , 其最大连续蒸发量为 450 t/ h , 设置了 4 台风水联合冷却式冷渣器 ,2 台床下点 火燃烧器 , 采用气冷式旋风分离器 。在冷渣器 、 床下点火风道燃烧器 、 水冷风室 、 J 阀回料器及立

收稿日期 :2003 05 06 ;   修回日期 :2003 05 25 作者简介 : 边疆 (1964 ) ,男 ,浙江大学在职研究生 ,河北省石家庄市河北电力试验研究所工作 ,高级工程师 ,长期从事电站锅炉的调试 和运行。

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边疆 ,等 : 大型循环流化床锅炉的烘炉实践

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管、 旋风分离器出口烟道部位敷设了耐磨耐火浇 注料 ,在炉膛的密相区及布风板上 、 炉膛的水冷 蒸发屏及屏式过热器下部 、 炉膛出口及出口烟

道、 旋风分离器筒体部位敷设了耐磨耐火可塑 料 。图 1 表示出了锅炉纵剖简图 。 3. 1   床下点火风道燃烧器和冷渣器的烘烤

图1  锅炉纵剖简图

3. 1. 1   特制烘炉用小油枪

的出力为 10 kg/ h~100 kg/ h 的特制小油枪对敷 设耐磨耐火材料的设备进行加热烘烤 。 特制小油枪燃用无压柴油 , 调节油阀和射流 风的大小可调节火焰大小 ,调节油枪的旋流风和 直流风可以调节火焰的强度和改善雾化情况 。 特制小油枪的气源由正式的压缩空气系统提供 , 压缩空气罐的出口压力不低于 0. 4 M Pa 。 通过连接管道将压缩空气气源引到冷渣器 和点火风道附近 ,在冷渣器和点火风道附近做若 干个压缩空气集气联箱 ,在每个联箱上各装设若 干引出短管 ,每个引出管上装设调节阀门 。用胶 管将压缩空气引至小油枪 ,柴油通过胶管与小油 枪相接 。特制油枪布置见图 2 。 采用特制小油枪进行烘烤的优点 : ( 1)  小油枪的出力较小 , 并有一定的调整 范围 ,可以满足烘炉小温升及恒温的需要 ; ( 2)   小油枪的布置较为方便 , 操作简单 , 可 以根据现场情况随时进行调整 ,现场使用方便 ; ( 3)   采用特制小油枪进行烘烤 , 烘烤范围

按照耐火耐磨材料厂家提供的烘烤控制温 表 ( 见表 1) ,在烘烤初期温度控制的较低 ,如果直 接使用床下点火风道中的正式油枪 ( 油枪出力为 1 650 kg/ h , 调节比为 1 ∶ 3 , 即最小油枪出力为 ) 550 kg/ h ,温升速度和温度水平根本无法满足材 料厂家要求 ,也达不到良好的烘烤效果 ; 同时 , 冷 渣器部位也没有烘烤手段 。因此考虑采用特制 表1  厂家提供的耐磨耐火浇注料的烘烤要求
温度范围
150 ℃ 350 ℃ 550 ℃ 750 ℃

升温速度 温度变化范围 ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ ± 5 ℃ 恒温 24 h 恒温 16 h 恒温 16h 恒温 16 h

备注

0 ℃ ~150 ℃ 10 ℃ /h 150 ℃ ~350 ℃ 15 ℃ /h 350 ℃ ~550 ℃ 15 ℃ /h 550 ℃ ~750 ℃ 20 ℃ /h 750 ℃ ~250 ℃ 20 ℃ /h

± 5 ℃ 降到 250 ℃ 后自然冷却

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锅  炉  技  术   

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在每台冷渣器的第 1 室 、 第 4 室人孔门和水 冷管束的 2 个空穴等 4 个位置上各设置 1 只小油 枪 ,每个冷渣器共设 4 支油枪 , 投运油枪的数量 根据温升情况进行调整 。考虑到冷渣器各室空 间较小 ,为避免油枪火焰调整不当时冲刷冷渣器 墙壁 ,在每支油枪正对墙壁上敷设钢板 1 块 。 烘烤冷渣器时将炉膛出渣口 、 选择室返风 口、 冷却室返风口 、 冷渣器排渣口等与炉膛和其 他外部做好隔离 。为保证冷渣器的燃烧稳定和 排烟畅通 ,每个冷渣器均设单独的排烟管 。 3. 1. 3   烘烤的监视与控制 床下点火风道和冷渣器烘烤时 , 用专设计算 机通过数据采集系统对烘烤过程进行实时在线 监视 ,并对烘烤数据进行记录 。同时用远红外光 学温度计巡 监测点火风道和冷渣器内壁面温 度 ,控制油枪火焰使内壁温度在合理范围内 , 防 止局部超温 。 3. 1. 4   实际烘烤情况及结果 3. 1. 4. 1   床下点火风道的实际烘烤情况及结果 实际烘烤时 , 按照烘烤升温曲线的要求用 3 支临时小油枪可把 2 个床下点火风道从常温烘 烤到 350 ℃( 在每个部位各投运 1 支油枪 ) , 在 350 ℃ 以上时需要增加临时小油枪的数量和出 力 ,烘烤临时小油枪的数量最终达到 6 支 , 最终 烘烤温度达到 750 ℃ 以上 , 使床下点火风道的烘 烤一次完成 。( 见表 2) 。 在烘烤中发现 , 由于保温材料较厚 , 床下点 火风道外部温升较慢 ,排汽孔排汽较为缓慢且下 部排汽孔有滴水现象 , 因此 , 在烘烤过程中对各 阶段恒温时间进行了适当的延长 ,以尽可能使墙 衬中的温度均匀并能得到足够的干燥和烘烤时 间 。参见图 4 的床下点火风道烘烤曲线 。 表2  烘炉恒温时间及投运油枪汇总表
烘烤温度
150 ℃ 350 ℃ 550 ℃

图2  临时压缩空气管道 、 油枪及燃料箱布置位置示意图

内的整体温度较为均匀 ,有利于耐火耐磨材料水 分的逐渐蒸发和整体固化 ; (4 )  小 油 枪 的 最 终 烘 烤 温 度 可 以 达 到
800 ℃ 左右 ,可使点火风道燃烧器 、 冷渣器一次烘

烤成型 。
3. 1. 2   烘烤方案 3. 1. 2. 1   床下点火风道烘烤措施

将床下点火风道到水冷风室的出口隔断 , 打 开床下点火风道燃烧器的人孔门和正式油枪安 装孔 ( 将正式油枪退出) ,在人孔处布置 2 只小油 枪 ( 距离底面 1 m 高) ,在每个床下点火风道燃烧 器前部油枪位置布置 2 只小油枪 。在左右一次 风热风道上各开设一根临时排气管 ( 正式热风道 暂不连接 ,以防止热风门在烘烤时变形损坏 ) , 以 便烘烤时将含有水分的热烟气排出 , 在左右床下 点火风道燃烧器外壳上的不同部位用电钻打若 干 <8 mm 的小孔 , 作为内部保温材料的排汽孔 。 临时排气管及排汽孔布置位置见图 3 。

厂家要求 实际恒温 投运油枪 恒温时间
24 h 16 h 16 h 16 h

时间
48 h 36 h 36 h 24 h

数量
3 3 6 6

最大耗油量 约 1. 5 吨/ 天 约 3. 0 吨/ 天 约 3. 6 吨/ 天 约 5. 0 吨/ 天

图3  点火风道排汽 ( 排烟) 开孔位置示意图

750 ℃

  关闭每个床下点火风道燃烧器上的 3 个一 次风风门 ( 点火风 、 助燃风 、 冷却风 ) 。在点火风 道内设置试样块 。
3. 1. 2. 2   冷渣器烘烤措施

   经检查床下点火燃烧器的整体固化均匀 , 耐 火浇注料表面已烧结 ,可直接使用正式油枪进行 启动燃烧 。 3. 1. 4. 2   冷渣器烘烤实际情况

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由于冷渣器各室空间较小 , 耐火耐磨材料较 薄 ,故升温和恒温时间基本按照厂家要求进行 。 冷渣器烘炉温度的调节主要通过调节选择室和 冷却 3 室的火焰温度 ,尤其冷却 3 室对冷渣器的 整体烘烤温度影响最大 。冷渣器的烘烤温度达 到 600 ℃以上 , 由于受到烘烤环境的制约 , 为安 全起见 ,没有再强行升温或保持高温 。 清理后对冷渣器烘炉效果进行了检查 , 整体 烘烤效果较好 , 耐火耐磨材料表面已基本烧结 , 具备直接装料使用的条件 。 3. 2   锅炉本体烘烤 3. 2. 1   锅炉本体烘烤方案 根据循环流化床锅炉结构的特殊性并满足各 个部位耐火材料固化的不同要求 ( 见表 3) ,在炉膛 出口到分离器的水平烟道部位敷设轻型隔断墙 ,在 隔断墙上开设烟气分流孔 ,采用整体烘烤成型技术 对锅炉本体中各个部位的耐火材料进行干燥固化 处理。为避免锅炉过热器发生超温 ,锅炉本体的烘 烤分为 2 个阶段 ,第 1 阶段控制炉膛出口烟道温度 在 580 ℃ 以下 ,第 2 阶段与锅炉吹管同时进行 ,使 表3  厂家提供的耐磨可塑料的烘烤要求
温度范围
80 ℃ 110 ℃ 300 ℃ 600 ℃ 800 ℃

耐火材料达到最终的固化温度 。 烘烤时以耐火可塑料的升温要求为主要控 制点 ,以炉膛布风板的床温为主要监视点 , 严格 控制低温阶段的烘烤升温速度和升温时间 , 耐火 浇注料的升温要求作为参考 。 烘炉时用炉膛及烟道内正式的温度测点监 视升温速度和恒温水平 。炉膛内耐磨浇注料温 度以炉膛密相区温度为基准 ,炉膛出口耐磨浇注 料温度以炉膛出口烟温为准 “ , J” 阀返料腿及旋风 筒内壁温度以该处烟温为准 。为了便于掌握各 处的温度情况 , 合理控制温升 , 保证整个烘炉过 程能够基本按照厂家提供的温度控制曲线进行 , 将上述各个热电偶测得的温度值通过数据传输 电缆送到控制室的 DCS 进行显示 。 3. 2. 2   第 1 阶段烘烤过程及结果 锅炉本体的烘烤采用整体启动方式进行 , 采 用已烘好的床下点火风道燃烧器进行点火烘烤 , 炉膛床面不铺底料 ,炉膛床上油枪不投入 。 为了能很好与最初的烘烤温度水平衔接 , 防 止耐火材料在未完全烘好的情况下温度陡变 , 按 照烘炉控制曲线的要求 , 烘烤初期采用出力为 600 kg/ h 的油枪 ,当温度升到一定程度并稳定一 定时间后再改用出力为 1 650 kg/ h 的油枪 。 通过控制风机出力调整各部位温升速度 , 尽 力保证升温速度在厂家规定的范围内 。 在 300 ℃ 温度范围内 ,炉膛各部位的烘烤温 度较为均匀 ;300 ℃ 以上时各部位的烘烤温度逐 渐拉开距离 。炉膛密相区部位温度达到 640 ℃ 左右 ,J 阀回料器部位达到 500 ℃ 左右 ,分离器出 口及尾部烟道达到 400 ℃ 左右 。 经检查 , 各部位烘烤情况良好 , 固化较为均 匀密实 ,初步达到耐磨要求 。炉膛整体烘炉记录 曲线见图 4 。

升温速度 温度变化范围 ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ ± 10 ℃ 恒温 36 h 恒温 48 h 恒温 36 h 恒温 36 h 恒温 36h

备注

0 ℃ ~80 ℃ 10 ℃ /h 80 ℃ ~110 ℃ 10 ℃ /h 110 ℃ ~300 ℃ 10 ℃ /h 300 ℃ ~600 ℃ 20 ℃ /h 600 ℃ ~800 ℃ 20 ℃ /h 750 ℃ ~150 ℃ 20 ℃ /h

± 10 ℃降到 150 ℃ 后自然冷却

图4  炉膛整体烘炉曲线

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锅  炉  技  术   

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3. 2. 3   第 2 阶段烘炉

采用床下点火风道燃烧器的油枪进行整体 烘炉只能将炉膛密相区的床温升到 600 ℃ 左右 , 而其他部位的温度只能升到 450 ℃ 左右 。因此 , 第 2 阶段的烘烤必须进行投煤燃烧 , 提高炉内的 循环倍率 ,使得炉膛及分离器的整体温度能够达 到 750 ℃ 左右的完全固化温度 。 该阶段的烘烤采用锅炉正式整体启动方式 进行 ,采用已烘好的床下点火风道燃烧器进行点 火烘烤 ,炉膛床面铺设底料 , 炉膛底上油枪不投 入 。为避免锅炉过热器超温 , 应准备好锅炉的减 温水系统 。 这一阶段烘炉 ,要重点监视炉膛出口烟温 ,按 照耐火材料厂家提供的升温曲线控制升温速率 ,参 考第一阶段的烘烤温度 ,以每小时 20 ℃ 的速度将 炉膛出口烟温升到 550 ℃,并恒温 16 h ,然后继续 增加床下油枪出力 ,调整一、 二次风量 ,控制升温速 率为 20 ℃ / h 。当炉内床温达到 600 ℃ 以上时 ,可 向炉内试投煤。投煤成功后根据需要调整给煤量 , 并视情况降低油枪出力。当炉膛出口烟温升至 750 ℃ 后 ,恒温 16 h 。至此按照耐火材料厂家的要 求 ,锅炉耐火材料的烘烤工作全部结束。 在锅炉养护结束后 , 炉内缓慢降温 , 降温速 率为 25 ℃ / h ,将锅炉出口烟温降至 150 ℃ 后 ,停 炉自然冷却 。 烘炉升温速率以炉膛出口的烟温为准 , 其它 各点的温度仅作为参考 。

4  结论
  ( 1)   应充分重视循环流化床锅炉的耐火耐 磨材料性能对锅炉运行的重要性 , 对材料 、 施工 、 烘烤过程进行全过程管理 。在保证材料及施工 质量可靠基础上 ,进行合理 、 科学 、 有效的耐火耐 磨材料的烘烤 ,是保证大型循环流化床锅炉顺利 投产及稳定运行的基础 。 ( 2)   床下点火风道燃烧器由于其敷设的耐 火材料较厚 ,并有部分耐火砖覆盖 ,因此 ,在烘烤 中其恒温时间应足够长 ,以保证耐火材料中水分 的充分蒸发 。在启用床下风道点火燃烧器之前 , 应使床下点火风道燃烧器的耐火材料固化完成 。
( 3)   炉膛的烘烤应兼顾各个部位不同耐火

材料的烘烤要求 ,需要根据现场的实际情况灵活 编制烘烤技术方案 。炉膛烘烤中的关键是低温 ) 的烘烤 ,应采取特殊的手段 阶段 ( 80 ℃ ~110 ℃ 进行控制 。 参考文献 :
[1 ] 岑可法 ,倪明江 , 骆仲泱等 . 循环流化床锅炉理论设计与运

行 [ M ] . 北京 : 中国电力出版社 ,1998.
[ 2 ] 边疆 ,安国银 ,张勇胜等 . 国产化 100 MW 等级循环流化床

锅炉技术特点及其结构特性 [J ] . 河北电力技术 ,2002 , (1) .
[ 3 ] 于龙 . 循环流化床锅炉用耐火材料的现状与选材 [J ] . 锅炉

制造 ,1999 , (1) :8 - 12.

Exp e ri e nc e of B a ke r Proc e s s of La rge S c al e CFB B oil e r
B IAN Jiang1 ,   AN Guo2yin2 ,   L U Sheng2xin2 ,  PEN G Bo 2 ,   WEI Gang2 , ZHAN G Bao2rui2 ,   ZHOU Ruo2ming2 ,  FAN G Meng2xiang1
( 1. Clean Energy and Environment Key Lab of MO E , Zhejiang University , Hangzhou 310027 , China ; 2. Electric Power Test Instituteof Heibei Province , Shijiazhuang 050021 , China)

Circulating Fluidized Bed ;   baker ;   ref ractory Ke y w ords :  
Abs t ra c t :  Large scale CFB boiler baker is a key process to make anti2erosion ref ractory

sintering , shaping and attain it s performance of heat resistance , pressure resistance , erosion resistance , torsibility and shock2proof . This paper int roduces t he baker process of a large scale CFB boiler. Key measures were put forward and existing problems were analysed. It is very important to cont rol ref ractory p hysical and chemical property , const ruction , and baking process for assuring ref ractory performance.

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