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????? 循環(huán)流化床（CFB ）鍋爐低溫烘爐的實踐

????? 關(guān)鍵詞：鍋爐低溫流化床

????? 1 引言

????? 我國電力事業(yè)的發(fā)展，是以煤炭作為主要的一次能源。煤炭的燃燒勢必造
成對大氣環(huán)境的污染。循環(huán)流化床（CFB ）燃燒技術(shù)是公認(rèn)為燃燒煤炭造成環(huán)境
污染較低的燃燒方式。近年來隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，CFB 鍋爐獲得了很
大程度的應(yīng)用，目前已有140 多臺100MW ～150MW 級的CFB 鍋爐投運和正在建造，
已有11臺300MW 級的CFB 鍋爐在建造，并有2 臺已投運。正擬發(fā)展600MWCFB鍋爐
機(jī)組。中國是世界上CFB 擁有數(shù)量最多、裝機(jī)容量最大的國家。

????? CFB 鍋爐由于其燃燒機(jī)理不同于其它類型的鍋爐，在鍋爐結(jié)構(gòu)上有其獨特
之處，其最大的特點是燃料在爐內(nèi)被控制在較低溫度（800 ℃—900 ℃）下燃燒。
燃料顆粒在爐內(nèi)多次循環(huán)，以達(dá)到抑止煙氣中Nox 的生成和利用循環(huán)物料中固硫
劑作用降低So2 的排放。物料在爐內(nèi)循環(huán)是CFB 鍋爐最大特色，必然要求鍋爐在
結(jié)構(gòu)上適應(yīng)。CFB 鍋爐的爐膛、旋風(fēng)分離器、回料器、外置床、冷渣器以及各部
件相聯(lián)的通道在鍋爐運行中都將經(jīng)受800 ℃—900 ℃的高溫?zé)煔夂臀锪蠜_刷，其
內(nèi)壁必須敷設(shè)耐火或耐火耐磨的內(nèi)襯材料。

????? CFB 鍋爐運行中，高濃度的固體物料將長期沖刷循環(huán)系統(tǒng)各部的內(nèi)襯材料，
因此，對耐火耐磨內(nèi)襯材料提出了嚴(yán)格的要求，根據(jù)鍋爐部件的特點，除合理選
擇耐火耐磨內(nèi)襯材料的材質(zhì)之外，內(nèi)襯材料還必須要適應(yīng)該部件的結(jié)構(gòu)特點來敷
設(shè)，除了結(jié)構(gòu)規(guī)矩的部位采用燒成的耐火耐磨磚襯之外，大多數(shù)部位都采用具有
可塑性的耐火耐磨澆注料。這些內(nèi)襯材料均在鍋爐安裝現(xiàn)場就地制作成型，它將
經(jīng)歷“加水澆注成型”、“自然養(yǎng)護(hù)”、“烘爐（干燥和固化）”的過程，才能
使內(nèi)襯材料達(dá)到預(yù)期的性能要求，其中，內(nèi)襯材料的干燥過程顯得格外重要，它
將直接關(guān)系內(nèi)襯材料的質(zhì)量和性能以及內(nèi)襯材料的使用壽命，影響到鍋爐運行可
靠性。

????? 原始的烘爐方法是采用在爐內(nèi)燃燒木柴、焦碳和啟動點火油燃燒器作為烘
爐熱源。這種加熱方法，由于加熱溫度和升溫速度均無法控制，熱源位置也受到
很大限制而造成內(nèi)襯材料敷設(shè)部位有不能加熱的死角，因此烘爐招致內(nèi)襯材料的
缺陷甚至大面積損壞屢見不鮮。無法確保內(nèi)襯材料性能和質(zhì)量的要求。

????? 哈爾濱普華烘爐技術(shù)服務(wù)公司在上海鍋爐廠有限責(zé)任公司和山東電建一公
司的支持下，開發(fā)了一種新型烘爐工藝——無焰烘爐，經(jīng)過二年多的實踐，證實
該烘爐方法不僅是一種省工、省時、省燃料的先進(jìn)烘爐工藝，更能確保烘爐的質(zhì)
量。

????? 2 、低溫烘爐工藝

????? 烘爐的目的是保證不損壞內(nèi)襯材料的前提下，通過加熱方法使內(nèi)襯材料得
到充分干燥，干燥后再加熱，使內(nèi)襯材料在高溫下固化并使其陶瓷性結(jié)合而達(dá)到
最優(yōu)的物理性能。因此，把烘爐工藝區(qū)分為低溫烘爐階段和高溫烘爐階段。內(nèi)襯
材料的干燥——低溫烘爐是確保烘爐的成功和內(nèi)襯材料質(zhì)量的關(guān)鍵。也就是對內(nèi)
襯材料干燥過程作有效控制，使其適應(yīng)內(nèi)襯材料水份析出的規(guī)律。

????? 內(nèi)襯材料的水份，由吸附方式與材料結(jié)合的游離水（自由水）和與材料礦
物質(zhì)化合方式結(jié)合的結(jié)晶水（化合水）組成，游離水常壓下在水沸點溫度蒸發(fā)逸
出。一般在110 ℃左右已具備完全逸出的條件。結(jié)晶水一般在200 ℃左右開始逸
出。對于結(jié)構(gòu)致密的內(nèi)襯材料來說，如果水份轉(zhuǎn)化為水蒸汽的速度遠(yuǎn)大于蒸汽逸
出的速度，積累的蒸汽壓力超過材料抗張強(qiáng)度，會使材料爆裂剝落。研究材料水
份析出規(guī)律，以便為確定烘爐工藝的溫度、溫升速度，加熱時間等參數(shù)提供依據(jù)。

????? 圖1 所示為二種氧化鋁基澆注料在升溫過程中的脫水率。從圖中看出，自
然養(yǎng)護(hù)中將會大量析出游離水，適當(dāng)延長脫模后自然養(yǎng)護(hù)時間有利于游離水的析
出和烘爐加熱干燥，加熱

????? 0 到200 ℃左右水份析出速度趨緩，并隨溫度升高繼續(xù)析出，至500 ℃時，
水份已基本逸出，繼續(xù)升溫已無助于水份的析出。

????? 為了進(jìn)一步驗證烘爐過程中，水份析出和溫度、時間的相關(guān)性，公司曾取
烘爐現(xiàn)場的樣品，在試驗室熱天平中作水份析出試驗，試樣的加熱升溫過程模擬
了烘爐的升溫過程，即升溫至150 ℃保持恒溫，再升溫至350 ℃保持恒溫，再升
溫至600 ℃。熱重測試的結(jié)果示于圖2.

????? 圖2 中看出，在整個升溫和恒溫過程中，水份析出是連續(xù)的，恒溫過程并
不影響到水份析出，但延緩了水份析出速度。升溫至400 ℃水份已基本析出，繼
續(xù)升溫對水份析出已無意義。圖1 與圖2 所示的測試結(jié)果，得出了基本一致規(guī)律，
驗證了游離水和結(jié)晶水析出的溫度條件，升溫過程中升溫速度與水份析出速度的
相關(guān)性。特別是圖2 所示結(jié)果，對烘爐工藝參數(shù)的制訂更有指導(dǎo)意義。

????? 3 、低溫烘爐工藝參數(shù)、烘爐溫度和溫升曲線

????? 根據(jù)內(nèi)襯材料水份析出特性，確定了如下的以內(nèi)襯材料無損壞干燥的低溫
烘爐工藝原則：烘爐溫度由常溫開始緩慢升高至400 ℃左右，保證水份能緩慢地
充分析出；同時要求鍋爐各烘爐部位溫度應(yīng)該是均勻的，一則是避免水份過快蒸
發(fā)導(dǎo)致內(nèi)襯材料爆裂、剝落，再則使材料在緩慢和均勻升溫中順利膨脹，避免材
料在受熱過程中因為內(nèi)外層溫度梯度過大產(chǎn)生應(yīng)力集中而招致?lián)p壞，因此升溫速
度宜控制在10℃％/ 小時以下；再則，為保證內(nèi)襯材料中游離水充分析出，溫度
至150 ℃時，恒溫一段時間，溫升至350 －400 ℃時作較長時間的恒溫，以保證
結(jié)晶水充分析出。按上述原則制訂的低溫烘爐溫升曲線。

????? 待低溫烘爐階段結(jié)束，還必須進(jìn)行高溫烘爐階段，使內(nèi)襯材料進(jìn)一步固化
和陶瓷化結(jié)合。烘爐溫度可達(dá)到600 ℃－800 ℃，因為內(nèi)襯已經(jīng)充分干燥，其升
溫速度可以提高至50℃/ 時。高溫烘爐溫升曲線示于圖4.

????? 高溫烘爐階段一般是在低溫烘爐后隨即啟動的初次投運中進(jìn)行，不必要作
專門的烘爐安排。

????? 4 、無焰烘爐機(jī)根據(jù)低溫烘爐工藝要求，哈爾濱普華煤燃燒技術(shù)開發(fā)中心
開發(fā)并研制了無焰烘爐機(jī)

????? （專利號：ZL03275601.1）。為實施低溫烘爐工藝從爐外向爐內(nèi)內(nèi)襯材料
提供干燥熱源。對無焰烘爐機(jī)的主要性能要求是：具有足夠的燃燒熱功率，烘爐
機(jī)產(chǎn)生的熱煙氣溫度可以大幅度調(diào)節(jié)以滿足烘爐溫度及升溫速度的控制要求，煙
氣入爐有足夠的壓頭和沖程，使煙氣在爐內(nèi)充滿和無死角，烘爐機(jī)能滿足多種氣、
油燃料的燃燒條件并能燃燒完全以避免未燃盡燃料

????? 入爐構(gòu)成爐內(nèi)再燃隱患，控制調(diào)節(jié)參數(shù)顯示明顯并調(diào)節(jié)操作方便，設(shè)備安
全性良好等等。圖5 所示為無焰烘爐機(jī)的外形圖。

????? 5 、低溫烘爐工藝實施要點

????? 在CFB 鍋爐爐墻施工結(jié)束，內(nèi)襯材料經(jīng)過適當(dāng)自然養(yǎng)護(hù)后，才可進(jìn)入低溫
烘爐的工藝程序。在其烘爐之前，應(yīng)做好如下烘爐的準(zhǔn)備工作以確保烘爐工藝的
成功實施：

????? 合理布置烘爐機(jī)，按照鍋爐需烘爐部位的內(nèi)襯材料數(shù)量布置烘爐機(jī)，其數(shù)
量按烘爐機(jī)熱功率能滿足該部份內(nèi)襯材料干燥所需熱量而定。圖6 所示為烘爐機(jī)
布置示意圖。

????? 合理設(shè)計煙氣流程，使具有內(nèi)襯材料的部分均有煙氣沖刷而無死角。煙氣
流程的控制是用煙氣通道中設(shè)置隔斷來達(dá)到。

????? 5.3 CFB 鍋爐的分離器出口是烘爐煙氣行程的末端。應(yīng)設(shè)置煙氣的專用排
出口或在出口端隔斷上留出排煙間隙，使煙氣通過鍋爐尾部排出。

????? 5.4 CFB 鍋爐爐膛水冷壁必須充水保護(hù)，并準(zhǔn)備好在烘爐時有補(bǔ)水及升壓
的條件。

????? 5.5 對風(fēng)水冷渣器和外置床的受熱面盡可能在低溫烘爐后裝入，否則應(yīng)用
絕熱材料嚴(yán)密包裹受熱面，同時熱煙氣入口不允許直沖受熱面以避免受熱面過燒
損壞。

????? 5.6 具有內(nèi)襯材料部件的金屬外壁均應(yīng)開足夠的水蒸汽排出孔。

????? 5.7 在烘爐的各主要部位設(shè)置試塊，以監(jiān)測內(nèi)襯材料的干燥程度。

????? 5.8 在烘爐部位均應(yīng)有監(jiān)測點，監(jiān)測各部位溫度工況，以便遵循烘爐曲線
來調(diào)整烘爐機(jī)熱功率。

????? CFB 鍋爐采用低溫和高溫二階段烘爐的實踐證明：采用無焰烘爐工藝進(jìn)行
低溫烘爐是CFB 鍋爐耐火耐磨內(nèi)襯材料無損干燥的關(guān)鍵。結(jié)合高溫烘爐，使耐火
耐磨內(nèi)襯材料達(dá)到預(yù)期的性能和保證了烘爐質(zhì)量。公司按此工藝經(jīng)歷了四十余臺
鍋爐的烘爐實踐以及所烘的CFB 鍋爐經(jīng)歷二年運行的考驗，證明了無焰烘爐的低
溫烘爐和結(jié)合初投運時的高溫烘爐是切實可行的。也說明了在這種烘爐工藝已經(jīng)
達(dá)到了完全成熟的程度。

????? 由于低溫烘爐在國內(nèi)還是初次實踐，在制定烘爐溫升曲線時基于穩(wěn)妥考慮
在時間上是特別充裕的，由烘爐時作為檢測干燥程度的試樣結(jié)果看出，其含水率
遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于內(nèi)襯材料烘爐結(jié)束后的允許值。在現(xiàn)時燃油價格昂貴的情況下，適當(dāng)?shù)?BR>縮短時間減少輸入熱量并最有效的利用輸入熱量來節(jié)約耗油量。仍是一個值得研
討的課題。

????? 參考文獻(xiàn)

????? 張全勝高洪路 .國產(chǎn)大型CFB 鍋爐高溫烘爐時的注意事項

????? 周寧生倪曉輝 .對我國循環(huán)流化床鍋爐用耐火材料現(xiàn)存問題的探討

????? 侯棟岐梁巍 .耐火耐磨材料的干燥特性與低溫烘爐曲線宋黨文 CFB鍋爐無
焰烘爐法

????? 作者簡介

????? 謝毓麟研究員級高工長期從事鍋爐燃燒技術(shù)開發(fā)，中國電力百科鍋爐分支
主編，

????? 低溫烘爐烘爐機(jī)及烘爐工藝主要開發(fā)者。現(xiàn)任職普華煤燃燒技術(shù)開發(fā)中心。