关于电厂循环流化床锅炉结焦问题的研究与预防对策

摘要：循环流化床锅炉（CFB）作为现代电厂中广泛应用的一种高效燃烧设备，因其具有良好的环保性能和燃料适应性，逐渐取代了传统的锅炉类型。然而，在其实际运行过程中，结焦问题却成为制约其性能和安全性的一个重要因素。结焦现象不仅影响锅炉的燃烧效率，降低电厂的整体经济效益，还可能导致设备的严重损坏，增加维护成本，甚至引发安全隐患。因此，深入研究循环流化床锅炉的结焦问题，并采取有效的预防和控制对策，具备重要的理论价值和实践意义。

关键词：预防对策；结焦问题；循环流化床锅炉；电厂

一、 循环流化床锅炉的基本原理

（一）工作原理

循环流化床锅炉（CFB）利用空气流动将燃料和颗粒物悬浮在锅炉内形成流化状态，在锅炉底部通过空气分布板注入预热的空气，推动锅炉内的颗粒物、燃料和助燃剂（如石灰石）在湍动状态下混合。在这个过程中，燃料被充分灰化与燃烧，形成高温的燃烧气体和循环颗粒。锅炉内的颗粒物由于密度较高，会在重力作用下沉降，从而回流到锅炉底部，形成循环。流化床内的均匀温度和气速使得燃料的燃烧效率高，且对不同种类的燃料具有较好的适应性。

（二） 主要特点

循环流化床锅炉具有多项显著特点，首先是能够高效燃烧多种固体燃料，包括煤、 biomass 和废物等。其次，由于其具有良好的流化特性，锅炉内的温度分布均匀，减少了局部过热和结焦的风险。此外，CFB 技术还允许在高温下进行脱硫、脱氮的工艺，具有更低的环境排放。

（三）与其他锅炉的比较

与传统的烟气流动锅炉相比，循环流化床锅炉在燃烧效率、环境友好性和对燃料适应性等方面具有明显优势。传统锅炉往往要求燃料粒度较小且均匀，燃烧效率受限，而CFB锅炉则无需严格控制燃料的颗粒度。此外，CFB锅炉的引入助燃剂（如石灰石）可以有效降低SO2排放，提高环保性能。而与水管锅炉相比，CFB锅炉因其气固相的流动特性，能够更好地控制床温，提高炉内反应的均匀性，降低结焦和设备维护的频率。

二、 电厂循环流化床锅炉结焦问题概述

（一）结焦的定义与机制

结焦是指在锅炉的燃烧室内，由于燃料的不完全燃烧和高温反应，导致固体颗粒物，尤其是炭基材料在锅炉的内壁或流化床上聚集形成焦块的现象。这种焦块的存在不仅加剧了锅炉内的热传导不均，还可能阻塞燃料和气体的流动通道，从而影响锅炉的整体效率和安全性。结焦的机制主要与燃料成分、反应气氛以及操作条件有关，特别是温度、压力和流化速度等因素，它们共同作用下形成了结焦的生态环境[1]。

（二）结焦的影响因素

（1）燃料性质

燃料的组成和性质对结焦的影响显著。例如，高含碳或高挥发分的燃料，燃烧时可能产生大量固体颗粒，这些颗粒往往不完全燃烧而形成焦块。此外，燃料中含有的灰分、硫和其他矿物质，也会在高温条件下发生反应，导致焦块形成。因此，选择适当的燃料，并控制其成分，对于降低结焦的风险至关重要。

（2）操作条件

操作参数直接影响锅炉内的燃烧过程及气体流动。较低的床温或不稳定的流化速度可能导致燃料在床层内的停留时间增加，从而提高结焦的可能性。此外，锅炉的操作负荷和气体流速等因素也会影响燃烧的充分性，进而导致结焦现象的产生。因此，合理调控锅炉的操作条件是预防结焦的有效手段。

（3）设备设计

锅炉的设计结构，包括燃烧室的形状、流化床的布置以及空气分布系统的设计，均会对结焦产生重要影响。设备设计不合理可能造成气流不均，一些区域出现局部过热，从而促进焦块的形成。

三、 结焦问题的影响

（一） 对锅炉效率的影响

当焦块在燃烧室内积聚时，阻碍了燃料和空气的充分混合，导致燃烧不完全。此外，结焦还造成了热传递的不均匀性，使得锅炉内部分区域过热，其他区域温度较低，进一步影响了整体的热效率[2]。随着结焦程度的加重，锅炉的蒸汽产量会逐渐降低，单位发电成本也会提高，进而影响电厂的经济效益。如果不及时处理结焦问题，甚至可能导致锅炉停机，造成更多的经济损失。

（二）对环境排放的影响

结焦不仅对运行效率造成负面影响，还可能导致环境排放问题的加剧。在结焦情况下，燃烧不充分会导致一氧化碳（CO）、未燃烧碳粒子、硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）的产生增加。此外，结焦的存在使得锅炉的脱硫系统和脱氮设备的效率下降，从而增加了废气中污染物的浓度，严重时可能违反环保法规。

（三）对设备运行的影响

焦块在锅炉内的积聚不仅会导致阻塞，还可能引起设备的机械振动和热冲击，增加设备磨损和故障的风险。对于锅炉的热交换系统，结焦会导致热传导性能下降，从而使锅筒和热交换器的工作温度升高，增加炸管和其他设备损坏的可能性。此外，结焦还将加大设备的维护和清理工作频率，延长停机时间，增加了运行成本。

四、 预防和控制结焦问题的对策

（一）燃料选择与处理

电厂应优先选择低灰分、低硫含量的优质燃料，降低结焦风险。此外，采用物理和化学方法对燃料进行预处理，例如，通过灰分调整、颗粒细化和挥发分调节等手段，提高燃料的燃烧性能和挥发物释放能力，以减少未燃烧物质和固体颗粒的生成[3]。在燃料投放时，应控制投放的时机和方式，以确保燃料与空气的充分混合，进一步提高燃烧效率。

（二）操作参数优化

首先，应保持合理的床温，确保床温在适宜的范围内，以促进高效燃烧。同时，调整流化气体的流速，以实现颗粒物的有效循环，防止其在某些区域过度沉积而产生焦块。此外，实时监测锅炉的负荷变化，灵活调节操作参数，使锅炉能够适应不同运行状态，从而更好地控制结焦的形成。例如，在负荷波动较大时，适时调整煤粉浓度和空气量，优化燃烧的充分性[4]。

（三）设备改造与技术改善

为了降低结焦的发生率，电厂应考虑对现有设备进行改造和技术升级。首先，可采用新型的流化床设计和优化锅炉燃烧室的结构，确保气流均匀分布，以避免局部过热和结焦的产生。其次，引入更为先进的燃烧技术，如尾气再循环、低温燃烧等，以提高燃烧效率和环保效果。同时，使用高温耐腐蚀材料改进锅炉内衬，减少设备在高温和腐蚀环境下的损害，延长设备使用寿命。

（四）监测与调控系统的应用

实时监测与调控系统在预防和控制结焦现象中起着至关重要的作用。通过引入先进的在线监测技术，电厂能够实时获取锅炉内部的温度、压力、流量以及气体成分等关键参数。当监测到结焦倾向时，可以及时调整操作参数或启动清理措施。此外，智能化调控系统能够对锅炉运行进行动态优化，从而实现最佳燃烧状态，并降低调节带来的时间延迟和人为失误。

结束语：

在现代电力行业中，循环流化床锅炉因其高效燃烧和环境友好性受到广泛应用，但结焦问题依然是制约其可靠运行的重要因素。通过对结焦现象的深入研究，我们了解到其不仅影响锅炉的燃烧效率和设备安全，还对环境排放和电厂经济效益产生了深远的影响。本文详细探讨了结焦的定义、机制及其影响因素，并提出了一系列预防与控制对策。未来的研究应进一步深入结焦的成因分析与解决方案，以便及时应对新型燃料及市场需求变化带来的挑战。

参考文献：

[1] 王力.关于电厂循环流化床锅炉结焦问题的研究与预防对策[J].电子乐园， 2022（3）：0190-0192.

[2] 万飞，万强文，王洋.440t/h循环流化床锅炉床面结焦引起的原因和预防措施[J].中国战略新兴产业， 2022（18）：72-75.

[3] 刘伟.电厂循环流化床锅炉结焦原因与预防措施研究[J].电力系统装备， 2022（003）：000.

[4] 张钧，王成强.循环流化床锅炉结焦原因及预防策略[J].模型世界， 2022（7）：16-18.