循環(huán)流化床鍋爐J閥振動(dòng)原因的冷態(tài)試驗分析

　　循環(huán)流化床電站鍋爐已經(jīng)得到了廣泛的應用，而J閥是循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵部件，擔負著(zhù)將分離器分離的物料回送到鍋爐中，J閥能否正常工作是影響鍋爐安全生產(chǎn)的重要影響因素，但是在實(shí)際運行中，J閥往往出現堵塞、振動(dòng)大等現象嚴重威脅鍋爐安全運行。為此在一冷態(tài)試驗臺上，開(kāi)展了J閥振動(dòng)原理的試驗研究。試驗證明：J閥的振動(dòng)與閥內流動(dòng)方式密切相關(guān)。試驗結果為J閥在不同運行工況下，處于不同的回料狀態(tài)。由于工況的變化帶來(lái)了不同回料狀態(tài)的轉換，從而引起J閥振動(dòng)。通過(guò)試驗有助于循環(huán)流化床鍋爐J閥現場(chǎng)運行的監視，進(jìn)而減少J閥的振動(dòng)現象。

　　循環(huán)流化床燃燒技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用在電站鍋爐，而回料閥作為循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵設備，擔負著(zhù)將分離后的床料及煤炭顆�；厮偷綘t膛的重要任務(wù)，其工作狀態(tài)往往影響到整個(gè)鍋爐的正常運行。其中在大型循環(huán)流化床鍋爐中J閥應用最為廣泛。如圖1所示，典型的J閥由支持室、循環(huán)室等部件組成，J閥在運行中往往出現很多問(wèn)題，其中J閥的堵塞問(wèn)題最為普遍，在文獻中可以發(fā)現，包括75t/h、440t/h、410t/h不同容量的鍋爐均出現了堵塞，結焦問(wèn)題，而堵塞的原因往往是由于立管澆注料脫落造成的。至于脫落的原因，一方面是澆注料的鋪裝質(zhì)量問(wèn)題;而另一方面，本文認為J閥的振動(dòng)現象也是J閥內澆注料脫落的重要原因。雖然很多學(xué)者也觀(guān)察到的J閥的振動(dòng)，但是對于振動(dòng)原因沒(méi)有進(jìn)一步的研究。本文利用循環(huán)流化床鍋爐冷態(tài)試驗臺，通過(guò)試驗分析，重點(diǎn)研究了J閥的回料方式，從而闡明了振動(dòng)的原因，并提出了減少振動(dòng)的方法。本文的研究成果有助于對現場(chǎng)設備工作原理的理解，減少J閥振動(dòng)現象。

圖1 J閥工作原理及結構圖

1、試驗臺介紹

1.1、試驗臺

　　試驗在一個(gè)冷態(tài)循環(huán)流化床鍋爐(CFB)試驗臺開(kāi)展，如圖2，整個(gè)試驗臺由1臺125MW的CFB鍋爐�；�而來(lái)，爐膛截面積280mm×300mm高度為3m，旋風(fēng)分離器將分離下的粒子通過(guò)立管送入J型回料閥，J閥與爐膛布風(fēng)板均采用鐘罩型風(fēng)帽，整個(gè)試驗臺有2套送風(fēng)系統，由1臺高壓風(fēng)機給爐膛送風(fēng)，風(fēng)量采用皮托管測量。另外，通過(guò)空壓機向回料系統單獨送風(fēng)，回料風(fēng)在經(jīng)過(guò)一玻璃轉子流量計后，由1個(gè)三通分兩路送入回料風(fēng)室。試驗中物料采用的是玻璃微珠，其主要成份為二氧化硅，真實(shí)密度2500kg/m3，粒徑范圍dp為0.112～0.140mm，爐膛內靜止料位hm為100mm。試驗中增加了旋風(fēng)分離器內中心管長(cháng)度，提高了分離效率，能夠保證將進(jìn)入旋風(fēng)分離器的物料全部分離下來(lái)，在試驗過(guò)程中，沒(méi)有物料的損失。

圖2 試驗臺及試驗J閥照片

1.2、壓力測量系統

　　試驗臺主要壓力測點(diǎn)為：主流化風(fēng)室、布風(fēng)板上部、爐頂、分離器、立管、回料風(fēng)室、支持室、回料室等，如圖3所示。在取樣管處放置有海綿，可以防止物料將取樣管堵塞;每個(gè)取樣管都連接到壓力變送器，將壓力信號轉變?yōu)闃藴实?-5伏的電壓信號，再經(jīng)數據采集卡采集后，輸入計算機進(jìn)行分析。試驗所用的變送器分別為BP-801K、YSD-HADU。采用的數據采集卡為美國NI公司NI USB-6008，基于USB的12位，10kS/s多功能數據采集卡，進(jìn)行數據采集。

1—回料送風(fēng)室;2—支持室壓力;3—分離器下部;4—爐膛頂部;5—布風(fēng)板上部;6—主風(fēng)室;7—循環(huán)室上部

圖3 試驗臺主要壓力測點(diǎn)分布圖

2、回料狀態(tài)及壓力判斷

2.1、回料狀態(tài)

　　經(jīng)過(guò)試驗觀(guān)察及壓力測點(diǎn)數據的分析，回料的狀態(tài)可以分為3類(lèi)：非工作區、立管有料位工作區、立管無(wú)料位工作區。非工作區，在J閥中表現為回料停滯，回料風(fēng)無(wú)法將物料回送到爐膛內，其調節過(guò)程為，在一定的主流化風(fēng)下，即保持床內負荷不變，逐漸減小回料風(fēng)量，可調節到這一工況，如圖4(a)。立管有料位工作區，在J閥中表現為：在立管中維持有料位、主風(fēng)量、回料風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，立管中料位會(huì )相應改變，自由表面表現為波浪狀的移動(dòng)床的流態(tài)，而循環(huán)室內流態(tài)為鼓泡床;調節過(guò)程為，在一定的主流化風(fēng)下，即保持床內負荷不變，逐漸增減回料風(fēng)量，可以調節到這一穩定工況。如圖4(b)。立管無(wú)料位工作區，表現為，在立管中維持不了料位，且在支持室、循環(huán)室內料位相等，均表現為鼓泡流化狀態(tài)，調節過(guò)程為，在一定的主流化風(fēng)量下，即保持床內負荷不變，逐漸增大回料風(fēng)量，可以調節到這一穩定工況，如圖4(c)。

圖4 試驗J閥不同的回料狀態(tài)

2.2、不同回料狀態(tài)的判斷方法

　　上述的回料狀態(tài)是通過(guò)觀(guān)察J的工作表現而確定，對于現場(chǎng)運行的J閥是無(wú)法進(jìn)行試驗觀(guān)察的，必須找到有效的回料狀態(tài)判斷方法，才能分析實(shí)爐的運行狀態(tài)。本文采用根據壓力J閥試驗系統的壓力變化進(jìn)行有效的確定，在圖3的壓力測量系統中，其中2號、7號位置的壓力是特別設置的，在實(shí)爐中并沒(méi)有設置相應位置的測點(diǎn)。在圖3中，可以看到回料風(fēng)室與主風(fēng)室是有分別通過(guò)支持室和循環(huán)室2條氣流通道可以相連，J閥內部物料的流動(dòng)狀態(tài)，能夠影響到氣流通過(guò)的阻力，由于主流化風(fēng)量遠遠大于回料風(fēng)量，流動(dòng)阻力變化時(shí)會(huì )影響到回料風(fēng)室壓力(1號)的變化。而2號位置，為支持室中部，當立管中存在料位時(shí)，2號壓力測點(diǎn)可以測量料位的高度。

　　不同回料狀態(tài)的判斷，非工作區，此時(shí)在循環(huán)室內物料不發(fā)生流化，但有時(shí)也產(chǎn)生個(gè)別的鼓泡，基本上不會(huì )形成回料，而回料風(fēng)只是穿過(guò)這個(gè)固定的物料層，流量很小，此時(shí)回料風(fēng)室和主流化風(fēng)室的空氣通路會(huì )被阻斷，回料風(fēng)室的壓力會(huì )上升，超過(guò)主流化風(fēng)室，如圖5(a)所示，同時(shí)由于沒(méi)有回料返回在爐膛內，在立管中回料的料位不斷上升的情況，所以支持室的壓力也不斷的上升，由于物料進(jìn)入立管中，導致?tīng)t膛物料量減少，主風(fēng)室壓力降低，而循環(huán)室壓力等于爐膛回料口處壓力，壓力升高，圖5(a)顯示J閥2次非工作區狀態(tài)，其中2次非工作區的過(guò)渡過(guò)程為突然大量回料過(guò)程，表現為立管料位壓力突然下降，主風(fēng)室壓力突然升高，通過(guò)各點(diǎn)壓力的綜合分析，可以判斷出這種回料的運行工況。圖5(b)為立管有料位回料工作狀態(tài)，從圖中可以看到，由主流化風(fēng)量逐步增加，主風(fēng)室壓力階梯上升，爐膛出口進(jìn)入分離器的物料增加，立管料位增加，支持室壓力升高，J閥回料正常，回料風(fēng)室與主風(fēng)室氣流通道暢通，回料風(fēng)室壓力保持不變。圖5(c)為無(wú)料位回料工作狀態(tài)，從圖中可以看到由于整個(gè)系統氣流的通路比較通暢，不會(huì )產(chǎn)生某個(gè)部位物料停滯，所以也不會(huì )產(chǎn)生壓力的突然增加，系統運行平穩。

圖5 根據系統壓力分布判定不同回料狀態(tài)

3、振動(dòng)原因分析

　　J閥表現出不同的回料狀態(tài)，而從系統壓力的綜合分析可以判斷出相應的狀態(tài)變化，從圖5(a)中可以發(fā)現，當回料狀態(tài)發(fā)生突然的改變，造成物料大量的遷移，帶來(lái)系統壓力大幅變化的同時(shí)，也產(chǎn)生了系統的振動(dòng)。如在實(shí)爐運行時(shí)，當負荷變化時(shí)外循環(huán)量變化，回料風(fēng)量沒(méi)有及時(shí)相應變化，造成J閥回料量的沒(méi)有改變，立管中的料位發(fā)生變化，J閥回料狀態(tài)可能瞬時(shí)從立管有料位狀態(tài)變化為無(wú)料位狀態(tài)，造成大量床料進(jìn)入爐膛，引起J閥的振動(dòng)。又如，對于兩分離器、回料裝置的鍋爐，在2個(gè)分離器之間，存在著(zhù)不同的負荷比，可能使分離負荷瞬間從一個(gè)分離器移到另一個(gè)中，造成相應立管中料位的劇烈變化，從而也引起回料狀態(tài)的快速變化，造成J閥的振動(dòng)。

4、結語(yǔ)

　　通過(guò)J閥回料狀態(tài)的試驗研究，提出了J閥表現出回料停滯、立管有料位回料、立管無(wú)料位回料的運行狀態(tài)，并增加了J閥支持室、循環(huán)室壓力測點(diǎn)，通過(guò)J閥系統壓力測點(diǎn)的綜合分析可以判斷出相應的回料狀態(tài)，并指出J閥的振動(dòng)是由于回料狀態(tài)的瞬間轉化而形成的。建議循環(huán)流化床鍋爐設計和制造單位，在實(shí)爐中增加J閥支持室壓力，可以實(shí)現對于J閥運行狀態(tài)的有效監視，及時(shí)調整減少J閥的振動(dòng)現象。