1、余热电站的简介
我厂有2条带五级预热器的预分解窑，一条是生产700 t/d水泥熟料，一条是生产1 000 t/d水泥熟料。我厂余热电站就是为了利用这2条预分解窑的余热而建造的自备电站，汽轮机装机总容量为12 MW。其主机设备主要包括“五炉一机”，“五炉”为：1台AQCI炉（二期缓建），1台AQC2炉，1台SP1炉，1台SP2炉，1台CPC锅炉； “1机”为：1台汽轮发电机组。设计的AQCI炉设置在7 00 Ud预分解窑窑头熟料冷却机废气出口与窑头废气电收尘器之间；AQC2炉设置在1000 t/d预分解窑窑头熟料冷却机废气出口与窑头废气电收尘器之间；SPI炉设置在700t/d预分解窑窑尾预热器废气出口与窑尾高温风机之间；SP2炉设置在1000 t/d预分解窑窑尾预热器废气出口与窑尾高温风机之间。设计的AQC1炉、AQC2炉、SPI炉和SP2炉废气设置旁路烟道，当它们出现故障而检修时，预分解窑系统仍可以继续生产。
设计的AQCI炉、AQC2炉、SPI炉和SP2炉都采用两段受热面，I段为蒸汽锅炉，生产高温、高压的饱和蒸汽；Ⅱ段为热水锅炉，生产高温、高压的热水，目的是充分利用窑头熟料冷却机和窑尾废气的余热。它们生产的饱和蒸汽和热水并人CPC锅炉系统，并与CPC锅炉一起保证汽轮机所需要的饱和蒸汽。
CPC锅炉是由哈尔滨锅炉厂从美国燃烧动力公司(Combustion Power Company，简称CPC公司)引进技术、生产设计并制造的CPC循环流化床锅炉，在国内俗称为CPC锅炉。我厂的CPC锅炉型号为HG-CPC45(35)-3.82-450℃．1，它是一种细粒子、低速循环流化床锅炉机组，具有燃料适应能力强的特点，能够燃烧包括煤矸石在内的各种劣质燃料，并且具有较高的热效率，通常运行在850 - 950℃的理想脱硫温度区间，在流化床中加入适量的石灰石脱硫剂可以使S02排放量大大降低；采用低温段燃烧分段送风，使燃烧始终在低过量空气下进行，并能够抑制NOx的产生和排放。CPC锅炉是有特色的高效低污染的环保型燃煤锅炉。其设计参数及规格如下：额定蒸发量45(35) t/h;额定蒸汽压力3.82 MPa;额定蒸汽温度450℃；给水温度150℃；冷风温度20℃；热风温度120℃；排烟温度130℃；锅炉热效率>87%；燃料种类为各种劣质煤；锅炉鼓风机风压22 000Pa，风量37 000 m3/h(150 'C)；锅炉引风机风压6 012 Pa，风量86 000 m3/h (300℃)。
2、CPC锅炉结焦的原因分析
我厂余热电站的CPC锅炉，自1999年9月投入运行后，多次发生结焦故障，余热电站不能正常运行，被迫停炉处理。其结焦的具体表现为：炉膛负压增大，炉温下降，流化床温度也随之下降；汽压、汽温、蒸汽流量下降；排渣不畅，排渣管堵塞。停炉后检查发现，结焦现象发生在流化床的不同部位，床料的表面还覆盖着一层细灰，细灰的下面是粗颗粒的炉焦和床料，焦块是由疏松状的渣粒构成，其核心有熔融的痕迹。
CPC锅炉结焦的原因是多方面的，一般要从锅炉的结构特点、燃料的特性和运行操作等方面进行分析考虑。
2.1 CPC锅炉的结构特点
CPC锅炉的炉床和炉膛截面面积大，存储物料多，床料及燃料的运行，是靠安装在布风板上的许多个具有不同射风方向的定向风帽作用所形成的空气动力场，风帽的下部与一次风室相通，形成特有的配风方式。为了达到完全燃烧和脱硫效果，加长燃料和石灰石在炉内的运行路线，排渣口设在给料口的另一端。在炉顶设置高效旋风分离器，回料管的一端设置在炉膛的密相区，回料管内的物料所形成的压力与炉膛上下部的压力差相平衡，自动维持物料分离并返回到炉膛内，形成物料的炉内循环。流化床上的物料在床上按逆时针方向旋转，边流动边燃烧，并向上运行，燃料在炉内行走的路线长，停留的时间长，燃尽率高。
因此，要保证CPC锅炉燃烧均匀，必须保证流化床上布风均匀，物料流动均匀并且不存在死区。这就要求，每个风帽的射风角度和方向，设计、制造和安装的精度都要高；风帽射风所形成的空气动力场应当理；流化床的排渣点、温度测量点、旋风分离器回料管的回灰点和炉膛四角等处风帽的射风角度和方向，必须保证合理，避免流化床上的空气动力场存在盲区，进而避免炉内物料的循环存在死区。
2.2燃料的特性
在燃烧过程中，CPC锅炉的燃料在流化床上受空气动力场的作用而流动，并向上运行，因此，CPC锅炉对燃料粒度的要求比较严格。其具体要求是：平均粒径为1 -2 mm，最大粒径为6mm，最小粒径为0.5 mm以下且所占的比例<15%。如果使用石灰石作脱硫剂，CPC锅炉不仅对燃料的粒度有具体的要求，对石灰石粒度的要求也比较严格。石灰石粒度的具体要求是：平均粒径为0.4 - 0.6 mm，最大粒径为<2 mm，最小粒径为0.2 mm且所占的比例≤5%。燃料和石灰石混合后的粒度分布（质量分布）要求为：粒径在1.0 mm以上的颗粒所占的比例≤10%，粒径在0.5 - I.O mm的颗粒所占的比例为80% - 60%，粒径在0.25 - 0.5 mm的颗粒所占的比例为10% -30%，粒径在0.125 mm以下的颗粒所占的比例<10%。
CPC锅炉具有燃料适应能力强的特点，能够很好地燃烧包括煤矸石在内的各种劣质煤。所以，从能源、环保和经济效益等方面进行综合考虑，我们采用煤矸石作为CPC锅炉的主要燃料，并采取一级锤式破碎制备煤矸石，经破碎后的煤矸石粒径<6 mm。在CPC锅炉运行的初期，煤矸石的粒度基本合格。但是，随着运行时间的延长，破碎机锤头逐渐磨损，煤矸石的粒度合格率也逐渐降低。在CPC锅炉结焦期间，我们曾进行过煤矸石的筛分检查。从筛分的结果看，大粒径煤矸石的比例明显偏大，即≥6 mm的煤矸石所占的比例太大，明显高于CPC锅炉规范的要求。尽管煤矸石在600 - 900℃的高温下可能会发生热爆，即煤矸石在锅炉内有变细的趋势，也不能达到CPC锅炉规范的要求。大粒径的煤矸石在燃烧过程中，在风帽射风所形成的空气动力场作用下不能均匀流动，并会形成聚集，聚集在中心位置的煤矸石燃烧而释放出的热量不能辐射出去，使聚集区中心的温度升高，温度一旦达到煤矸石的熔融点，就会发生流化床结焦。
2.3运行操作参数
按照设备制造厂家的要求，CPC锅炉运行时床料厚度应保持在600 mm左右。但是，在实际运行中，特别是在点炉的初始阶段，床料厚度一般都达不到600 mm，一次鼓风机的风压、风量很难控制适当。由于CPC锅炉的料层厚度小，浓相区粒子浓度低于正常值，造成大量的细灰被吹走，相应的大块煤渣留在床底。随着抛煤量增多，大块煤渣也越来越多，并且大块煤渣下沉导致流化床流化不好，最后导致大量大块煤渣停留在空气动力场的弱区并形成堆积，抛进锅炉的煤矸石同样也会因流化不好而形成堆积，直至最后形成渣块板结和结焦现象。
3、改进措施及效果
在CPC锅炉发生结焦时，有些运行操作人员采取加大风量，试图吹散焦块，结果往往是适得其反，反而会加剧吹散细灰，使床底上只剩下大块煤渣，加快流化床结焦的速度。CPC锅炉发生结焦后不久往往就不能再维持运行，只能被迫停炉处理。因此，处理CPC锅炉结焦故障的关键应该是在预防上，我厂在预防流化床结焦上主要采取了以下措施。
3.1改进煤矸石制备系统
经过我们分析认为，CPC锅炉结焦的主要原因应该是入炉煤矸石的粒度不合格，大粒径的煤矸石所占的比例比较大。所以，我们对煤矸石制备工艺提出了严格的要求，粒度不合格的煤矸石严禁入炉，并在制备煤矸石的破碎机后面增加1个筛孔直径为6 mm的振动筛，通过振动筛的合格煤矸石进行人炉燃烧，不能通过振动筛的大粒径煤矸石重新返回到破碎机进行再破碎，直到其粒径合格为止，保证人炉煤矸石的合格率。
3.2改进操作参数
在点炉之前，首先在流化床上铺垫300～350 mm厚的灰渣，之后，开启一次鼓风机。观察灰渣能够开始蠕动所需要的最低风量和灰渣流化浮动所需要的最高风量。在点炉过程中，床料厚度先调整在300- 350 mm左右，一次鼓风机的风量控制在最低风量与最高风量之间，保持床料中细灰的含量，尽力增加锅炉内的流化载体，保障流化床流化均匀。然后，根据系统的负荷、流化床的温度和排渣、以及灰渣颜色的情况，逐渐地适当调整床料的厚度和一次鼓风机的风量，直到床料的厚度达到技术规范的要求，锅炉系统安全稳定运行。
3.3改进效果
改进前，CPC锅炉经常结焦，不能安全、稳定运行，严重影响我厂的生产。经过改进后，CPC锅炉运行稳定，没有再发生过结焦现象，并创造了连续安全运行90d的记录。
4、结束语
CPC锅炉能够燃烧包括煤矸石在内的各种劣质煤，并适用于水泥预分解窑余热电站，是一种性能较好的锅炉。CPC锅炉结焦的主要原因是入炉煤矸石的粒度不合格。在保证煤矸石粒度合格的情况下，调整好运行参数，能够有效地避免CPC锅炉的结焦现象。
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