循環流化床電站鍋爐已經得到了廣泛的應用，而J閥是循環流化床鍋爐的關鍵部件，擔負著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的重要影響因素，但是在實際運行中，J閥往往出現堵塞、振動大等現象嚴重威脅鍋爐安全運行。為此在一冷態試驗臺上，開展了J閥振動原理的試驗研究。試驗證明：J閥的振動與閥內流動方式密切相關。試驗結果為J閥在不同運行工況下，處于不同的回料狀態。由于工況的變化帶來了不同回料狀態的轉換，從而引起J閥振動。通過試驗有助于循環流化床鍋爐J閥現場運行的監視，進而減少J閥的振動現象。

　　循環流化床燃燒技術已經廣泛的應用在電站鍋爐，而回料閥作為循環流化床鍋爐的關鍵設備，擔負著將分離后的床料及煤炭顆粒回送到爐膛的重要任務，其工作狀態往往影響到整個鍋爐的正常運行。其中在大型循環流化床鍋爐中J閥應用最為廣泛。如圖1所示，典型的J閥由支持室、循環室等部件組成，J閥在運行中往往出現很多問題，其中J閥的堵塞問題最為普遍，在文獻中可以發現，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量問題;而另一方面，本文認為J閥的振動現象也是J閥內澆注料脫落的重要原因。雖然很多學者也觀察到的J閥的振動，但是對于振動原因沒有進一步的研究。本文利用循環流化床鍋爐冷態試驗臺，通過試驗分析，重點研究了J閥的回料方式，從而闡明了振動的原因，并提出了減少振動的方法。本文的研究成果有助于對現場設備工作原理的理解，減少J閥振動現象。

圖1 J閥工作原理及結構圖

1、試驗臺介紹

1.1、試驗臺

　　試驗在一個冷態循環流化床鍋爐(CFB)試驗臺開展，如圖2，整個試驗臺由1臺125MW的CFB鍋爐模化而來，爐膛截面積280mm×300mm高度為3m，旋風分離器將分離下的粒子通過立管送入J型回料閥，J閥與爐膛布風板均采用鐘罩型風帽，整個試驗臺有2套送風系統，由1臺高壓風機給爐膛送風，風量采用皮托管測量。另外，通過空壓機向回料系統單獨送風，回料風在經過一玻璃轉子流量計后，由1個三通分兩路送入回料風室。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。試驗中增加了旋風分離器內中心管長度，提高了分離效率，能夠保證將進入旋風分離器的物料全部分離下來，在試驗過程中，沒有物料的損失。

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為：主流化風室、布風板上部、爐頂、分離器、立管、回料風室、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;每個取樣管都連接到壓力變送器，將壓力信號轉變為標準的1-5伏的電壓信號，再經數據采集卡采集后，輸入計算機進行分析。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，進行數據采集。

1—回料送風室;2—支持室壓力;3—分離器下部;4—爐膛頂部;5—布風板上部;6—主風室;7—循環室上部

圖3 試驗臺主要壓力測點分布圖

2、回料狀態及壓力判斷

2.1、回料狀態

　　經過試驗觀察及壓力測點數據的分析，回料的狀態可以分為3類：非工作區、立管有料位工作區、立管無料位工作區。非工作區，在J閥中表現為回料停滯，回料風無法將物料回送到爐膛內，其調節過程為，在一定的主流化風下，即保持床內負荷不變，逐漸減小回料風量，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、主風量、回料風量發生變化時，立管中料位會相應改變，自由表面表現為波浪狀的移動床的流態，而循環室內流態為鼓泡床;調節過程為，在一定的主流化風下，即保持床內負荷不變，逐漸增減回料風量，可以調節到這一穩定工況。如圖4(b)。立管無料位工作區，表現為，在立管中維持不了料位，且在支持室、循環室內料位相等，均表現為鼓泡流化狀態，調節過程為，在一定的主流化風量下，即保持床內負荷不變，逐漸增大回料風量，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

2.2、不同回料狀態的判斷方法

　　上述的回料狀態是通過觀察J的工作表現而確定，對于現場運行的J閥是無法進行試驗觀察的，必須找到有效的回料狀態判斷方法，才能分析實爐的運行狀態。本文采用根據壓力J閥試驗系統的壓力變化進行有效的確定，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，在實爐中并沒有設置相應位置的測點。在圖3中，可以看到回料風室與主風室是有分別通過支持室和循環室2條氣流通道可以相連，J閥內部物料的流動狀態，能夠影響到氣流通過的阻力，由于主流化風量遠遠大于回料風量，流動阻力變化時會影響到回料風室壓力(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，2號壓力測點可以測量料位的高度。

　　不同回料狀態的判斷，非工作區，此時在循環室內物料不發生流化，但有時也產生個別的鼓泡，基本上不會形成回料，而回料風只是穿過這個固定的物料層，流量很小，此時回料風室和主流化風室的空氣通路會被阻斷，回料風室的壓力會上升，超過主流化風室，如圖5(a)所示，同時由于沒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，由于物料進入立管中，導致爐膛物料量減少，主風室壓力降低，而循環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，其中2次非工作區的過渡過程為突然大量回料過程，表現為立管料位壓力突然下降，主風室壓力突然升高，通過各點壓力的綜合分析，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，從圖中可以看到，由主流化風量逐步增加，主風室壓力階梯上升，爐膛出口進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，回料風室與主風室氣流通道暢通，回料風室壓力保持不變。圖5(c)為無料位回料工作狀態，從圖中可以看到由于整個系統氣流的通路比較通暢，不會產生某個部位物料停滯，所以也不會產生壓力的突然增加，系統運行平穩。

圖5 根據系統壓力分布判定不同回料狀態

3、振動原因分析

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

4、結語

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