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关于循环流化床锅炉的几个问题
作者: 来自: 发布时间:2009/4/13

关于循环流化床锅炉的几个问题

祝兴久 营口市第二热电厂工程建设指挥部

            

           

一、循环流化床锅炉(CFBB)的主要优缺点

循环流化床锅炉是近年来国际上发展起来的一种新兴炉型。它的优点正日益为世界各国的人们所认识。各国都在积极发展自已的循环流化床燃烧技术。根据资料介绍,循环流化床锅炉的主要优点在于:

1.燃料适性好,几乎可以燃用各种优劣质燃料。

2.燃烧效率高,对无烟煤可达97%,对其它煤种可达98%-995%。可与煤粉炉相竞争。

3.床内直接加石灰等脱硫剂的脱硫效率高。当CAS1520时,脱硫效率可达85%-90%。

4.两段低温燃烧,NOX排放量小。(<100200PPM)。

5.负荷调节范围大,其负荷调节范围为(25100)%。

6.床内可不布置受热面,无埋管磨损,压火时间长。压火时间可达8小时。

7.飞灰和炉渣的含碳量低,通常低于(45)%,有利于飞灰和炉渣的综合利用。

然而,循环流化床锅炉毕竟是一种新炉型,它也存在着自身的缺点与不足。根据国外资料介绍,它的主要缺点在于:

1.炉膛高大,炉本体钢材耗量大,制造成本高。

2.分离循环系统比较复杂,布风板阻力及系统阻力大,自身耗电量大。

3.床内速度高,粒子浓度大;由于分段燃烧,缺氧还原区的存在,致使受热面与吊挂管磨损与腐蚀严重。

4.旋风分离器的数量与尺寸,限制了循环流化床锅炉的大型化发展。

应当说明,以上观点均系对国际上当今流行的高速外循环流化床锅炉而言。从国内已投运的循环流化床锅炉情况来看情况与此不完全相同。

从能耗上看,国内循环流化锅炉高于链条炉,但低于煤粉炉。这主要是因为一方面国内循环流化床锅炉都选用较低的循环倍率和流化风速;较大的燃料颗粒度。另一方面,国外一般煤粉炉都采用能耗较低的制粉系统,而国内容量的煤粉大部分仍采用能耗高的钢球磨、中间贮仓式制粉系统。

从造价上看,虽然循环流化床锅炉本体造价高于同容量的煤粉炉,但由于它适于燃用宽筛分燃料,省去了复杂的制粉系统。所以,系统投次,(包括土建)仍远低于煤粉炉。

二、国内电站循环流化床锅炉的发展现状

八十年年初,国内就开始研制高效、低污染的循环流化床锅炉。1989年中科院工程热物理研所与济南锅炉厂联合开发的35TH,中压循环床锅炉通过了国家级鉴定。带动了国内循环流化床锅炉的发展。到目前为止,国内已有济南锅炉厂、四川锅炉厂、杭州锅炉厂等在有关院校,科研单位的协肋下相继开发出自已的中压或次高压循环流化床锅炉。其中有的已投入运行。北京锅炉厂与美国RELAY

STOKER,公司合作引进了德国BABCOCK公司的CIRCOFLUID型循环流化床锅炉的专利技术,能够生产从35TH130TH系列的该型锅炉。

(一)济南锅炉厂YGCFBB

1.炉型简介

济南锅炉厂生产的YG75529-M型循环流化床锅炉是在与中科院联合开发的35TH中压循环流化床锅炉基础上研制的。基本上采用35THCFBB的技术。该炉燃烧主要由炉膛,转弯烟室、旋风分离器和返料机构组成。炉膛下部是浓相层、最底部是布风板。布风板面积为102M2均布着639个风帽。经空气预热器预热,一次风由箱经过这些小风帽均匀进入炉膛。燃煤经三台给煤机由炉前送入燃烧室。二次风约占总风量的50%,通过燃烧室下部分层布置的二次风喷进入炉膛。烟气夹带有大量的固体颗粒,在炉膛出口,大颗粒被惯性分离器捕集,通过返料器送回燃烧室内,重新参与燃烧。较细的颗粒在烟气携带下进入旋风分离器。被捕集的颗粒通过J型无机械密封阀送入燃烧室。离开分离器的烟气进入尾部竖井。

2.主要特征参数

1 流化风速:W5M/S

2 循环倍率:R2025

3 分离方式:一级惯性分离十一级旋风分离

4 回料机构:J型阀

5 燃料颗粒度:013MM

6 锅炉主要结构尺寸:

    汽包中心线标高:27205M

    锅炉深度(柱中心线):1494M

    锅炉宽度(柱中心线):88M

3 主要问题

1  高温烟道和旋风分离器的磨损

2  热惰性大,启停时间长

3  旋风分离器内有二次燃烧现象,控制不当易引起结焦。

(二)四川锅炉厂

四川锅炉三与清华大学在联合开发出35TH中压循环流化床锅炉的基础上,又研制出75TH次高压循环流化床。该炉炉膛分设两个床:主燃烧床(2305×5490),付床(又名细灰床1025×5490)。主燃烧床底部为一湍动床,床内工作温度8008700C。由于烟气携带大量飞灰,其热容量较大,整个炉膛温度场均匀,炉膛出口温度7207300C。大量飞灰浓度很高的烟气离开炉膛后,通过前后两级平面流分离器,在热态下将飞灰分离。分离下来的高温飞灰经大容积贮料斗、L阀将其送入付床。付床实际上是一个低速的细灰沸腾床,末燃烬的细灰可进一步燃烧。继而灰流再溢流至主燃烧床,从而实现飞灰的循环燃烧。

燃煤经布置在700米运转层上的四台螺旋给煤机,通过落料管运至主燃烧床上部,在风力的吹播作用下,进入稀相区。

二次风约占总风量的20%-25%。

1.主要特征参数

1 流化风速:45MS

2 循环倍率:R1015

3 分离方式:两级平面流化离器(一级为惯性一级为平流分离器)

4 回料机构:L阀(现改为U阀)

5 燃料颗粒度:010MM

6 主要结构尺寸

锅筒中心线标高:247M

锅炉深度(柱中心线)1145M

锅炉宽度(柱中心线)67M

3.主要问题

根据鞍山第二热电厂运行一年多的情况来看,主要问题表现在出力不足和浓相区、中间水冷壁及侧包墙管磨损严重。通过一段时间的反复在浓相区的反复摸索,通过改善燃料颗粒度的级配,出力问题已经解决。磨损问题通过在浓相区水冷壁上敷设保护层等手段已经得到控制。下一步的关键问题在于如何提高分离器的使用寿命及工作可靠性。

(三)杭州锅炉厂75TH分级分离(百叶窗分离器)循环流化床锅炉

该型锅炉是中科院工程热物理所在研制35h中压循环流化床锅炉的基础上、总结正、反两方面的经验,与杭州锅炉厂开发出的一种新炉型。炉型的特点在于:采用两级分离,一级分离器采用百叶窗分离器,设在炉膛出口,固定在拉稀的后水冷壁管上。二级分离器设在省煤器之后,由百叶窗与旋风分离器组合而成。

其主要结构尺寸为:

锅炉中心线标高“248M

锅炉深度:(柱中心线):1585M

锅炉宽度(柱中心线):68M

该型炉在浓相区和转弯烟室,采用镍铬合金热喷涂,根据有关试验,喷涂后可提高防磨性能6倍。它的主要优点在于送引风机电机容量小,电耗低。

这种型式锅炉的潜在问题在于第一级百叶窗的分离效率能否得到保证。如果效率低则其后的过热器,省煤器的磨损将严得影响锅炉的安全运行。此外,第一级百叶窗分离器的工作温度高,烟气飞在浓度及烟气流速大,工作环境恶劣,分离器的佬质选择十分重要。

(四)北京锅炉厂与美国RELAY  STOLER公司合作引进的CIRCOFLUIDCFBB 

CIRCOFLUIDCFBB是高膨胀湍流床、低循环倍率它是由下中泡床湍流床悬浮室飞灰得燃及分段燃烧系统组成。是一种介于一般泡床与高速循环床之间的复合型CFBB。其主要特点是:

1)炉子下部为湍流床,膨胀后约高16M。此外粒子浓度为1000KGM3。炉子上、下四周均为膜式水冷壁。上二次风口以下均用碳化硅等耐磨层敷盖。一次风率为5560%,二次风率为40580%。布风板区的流化风速为45M85℃),上部为3545MS。二次风在泡床上部送入。二次风板以上是悬浮段出口灰浓工为1525kg/m3.相应满负荷的循环倍率为15左右。气体在屏式受热面前的停留时间为4秒,悬浮段上面布置有屏式过热器蒸发受烦及第二级省煤器。炉膛呈塔形布置。

2)烟气离开炉膛出口时被冷却至4000℃)左右,进入旋风分离器。此种分离器用钢外壳与一层碳化硅或刚玉磨层即可。该型分离器100%分离效率直径为6070μM

3)低负荷时为维持主床流化风速与煤种变化时控制床温,使省煤器后的烟气再循环与一次风混合进入主床,为保证燃烧效率、脱硫效率、控制床温、布袋除尘器下飞灰部分再循环入炉燃烧。

该型CFBB存在的主要问题是:

1)由于炉膛为塔形布置,烟气流速低,致使高时磨损膛高大,钢材耗量大。

2)炉内对流受热面外含尘量高,烟速高时磨损严重。受热面往往需制成管板式的结构。

3)烟气采用再循环与飞灰复燃,对辅机要求高,系统复杂。

三、循环流化床锅炉设计的几个问题

1.循环倍率

循环流化床锅炉中的飞灰循环作用不仅仅是提高燃烧,同时它也作为一种载热体参与传热与保持炉内有一个均匀的温度场。循环流化床锅炉炉膛传热取决于烟气中的飞灰深度。灰的深度越大,则传热系数越高。同时,提高循环倍率有助于提高脱硫剂的利用率。从这个意义来讲提高循环倍率是有益的。但是,提高循环倍率,流化风速,一方面会加重磨损,对炉墙和管材材质的要求势必提高;另一方面会增加风机电耗。因此,确定循环倍率必须综合经济、技术各方面的因素。

应当说明的是,目前国内循环流化床锅炉的循环倍率基本上属于低倍率的(最大为25左右),在这种前提下,片面强调降低能耗与减轻磨损,势必导致丧失循环流化床锅炉的诸多优越性。

2.分离器型式和布置

循环流化床锅炉飞灰的分离方式按分离器的型式可分为旋风分离与惯性分离;按分离器设置的位置可以分为高温分离和中温分离。一般来讲,旋风分离器具有分离效率高,运行稳定,可靠性好的优点,但它也存在着体积大,易磨损、热惰性大、启停时间长的缺点。惯性发离器则与此相反,它具有体积小,不需要占地、不影响启停速度的优点。但是它的分离效率受负荷影响较大,并且其本身的材质,结构形式都是需要进一步研究解决的问题。中温分离与分离相比具有体积小,效率高,磨损轻的优点。中温分离器分离下来的飞灰温度一般在4000C左右,对于高倍率流化床锅炉会影响床温的稳定性,所以中温分离比较适用于低倍率的循环流化床锅炉。,另外,中温分离器都布置在对流过热器及省煤器之后,过热器及少省煤器的防磨必须得到可靠的保证。

3.埋管

循环流化床锅炉内是否设置埋管的问题,国内争论很大。设置埋管无疑能够充分利用浓相区传热系数高的优点,使锅炉紧凑并节约钢材耗量。但是设置埋管也会带来两个不可避免的问题,一是埋管磨损问题。因为循环流化床锅炉采用分段燃烧,床内存在一个缺氧还原区致使管子易腐蚀,同时流化风速相对较高,所以该型式锅炉比沸腾炉的埋管磨损更加严重。二是设置埋管也就限制了锅炉的燃料适应性。因为设置埋管是根据燃料在床内的燃烧份额确定的。燃料的发热值及挥发份的改变,会影响床温的稳定,导致锅炉运行失常。          

四、循环流化床的辅助系统

1.灰渣的冷却与运输

目前,国内已投运的循环床锅炉基本上都没有解决渣的冷却问题,运出主厂房的方式一是通过粒化水箱,用激流喷咀将渣冲至渣池。二是将热渣用小车运至指定地点。这两种方式都会严重恶化锅炉间的工作环境。前一种方式还会使系统复杂,增加投资,降低渣的活性,不利于渣的综合利用。而后一种方式,由于渣的高温,管理不当易形成火灾。解决这些问题的关键在于渣的冷却。如果将渣的余热有效利用还可将锅炉效率提高(12)%。

2.燃料制备

国内几种型式的循环流化床锅炉对燃料粒度的要求一般都在08MM010MM013MM。燃料径一次破碎即可入炉燃烧。通过一段时间的摸索,逐渐对燃料颗粒度级有了深刻的认识。四川锅炉厂对循环流化床锅炉的燃料粒度除原有的应在010MM之外,又要求1MM以下地燃料应占50%左右,这就对燃料制血系统有了新的要求。为保证破碎系统满足燃料的颗粒变化必须解决两个问题,一是燃料在进入破碎、筛分系统前的干燥,二是建立反馈系统,即对破碎后的燃料及时进行颗粒分折,以此调整碎煤机的工作。

3.送、引风系统

送、引风系统研究的关键在于如何在满足锅炉技术与安全指标的前提下,最大限度地降低能耗,对现已投运的各型式锅炉进行定量的实验,通过摸索、一、二次风搭配比例、确定最佳值,以此来做为今后选择风机与确定运行方式的依据。目前国内几种投的75TH循环流化床锅炉,以抗锅产品的能耗为低,送、引风风机的电机容量比其它厂家低300KW以上,说明加强这方面的工作潜力很大。据测算风机电耗每增加100KW每台炉的年行费用将增加175万元。可见,如果放松这个问题,浪费也是惊人的。

五、结束语

循环流化床燃烧技术在我国还是一 

门年轻的技术,无论是锅炉本体,还是辅助系统都需要进一步完善。值得欣慰的是,通过锅炉厂家和有关科研单位的努力,对锅炉本体的研究到得了初步的成果,下一步应集中精力对锅炉的辅助系统进行攻关。同时,尽管循环床锅炉的运行易于掌握但必须尽快掌握它的运行特点和与其它炉型不相一致的控制参数。从锅炉的设计,制造,运行各个方面严格控制,才能使这门技术充分发挥它的优势,得到尽快的发展。

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