湯 澄 何相助

(1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院江陰分院， 江蘇 江陰 214434； 2.湖南省節(jié)能中心， 湖南 長沙 410007)

高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用

湯 澄1何相助2

(1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院江陰分院， 江蘇 江陰 214434； 2.湖南省節(jié)能中心， 湖南 長沙 410007)

介紹了一種高效高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐的原理，技術(shù)特點及其工程應(yīng)用。新型高效循環(huán)流化床鍋爐噸汽有效容積隨揮化份而變化，選取了合理的有效容積，且設(shè)計分離器阻力小于800 Pa。實踐表明：新型鍋爐熱效率88%～91%，飛灰含碳量低至3%～5%，飛灰200目過篩率達(dá)88%。

高低混合流速循環(huán)流化床鍋爐； 高溫水冷分離器； 噸汽有效容積

0 前言

我國燃煤工業(yè)鍋爐容量小、數(shù)量大、布點分散，難以集中治理污染。這些鍋爐普遍采用鏈條爐，熱效率較低，污染物排放較高。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國在用工業(yè)鍋爐50多萬臺，約180萬t/h。其中，燃煤鍋爐約48萬臺，占工業(yè)鍋爐總?cè)萘康?5%左右，平均容量3.4 t/h，每年消耗原煤約4億t。這些鍋爐平均運(yùn)行效率僅為60%～65%，比國外先進(jìn)水平低15%～20%，每年排放煙塵約200萬t，SO2約700萬t，CO2近10億t，是僅次于火電廠的第二大煤煙型污染源。近年來，一些地方大力推進(jìn)燃?xì)?、燃油鍋爐替代燃煤鍋爐，但由于天然氣供應(yīng)量有限、燃油鍋爐成本高等原因，難以大規(guī)模實施。因此，急需用高效清潔燃燒技術(shù)對這些小型電站鍋爐進(jìn)行升級改造。

高效高、低混合流速燃煤循環(huán)流化床鍋爐具有煤種適應(yīng)性廣、熱效率高、NOx排放低、可實現(xiàn)爐內(nèi)脫硫等特點。更重要的是其可以燃用煤矸石、爐渣、污泥，飛灰來做粉煤灰，做到資源綜合利用，所以該技術(shù)越來越引起人們的重視。國家“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中把流化床鍋爐作為重大節(jié)能技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)化工程之一列為八大重點工程之首。

1 高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐原理

該鍋爐的爐膛上部截面積小，燃燒介質(zhì)流動速度為高流速；爐膛下部截面積大，燃燒介質(zhì)流動速度為低流速，所以稱為高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐。

高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐[2-3]組成如圖1所示。它用膜式壁將整體爐膛分為三段：爐膛、第一燃燼段及第二燃燼段。爐膛下部平面尺寸較大，上部平面尺寸較小，下部設(shè)置埋管。爐膛、第一燃燼段、第二燃燼段三段組成了高溫U型分離器。

1-爐壁；2-整體爐膛；3-布風(fēng)板；4-風(fēng)室；5-汽包；6-過熱器；7-高溫省煤器；8-分離器；9-低溫省煤器；10-空氣預(yù)熱器；11-U形閥；12-返料管；13-膜式壁；14-爐膛；15-第一燃燼段；16-第二燃燼段；17-埋管圖1 高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐原理

物料由破碎機(jī)破碎成一定粒度的顆粒，再由給煤機(jī)送入爐膛。物料送入爐膛后由布風(fēng)板支撐，從一次風(fēng)機(jī)來的一次風(fēng)通過風(fēng)室由風(fēng)帽以一定速度噴出，對物料進(jìn)行流化，物料中的細(xì)顆粒被吹到爐膛上部。由于爐膛上部截面積逐漸縮小，煙氣速度逐漸加快，部分細(xì)顆粒隨煙氣流出爐膛。煙氣通過高溫U型分離器分離下來大部分細(xì)顆粒，由返料裝置送回爐膛。燃燒過程中產(chǎn)生的大量高溫?zé)煔饨?jīng)過過熱器和高溫省煤器后，在鍋爐尾部通過中溫多管分離器，未燃燼細(xì)顆粒能進(jìn)一步被分離下來，之后經(jīng)過回送閥送入爐膛。煙氣隨后經(jīng)過低溫省煤器和空氣預(yù)熱器，經(jīng)除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排向大氣。

2 高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)特點

傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐理論存在四個誤區(qū)：

(1)爐膛根據(jù)不同的煤種設(shè)計，只有定性分析，沒有定量計算；(2)分離器分離效率熱態(tài)下無法監(jiān)測；(3)對于打破灰包碳的機(jī)理沒有充分論述；(4)用爐內(nèi)煙氣停留時間來評價熱效率過于理論化，缺乏現(xiàn)場可操作性。由此通常會得出：高速床熱效率高、低速床熱效率低；小噸位鍋爐熱效率低、大噸位鍋爐熱效率高的結(jié)論。過分強(qiáng)調(diào)循環(huán)倍率會使?fàn)t內(nèi)高速流對爐膛造成嚴(yán)重磨損，影響鍋爐長期穩(wěn)定運(yùn)行。

鍋爐噸汽有效容積是指從布風(fēng)板風(fēng)帽小孔中心線到爐膛出口中心線，當(dāng)爐膛溫度高于850 ℃(無煙煤高于930 ℃)的容積除以鍋爐的噸位。對約500臺循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)：不論何煤種、不論高速床、低速床鍋爐，要達(dá)到燃燒效率大于99%、NOx排放小于200 mg/m3，須滿足如下三個條件：

(1)鍋爐噸汽有效容積大于β4.2045v-0.125(其中v為煤的干燥基揮發(fā)分，β為蒸汽參數(shù)修正系數(shù)，對工業(yè)鍋爐近似取1)。滿足這點即可保證煤粒在爐膛內(nèi)的停留時間，不同揮發(fā)分鍋爐噸汽有效容積最小值如表1所示。

表1 不同揮發(fā)分鍋爐噸汽有效容積最小值

(2)分離器分離的灰粒徑小于0.08 mm的大于80%，要求分離器阻力小于800 Pa。

(3)切向旋轉(zhuǎn)燃燒，可以打破灰包碳，有利碳的燃燼。高溫水冷旋風(fēng)分離器可實現(xiàn)氣流切向旋轉(zhuǎn)，速度達(dá)20 m/s以上，且可在850 ℃以上環(huán)境下工作。該裝置是當(dāng)今循環(huán)流化床鍋爐的先進(jìn)分離器形式。分離器的水冷結(jié)構(gòu)，既是鍋爐蒸發(fā)受熱面的一部分，同時又保護(hù)了分離器免受高溫?zé)煔鉄龎?，使其使用壽命及檢修周期都大幅延長。分離器、料斗與鍋爐為一個整體，一方面解決分離器與爐膛的膨脹與密封問題，另一方面使鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，即充分利用鍋爐原有構(gòu)架及空間，把高速床無法利用的爐膛與分離器之間的空間利用起來，提高爐膛的有效容積，延長煙氣停留時間。分離器內(nèi)的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以打破灰殼，使碳粒子能很好的與氧接觸發(fā)生強(qiáng)烈的二次燃燒，降低飛灰含碳量。

3 高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用實例

該技術(shù)可用來設(shè)計2～240 t/h的新鍋爐，也可將低效流化床和鏈條爐及煤粉爐改為帶高溫水冷分離器的高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐，目前江蘇已有數(shù)十臺成功應(yīng)用實例。部分應(yīng)用實例如表2所示。

表2 部分應(yīng)用實例

4 結(jié)束語

高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐克服了現(xiàn)有高速循環(huán)流化床鍋爐熱效率低、磨損高等缺點，其熱效率高達(dá)88%，飛灰含碳量低至3%～5%。而且高、低混合流速循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)在全國20多個省市200余臺鍋爐得到推廣應(yīng)用，效果顯著。目前，湖南省節(jié)能中心已可生產(chǎn)10～130 t/h的高低混合流速循環(huán)流化床鍋爐。該鍋爐在鏈條爐和低效流化床鍋爐節(jié)能改造和新鍋爐設(shè)計等場合具有競爭力、生命力。

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Application of Circulating Fluidized Bed Boiler Mixed High and Low Velocity

TANG Deng HE Xiang-zhu

This paper introduces the working principle, technical characteristics and engineering application of a circulating fluidized bed boiler mixed high and low velocity with high efficiency temperature water-cooled separator. The effective volume per ton steam of the new efficient circulating fluidized bed boiler is different according to volatile matter, so select reasonable effective volume and reasonable design of separator, make the separator resistance less than 800 Pa and organize air flow swirling. Practice shows that: the new boiler thermal efficiency is 88%～91%, carbon content of fly ash is as low as 3%～5% and separator ash 200 mesh sieve rate is 88%.

circulating fluidized bed boiler mixed high and low velocity; high temperature water-cooled separator; effective volume per ton steam

2014-08-01

湯澄(1983—)，男，廣西南寧人，碩士，高級工程師，主要從事循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計技術(shù)研發(fā)工作。

TK229.6+6

B

1008-5122(2014)06-0025-03