福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院何錦坤

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無(wú)煙煤循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能及環(huán)保設(shè)計(jì)

福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院
何錦坤

[摘要]該文結(jié)合Ⅱ類無(wú)煙煤的特點(diǎn)，分析了針對(duì)低揮發(fā)分循環(huán)流化床無(wú)煙煤鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面等節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)措施。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 結(jié)構(gòu) 技術(shù)特點(diǎn) 節(jié)能環(huán)保

1 前言

SHXF20-1.6-WⅡ型Ⅱ類無(wú)煙煤循環(huán)流化床鍋爐是為了適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需要而開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，針對(duì)Ⅱ類無(wú)煙煤燃燒特性和節(jié)能、環(huán)保的要求，設(shè)計(jì)時(shí)采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面及其它防磨措施，布置U形慣性分離器和組合式旋風(fēng)分離器、熱管空預(yù)器等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，形成了高效燃燒爐膛，燃燒Ⅱ類無(wú)煙煤時(shí)取得顯著的節(jié)能和環(huán)保效果。該鍋爐的研制成功標(biāo)志著我國(guó)循環(huán)流化床燃用Ⅱ類無(wú)煙煤的燃燒技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新階段，為廣大無(wú)煙煤鍋爐用戶提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的鍋爐新產(chǎn)品，成功解決了我國(guó)低揮發(fā)分無(wú)煙煤在循環(huán)流化床鍋爐上著火、穩(wěn)定燃燒及燃燼的技術(shù)難題，并到得了重大突破。該產(chǎn)品燃用Ⅱ類無(wú)煙煤時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，鍋爐熱效率83.49%，比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高18.49個(gè)百分點(diǎn)，每臺(tái)鍋爐一年（按300天計(jì)）可節(jié)約煤7267噸；20臺(tái)可節(jié)約煤14.5萬(wàn)噸。同時(shí)煙氣黑度小于林格曼1級(jí)，符合GWPB3-1999《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中二類地區(qū)的要求。鍋爐出口初始排塵濃度及鍋爐煙塵排放和SO2排放、鼓、引風(fēng)噪聲和鍋爐房噪聲等環(huán)保指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，環(huán)保效益顯著。通過(guò)熱工和環(huán)保測(cè)試，證明鍋爐各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。鑒定意見(jiàn)認(rèn)為：“SHXF20-1.6-WⅡ型循環(huán)流化床鍋爐填補(bǔ)了我國(guó)工業(yè)鍋爐行業(yè)產(chǎn)品系列型譜的空白，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并具有同類產(chǎn)品國(guó)際先進(jìn)水平。”目前該高效節(jié)能鍋爐已批量投產(chǎn)，暢銷(xiāo)省內(nèi)外，深受用戶好評(píng)。該項(xiàng)目榮獲第四屆“6.18”海峽兩岸職工創(chuàng)新成果展金獎(jiǎng)。

無(wú)煙煤循環(huán)流化床鍋爐工藝詳見(jiàn)圖1。

2 鍋爐設(shè)計(jì)主要規(guī)范

2.1 鍋爐參數(shù)

①額定蒸發(fā)量：20 t/h；

②額定蒸汽壓力：1.6 MPa；

③額定蒸汽溫度：204 ℃；

④給水溫度：105 ℃；

⑤設(shè)計(jì)效率：80.97 %；埋管受熱面積：24.72 m2；水冷壁受熱面積：32.19 m2；凝渣管受熱面積：11.79 m2；對(duì)流管受熱面積：283.74 m2；省煤器受熱面積：354 m2；熱管空預(yù)器受熱面積：35.29 m2；布風(fēng)板有效面積；6.08 m2；密相區(qū)空截面風(fēng)速(150℃ )：1.03 m/s；稀相區(qū)空截面氣速：2.47 m/s；風(fēng)帽小孔平均風(fēng)速(150℃ )：48.76 m/s；風(fēng)帽平均開(kāi)孔率：2.12%；設(shè)計(jì)燃料：Ⅱ類無(wú)煙煤Vr≤5%。

2.2 設(shè)計(jì)煤種及特性

本鍋爐設(shè)計(jì)煤種為極低揮發(fā)分(Vr≤5%)的Ⅱ類無(wú)煙煤。無(wú)煙煤是埋藏年代最久、碳化程度最深、揮發(fā)分最低的一個(gè)煤種。我國(guó)的無(wú)煙煤儲(chǔ)量較大，僅次于煙煤，約3600億噸，多分布于華北、西南和中南地區(qū)，如陽(yáng)泉礦區(qū)、晉城礦區(qū)、焦作礦區(qū)、京西礦區(qū)、遵義礦區(qū)、芙蓉礦區(qū)的無(wú)煙煤都很出名，而福建省的五個(gè)礦務(wù)局幾乎全部為Vr≤ 5%的低揮發(fā)分無(wú)煙煤。據(jù)調(diào)查了解，目前全國(guó)已有23個(gè)省市(約400個(gè)礦)大量開(kāi)采無(wú)煙煤資源，并用于工業(yè)鍋爐作燃料。無(wú)煙煤表面具有明亮的黑色光澤，燃燒時(shí)僅有很短的青蘭色火焰。無(wú)煙煤按其著火程度分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類無(wú)煙煤中，Ⅱ類無(wú)煙煤燃燒化學(xué)性能差、熱傳導(dǎo)能力低，著火非常困難，燃燼也極為不易。

3 鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本鍋爐采用雙鍋筒橫置式M形布置，螺旋給煤機(jī)并列布置在爐前，燃煤由滑差變速電機(jī)帶動(dòng)給煤機(jī)正壓送入循環(huán)流化床內(nèi)。從送風(fēng)機(jī)出來(lái)的冷空氣經(jīng)熱管空氣預(yù)熱器加熱至150℃左右。經(jīng)熱風(fēng)道大部分進(jìn)入等壓風(fēng)室，流經(jīng)布風(fēng)板小風(fēng)帽進(jìn)入流化床參加燃燒，另一部分作為播煤風(fēng)，回料風(fēng)及二次風(fēng)進(jìn)入爐膛參加燃燒。所產(chǎn)生的煙氣先后流經(jīng)密相區(qū)、稀相區(qū)、凝渣管、U形慣性分離器煙道、組合式旋風(fēng)分離器、燃燼室、對(duì)流管束、最后流經(jīng)I級(jí)省煤器、熱管空預(yù)器、Ⅱ級(jí)省煤器和除塵器后由煙囪排入大氣。

3.1 爐膛設(shè)計(jì)

針對(duì)Ⅱ類無(wú)煙煤著火溫度高、煤末比例大的特性，在爐膛設(shè)計(jì)時(shí)要?jiǎng)?chuàng)造兩個(gè)高效燃燒爐膛的條件：（1）保證整個(gè)爐膛自下而上的溫度始終保持在Ⅱ類無(wú)煙煤著火溫度900℃ 以上，以確保在不結(jié)焦的前提下煤顆粒沿整個(gè)爐膛高度處于著火燃燒狀態(tài)。要保證反應(yīng)活性差的Ⅱ類無(wú)煙煤的高效燃燒，保持適宜的床層和整個(gè)爐膛溫度水平至關(guān)重要。本鍋爐在各種負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，沸下溫度 1030～1060℃，稀相區(qū)上段930～990 ℃，爐膛出口900℃左右；（2）保證微米級(jí)的灰粒（高中溫分離器不容易分離下來(lái)的細(xì)小飛灰粒子）在爐內(nèi)有一定的停留時(shí)間。因?yàn)檩^大的煤顆料能被高溫分離器分離下來(lái)，重新進(jìn)入爐內(nèi)循環(huán)燃燒，爐內(nèi)停留時(shí)間很長(zhǎng)，燃盡率高。而那些微小飛灰粒子所占的比例不少，它經(jīng)過(guò)高溫爐膛的機(jī)會(huì)只有一次，以后就被煙氣帶走，盡可能提高這部分飛灰中炭的燃燼程度，是提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵因素之一。本鍋爐設(shè)計(jì)了較高的爐膛高度。密相區(qū)布置了埋管受熱面，其流化速度為3.1 m/s左右，稀相區(qū)流化速度為2.4 m/s，這樣煤粒在高溫爐膛內(nèi)停留時(shí)間將達(dá)到4 s 。足夠爐膛高度可有效提高燃料的燃燼率，降低飛灰含碳量，保證較高的燃燒效率。

3.2 灰粒分離循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本鍋爐灰粒分離循環(huán)系統(tǒng)有三級(jí)，第一級(jí)是爐膛出口的U形慣性分離器，第二級(jí)是組合式旋風(fēng)分離器，第三級(jí)是對(duì)流管束下部煙氣轉(zhuǎn)彎慣性分離室。前二級(jí)屬高溫分離。這三級(jí)分離器分別與立管和回料器組成，形成了5個(gè)獨(dú)立的灰粒循環(huán)系統(tǒng)，并均用熱風(fēng)送入密相區(qū)或密相區(qū)上方高溫區(qū)內(nèi)循環(huán)燃燒。由于三級(jí)分離均采用高、中溫爐內(nèi)分離循環(huán)方式，有較高溫度的灰顆粒用150℃左右的熱風(fēng)送入爐內(nèi)密相高溫區(qū)燃燒，其效果是十分顯著的。

3.3 防磨設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外在循環(huán)床鍋爐研制過(guò)程中都會(huì)碰到某些部件磨損和防磨設(shè)計(jì)的問(wèn)題。為防止磚墻內(nèi)表面及磚縫磨損，在整個(gè)爐膛及U形段等后面幾個(gè)部位涂上科光871高溫膠泥，如在密相區(qū)周?chē)鷥?nèi)墻壁上涂一層5～100 mm LS-8高溫膠泥，分離器元件間用LS-硅，U形段及各隔墻磚縫也用871高溫膠泥。這種高溫膠泥具有在低溫狀態(tài)時(shí)以化學(xué)粘結(jié)為主、在高溫狀態(tài)時(shí)以陶瓷燒結(jié)為主的雙重粘結(jié)功能，高溫性能好，粘接力強(qiáng)，抗熱震，耐摩擦，防腐蝕等特點(diǎn)。

3.4 采用熱管空氣預(yù)熱器

在兩級(jí)省煤器之間布置有熱管空氣預(yù)熱器，熱管向上傾斜10 °。煙氣段長(zhǎng)1.5m，空氣段長(zhǎng)1.2m，光管規(guī)格φ32，縱向10排，橫向26排，總受熱面積35.29m2。熱管是高效傳熱元件，熱管空氣預(yù)熱器與列管式空氣預(yù)熱器相比，其傳熱量可增加2～3倍，而且結(jié)構(gòu)十分緊湊。同時(shí)由于熱管管壁溫度較高，對(duì)防止低溫腐蝕和粘結(jié)性積灰十分有利。本鍋爐采用熱管空預(yù)器，熱風(fēng)達(dá)到150℃左右；作為一次風(fēng)、回料風(fēng)、播煤風(fēng)和二次風(fēng)，對(duì)促進(jìn)無(wú)煙煤穩(wěn)定燃燒是有利的。

4 結(jié)束語(yǔ)

SHXF20-1.6-WⅡ型循環(huán)流化床鍋爐，針對(duì)無(wú)煙煤的燃燒特性和節(jié)能、環(huán)保的要求，采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面及其他防磨措施，布置U形慣性分離器和組合式旋風(fēng)分離器、熱管空預(yù)器等技術(shù)措施，形成了高效燃燒爐膛，燃燒Ⅱ類無(wú)煙煤時(shí)取得顯著的節(jié)能和環(huán)保效果，為廣大無(wú)煙煤、劣質(zhì)煙煤鍋爐用戶提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的鍋爐產(chǎn)品。