蔚鴻

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐由于對(duì)環(huán)境影響較小，可燃用劣質(zhì)煤等特點(diǎn)在近幾年來得到了國家的大力支持，而350MW超臨界CFB鍋爐的研發(fā)成功對(duì)于我國的整體節(jié)能減耗有很強(qiáng)的社會(huì)意義，相比小機(jī)組流化床，超臨界機(jī)組具有煤耗低，自動(dòng)化程度高，維護(hù)工作量小，運(yùn)行更加穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本文從350MW超臨界CFB鍋爐性能分析、運(yùn)行特點(diǎn)及水動(dòng)力等方面進(jìn)行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：超臨界循環(huán)流化床；燃燒性能；水動(dòng)力

中圖分類號(hào)：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0189-02

1 350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行技術(shù)特點(diǎn)

1.1 燃燒性能較好，穩(wěn)定性高

常規(guī)的煤粉爐運(yùn)行的特點(diǎn)是燃燒性能比較小，爐內(nèi)蓄熱量低，燃煤量的變化對(duì)整個(gè)燃燒工況的影響較大。而循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行方式和煤粉爐有很大區(qū)別，爐內(nèi)始終擁有充足的床料，這些床料所攜帶的熱值非常高，燃煤量的變化對(duì)整個(gè)燃燒工況的影響較小。同時(shí)，燃煤通過落煤管進(jìn)入爐膛后在接近恒溫的循環(huán)回路中，按照固定順序依次完成揮發(fā)分的揮發(fā)、燃燒、固體碳的燃燒和燃盡等過程，使入爐煤徹底燃燒，具有燃燒性能好，燃燒工況穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1.2 溫度場分布均勻

常規(guī)煤粉爐的溫度場分布十分不均勻，其爐膛中心溫度至少能夠達(dá)到1200度以上，流態(tài)渣溫可達(dá)2100度以上，而爐膛出口溫度僅為900度左右，該特質(zhì)直接導(dǎo)致鍋爐對(duì)于來煤熱量的利用不夠充分，灰渣含碳量大，引起極大浪費(fèi)。而循環(huán)流化床鍋爐的溫度場分布就非常均勻，使入爐煤能保持勻速燃燒，也有利于爐膛內(nèi)部受熱面的吸熱，既使燃料燃燒的熱量被充分吸收，也在一定程度上減少了SO2等污染物的排放。

1.3 多級(jí)送風(fēng)利用率較高

在常規(guī)煤粉爐中，爐內(nèi)一次風(fēng)的主要起向鍋爐內(nèi)送粉的作用，二次風(fēng)才是對(duì)鍋爐的燃燒起到助燃的作用，這種布風(fēng)方式造成了一定的風(fēng)量損失，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也存在一些問題。相反，流化床鍋爐的一次風(fēng)不僅為床上物料提供流化所需風(fēng)量，還為物料燃燒提供大量氧氣，二次風(fēng)主要作用為助燃，保證了爐內(nèi)燃料的充分燃燒，并且通過二次風(fēng)的多級(jí)送風(fēng)，使得密相區(qū)處于厭氧環(huán)境，可以有效抑制氮氧化物的生成。

1.4 物料循環(huán)性能突出

循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)通過布風(fēng)板和風(fēng)帽進(jìn)入爐膛后，對(duì)床上物料進(jìn)行細(xì)化分離，使物料之間相互劇烈摩損，一部分大顆粒逐漸磨損破碎成較小顆粒，在短時(shí)間內(nèi)燃燒后變?yōu)榧?xì)灰由煙氣帶走；另一部分由于邊壁效應(yīng)沿水冷壁下落回到密相區(qū)進(jìn)行二次反應(yīng)，稱之為內(nèi)循環(huán)。夾雜著大量顆粒的煙氣在經(jīng)過旋風(fēng)分離器時(shí)，較小的顆粒會(huì)隨著煙氣排出鍋爐，較大的顆粒會(huì)通過分離器再次進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行二次燃燒，稱之為外循環(huán)。兩層循環(huán)使得進(jìn)入流化床鍋爐的燃料得到充分利用。相對(duì)而言，常規(guī)煤粉爐很難實(shí)現(xiàn)這一功能。

2 350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐性能分析

2.1 燃料適應(yīng)性廣

流化床鍋爐特殊的流體力學(xué)設(shè)計(jì)，可以使燃料在爐膛內(nèi)部與空氣充分的反應(yīng)，因此燃料可以被迅速的加熱到燃燒溫度，而爐膛床層溫度并沒有較大改變，只要爐內(nèi)整體物料熱值大于燃料燃燒的溫度，在爐內(nèi)就可以無需任何助燃劑燃燒各種性狀的燃料，而得益于燃料在爐內(nèi)更長的停留時(shí)間，一些較為劣質(zhì)的燃料都能在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全燃燒。

2.2 熱量吸收率高

燃料在鍋爐內(nèi)部燃燒并釋放出巨大的熱量，布置在爐膛和煙道內(nèi)的受熱面只能吸收其中的一部分，這些被吸收的熱量才是有效的熱量，剩下一部分熱量會(huì)隨著煙氣或灰渣排出到鍋爐外面，這些熱量就是鍋爐的熱損失。而且在實(shí)際燃燒過程中，燃料在鍋爐內(nèi)部是不可能實(shí)現(xiàn)完全燃燒的，這部分熱量稱之為鍋爐的不完全燃燒損失。通過對(duì)流化床鍋爐相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析我們可以看出，無論是未完全燃燒損失還是鍋爐的熱損失，流化床鍋爐都可以保持在較高水準(zhǔn)，使其對(duì)燃料的利用率達(dá)到了一個(gè)很高的水平。

2.3 污染物排放量少

流化床鍋爐特有的低溫燃燒和分段燃燒可有效抑制氮氧化物和二氧化硫的排放，這也是流化床鍋爐能夠被人們廣泛接受的一大特性。這是因?yàn)樵诹骰插仩t內(nèi)部，大部分燃料都實(shí)現(xiàn)了較為完全的燃燒，且流化床爐膛內(nèi)溫度場分布比較均勻，因此流化床鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物、二氧化硫、硫酸鹽等有害物質(zhì)是很少的。

3 35OMW超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)

3.1 水動(dòng)力的安全性

對(duì)超臨界流化床鍋爐的整體設(shè)計(jì)和構(gòu)思，首先要考慮的問題就是其水動(dòng)力的安全性。循環(huán)流化床鍋爐在正常運(yùn)行工況下，爐內(nèi)有大量的粒狀可燃物和細(xì)灰不間斷的沖刷水冷壁，因此不能照搬煤粉爐所采用的螺旋管圈式水冷壁結(jié)構(gòu)，只能采用一次垂直上升管圈水冷壁?？紤]到流化床爐內(nèi)流化及防磨等剛性需求，對(duì)于350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐，應(yīng)采用中、低質(zhì)量流速水冷壁方案。

3.2 啟動(dòng)旁路系統(tǒng)的選擇分析

350MW循環(huán)流化床鍋爐一般配備容量為30%BMCR的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，與鍋爐水冷壁最低直流負(fù)荷的質(zhì)量流量相匹配。目前國內(nèi)超臨界鍋爐可選的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)一般為帶循環(huán)泵的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)和大氣擴(kuò)容器式啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)具有啟動(dòng)熱損失小，啟動(dòng)速度快，系統(tǒng)較簡單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，對(duì)除氧器設(shè)計(jì)無要求等優(yōu)點(diǎn)。但具有投資大、運(yùn)行操作復(fù)雜、維護(hù)要求高等缺點(diǎn)。對(duì)于大氣擴(kuò)容器式的啟動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、投資小、運(yùn)行操作方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、維護(hù)工作量少等優(yōu)點(diǎn)，但啟動(dòng)初期燃料耗量大、啟動(dòng)速度慢、熱量回收有限等缺點(diǎn)。

3.3 緊急補(bǔ)給水系統(tǒng)

350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐采用一次垂直上升水冷壁形式，水容量較小，在廠用電停用等緊急工況下無法補(bǔ)水，爐膛及煙道內(nèi)有大量熱量傳遞給水冷壁、尾部包墻等受熱面。補(bǔ)水泵由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)鍋爐主給水泵不能工作且備用泵無法啟動(dòng)或冷卻水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)異常的情況下，該泵可及時(shí)向路本體進(jìn)水，保護(hù)爐內(nèi)的受熱面，此系統(tǒng)初投資大，運(yùn)行維護(hù)工作量較大，正常運(yùn)行時(shí)也要經(jīng)常啟動(dòng)進(jìn)行暖泵。東方鍋爐制造的350MW超臨界CFB鍋爐并未配備該系統(tǒng)，而是配備了一臺(tái)30%BMCR的電泵，在啟動(dòng)初期、停爐期間以及緊急狀態(tài)下向鍋爐補(bǔ)給水。

3.4 SNCR脫硝系統(tǒng)

循環(huán)流化床鍋爐采用分級(jí)送風(fēng)燃燒，一次風(fēng)從爐底經(jīng)布風(fēng)板進(jìn)入，二次風(fēng)從爐膛密相區(qū)上部分兩到三層進(jìn)入爐膛，通過控制一、二次風(fēng)配比及各層二次風(fēng)量，可有效抑制爐內(nèi)NOx的生成。在循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器水平煙道處裝設(shè)SNCR脫硝裝置，即可滿足國家環(huán)保要求的100mg/Nm以下的要求。隨著國家環(huán)保要求逐年提高，考慮到SNCR系統(tǒng)在將來正常運(yùn)行后可能出現(xiàn)力有不逮的狀況，應(yīng)在空預(yù)期前預(yù)留出SCR系統(tǒng)接口。

SNCR技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果好壞取決于溫度場的選擇、還原劑的停留時(shí)間長短、還原劑與煙氣的混合是否良好充分、噴槍維護(hù)是否及時(shí)等因素。SNCR的反應(yīng)溫度在850～1050℃之間，而CFB鍋爐的溫度場正好在這個(gè)范圍內(nèi)，因此，鍋爐的爐膛、旋風(fēng)分離器的入口、出口煙道都符合SNCR的溫度范圍。很多廠家都將還原劑的噴入點(diǎn)設(shè)置在分離器的入口或出口煙道，從入口煙道噴入后被高速煙氣帶到分離器內(nèi)，在氣固分離的作用下，和物料、煙氣進(jìn)行劇烈擾動(dòng)和充分混合，可夠保證還原劑反應(yīng)所需要的充足的時(shí)間，也滿足了SNCR反應(yīng)混合均勻性的要求，降低了還原劑與煙氣由于混合不均勻產(chǎn)生的反應(yīng)偏差。

4 結(jié)語

循環(huán)流化床鍋爐由于對(duì)環(huán)境影響較小，可燃用劣質(zhì)煤等特點(diǎn)在近幾年來得到了國家的大力支持，但小容量機(jī)組煤耗高，自動(dòng)化程度低，一定程度上影響了對(duì)CFB鍋爐的研發(fā)和在我國進(jìn)行的市場推廣。由于我國人均資源較為稀缺，國家三令五申要求企業(yè)節(jié)能減排，而350MW超臨界CFB鍋爐的研發(fā)成功對(duì)于我國的整體節(jié)能減耗有很強(qiáng)的社會(huì)意義，相比小機(jī)組流化床，超臨界機(jī)組具有煤耗低，自動(dòng)化程度高，維護(hù)工作量小，運(yùn)行更加穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。未來該新型鍋爐在我國節(jié)能減排和環(huán)保方面將會(huì)做出更多的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]胡昌華，盧嘯風(fēng).600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M].中國電力出版社，2012.