謝曙光 范高峰

摘 要： 為適應(yīng)國(guó)家節(jié)能環(huán)保的要求，本文介紹了一種節(jié)能環(huán)保型內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)，詳細(xì)說(shuō)明了此類(lèi)鍋爐為適應(yīng)節(jié)能環(huán)保進(jìn)行的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化情況，為此類(lèi)鍋爐的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)拓了一種新思路。

關(guān)鍵詞： 節(jié)能環(huán)保，內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TK229.91 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879（2017）20-0271-02

0 概述

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種新的高效節(jié)能、低污染排放的清潔燃煤技術(shù)，其主要特點(diǎn)是：

1）、鍋爐爐膛內(nèi)含有大量的蓄熱物料，這些循環(huán)物料的交叉流動(dòng)帶來(lái)了高傳熱系數(shù)，利于燃料的預(yù)熱、燃燒和燃盡，使此類(lèi)鍋爐對(duì)純?nèi)既剂匣蚧烊既剂系倪m應(yīng)性強(qiáng)，能夠改善和優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)。

2）、循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行溫度通常在800 ℃～900 ℃脫硫溫度區(qū)間，使?fàn)t內(nèi)脫硫效率達(dá)到95%左右，爐內(nèi)脫硫后鍋爐初始SO2的排放濃度可以達(dá)到100mg/m3以下。同時(shí)在此溫度下，循環(huán)流化床采用分級(jí)送風(fēng)燃燒，使燃燒始終在低溫低過(guò)量空氣系數(shù)下進(jìn)行，大大降低了NOX的生成和排放，鍋爐的整體環(huán)保性能好。

3）、循環(huán)流化床鍋爐還具有高的燃燒效率、可以燃用劣質(zhì)燃料、灰渣易于綜合利用，鍋爐熱負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，循環(huán)流化床鍋爐成為目前最實(shí)用和可行的高效低污染燃煤設(shè)備之一。

1、整體理論創(chuàng)新

雖然循環(huán)流化床鍋爐具有以上優(yōu)點(diǎn)，但在循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中，仍存在燃燒效率較低，分離器的分離效率不太理想，返料系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，返料不易遠(yuǎn)程控制等亟需改進(jìn)的共性問(wèn)題。

循環(huán)流化床鍋爐在國(guó)內(nèi)目前存在幾大流派，其中的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐是其中的一個(gè)流派，目前在用的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐因其分離器及回料通道、回料閥處于鍋爐爐膛左側(cè)，和鍋爐爐膛混燃一體，因此和外置分離器相對(duì)應(yīng)稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，此類(lèi)鍋爐除具有以上循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)外，由于鍋爐的床面積較大，可蓄熱的燃料相應(yīng)的較多，爐膛截面積相應(yīng)的較大，爐膛內(nèi)的流速較低，因此鍋爐的燃料適應(yīng)性及帶負(fù)荷能力較強(qiáng)，但是由于本質(zhì)上仍是循環(huán)流化床鍋爐，因此仍具有以上循環(huán)流化床鍋爐的共性問(wèn)題。本文立足從內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化和理論創(chuàng)新，返料系統(tǒng)的集成可控及遠(yuǎn)傳，爐膛燃燒區(qū)燃燒效率的提高幾個(gè)方面加以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出新型高效分離器、新型的可控及遠(yuǎn)傳的鍋爐返料技術(shù)及爐膛內(nèi)漩渦流化燃燒技術(shù)，努力通過(guò)以上循環(huán)流化床鍋爐燃燒、分離、返料關(guān)鍵部件的開(kāi)發(fā)，達(dá)到提高鍋爐燃燒效率，完善分離器結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高分離器效率，變?cè)瓉?lái)半人工控制的返料系統(tǒng)為全自動(dòng)可遠(yuǎn)傳的自動(dòng)可控返料系統(tǒng)，從源頭提高整個(gè)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)可靠性和較高的燃燒效率、分離效率，同時(shí)在鍋爐爐膛內(nèi)通過(guò)對(duì)鍋爐的二次風(fēng)優(yōu)化布置，通過(guò)減少一次風(fēng)的供給和二次風(fēng)的分層設(shè)計(jì)，提高鍋爐配風(fēng)的均勻性和氧氣的利用率，減少鍋爐燃燒時(shí)熱力型氮氧化物的產(chǎn)生，形成了新一代的節(jié)能高效環(huán)保的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，解決傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐普遍存在的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性較差等問(wèn)題。

2、關(guān)鍵部件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)介紹（詳見(jiàn)附圖）

1）、新型分離器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)：內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的分離器原為臥式水冷分離器，分離器為前后一個(gè)整體，在煙氣攜帶未燃盡的燃料進(jìn)入分離器時(shí)，通過(guò)臥式水冷分離器的旋風(fēng)分離作用進(jìn)行對(duì)煙氣和燃料的分離，分離的過(guò)程是在分離器進(jìn)口達(dá)到一定的流速時(shí)（20-32m/s），進(jìn)入分離器筒體后，煙氣及其攜帶的燃料進(jìn)行漩渦旋轉(zhuǎn)，煙氣流逐漸進(jìn)入分離器的中心，燃料顆粒由于離心力的作用被甩到分離器的壁，然后通過(guò)貼壁流進(jìn)入鍋爐的回料道，從而達(dá)到燃料和煙氣的分離作用，在現(xiàn)有的分離器結(jié)構(gòu)下進(jìn)行分離時(shí)，由于沒(méi)有進(jìn)行和顆粒分級(jí)相匹配的分離器流速分布，而是采用模糊籠統(tǒng)的流速設(shè)計(jì)，在這樣的情況下，粗顆粒一般能夠分離下來(lái)，細(xì)顆粒（50-80μm）由于分離器的流速不夠，因此分離下來(lái)的幾率較小，細(xì)顆粒隨煙氣流排出了鍋爐爐膛，由于這部分燃料沒(méi)有燃燒導(dǎo)致鍋爐的燃料耗量增加了；同時(shí)在對(duì)鍋爐的燃料和煙氣進(jìn)行分離的過(guò)程中，出現(xiàn)煙氣和燃料的相互干擾現(xiàn)象，因?yàn)閷?duì)于分離出來(lái)的燃料顆粒在順著分離器壁向下流動(dòng)的過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)這些顆粒的引導(dǎo)通道，因此是紊亂的，導(dǎo)致這種情況下將會(huì)出現(xiàn)分離出來(lái)的顆粒二次卷吸進(jìn)煙氣內(nèi)的現(xiàn)象，隨著煙氣被帶出了爐膛，這也造成了燃料耗量的增加，即是鍋爐熱效率的降低。

針對(duì)以上兩種情況，本文對(duì)分離器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

首先根據(jù)對(duì)進(jìn)入分離器的燃料的分布特點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)果是當(dāng)燃料進(jìn)入爐膛時(shí)，細(xì)顆粒分布于爐膛前部，粗顆粒分布于爐膛的后部，因此在煙氣攜帶顆粒進(jìn)入分離器時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒分布特點(diǎn)，選擇不同的進(jìn)口流速，同時(shí)對(duì)分離器筒體的流速也應(yīng)加以區(qū)分，這樣才能有針對(duì)性的對(duì)顆粒進(jìn)行分離，鑒于此，把現(xiàn)有一級(jí)漩渦分離器分為了兩級(jí)漩渦分離器，在回料流通的上部也進(jìn)行了區(qū)分，這樣可以對(duì)兩級(jí)分離器采用不同的流速設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便和進(jìn)入分離器內(nèi)的顆粒直徑相匹配，把分離細(xì)顆粒的分離器稱(chēng)之為一級(jí)漩渦分離器，把分離粗顆粒的分離器稱(chēng)之為二級(jí)分離器，一級(jí)分離器的煙氣在二級(jí)分離器匯合后通過(guò)二級(jí)分離器的中心筒排出爐膛；

其次在每個(gè)分離器內(nèi)部的筒體壁上布置和顆粒流向相同的導(dǎo)流槽，以便規(guī)范分離出來(lái)的顆粒的流向，降低顆粒的折揚(yáng)和卷吸情況的發(fā)生；

最后在分離器進(jìn)口設(shè)計(jì)煙氣流向?qū)Я靼澹龑?dǎo)煙氣均勻的進(jìn)入分離器，盡可能的避免煙氣向中心筒方向的偏離。

通過(guò)以上三種結(jié)構(gòu)的研究和完善，最終的分離效率得到提高，表現(xiàn)在對(duì)排出爐膛的煙氣攜帶的顆粒物的測(cè)定達(dá)到10μm以下，驗(yàn)證了分離效率提高很多，達(dá)到了高效分離器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，提高了鍋爐燃料的燃燒效率及燃料的利用率，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

2）、返料裝置的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)：內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐返料裝置為由松動(dòng)風(fēng)及半自流閥組成，松動(dòng)風(fēng)僅起到松動(dòng)的作用，而不能直接正好對(duì)著回料閥，否則將由于送風(fēng)的速度過(guò)高，把閥門(mén)附近的受熱面管子磨損破壞，由于回料閥是靠重力把燃料流入爐膛的，因此不能控制返料量的多少。這樣出現(xiàn)了兩個(gè)弊端，不能自動(dòng)控制給風(fēng)量，同時(shí)也不能控制返料量，因此這種帶松動(dòng)風(fēng)的半自流閥需要進(jìn)行重新的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，達(dá)到可以通過(guò)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制給風(fēng)量，進(jìn)而用風(fēng)控制返料量的目的。本文中采用徹底改變?cè)瓉?lái)的給風(fēng)和返料模式，把返料風(fēng)進(jìn)行下移做成幾個(gè)獨(dú)立的風(fēng)箱，風(fēng)箱上部布置流化風(fēng)帽，同時(shí)配合上部雙漩渦分離器分離下來(lái)的顆粒不同，布置的風(fēng)帽數(shù)量也不同，達(dá)到風(fēng)量供給隨燃料返料量的聯(lián)動(dòng)目的，這樣通過(guò)風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)壓可以遠(yuǎn)程控制風(fēng)帽的流速，進(jìn)而控制風(fēng)帽上部返料的沸騰高度，也就是返料的料層差壓，同時(shí)把風(fēng)帽吹起來(lái)的返料剛好正對(duì)著返料閥，通過(guò)料層差壓把返料送入爐膛，這樣返料量的多少完全是由風(fēng)箱的風(fēng)壓控制的，這種操作完全可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，返料的多少變的可控可自動(dòng)化操作。

3）、鍋爐配風(fēng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)：采用循環(huán)流化床鍋爐低溫分級(jí)送風(fēng)燃燒的爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，在確保一次風(fēng)滿(mǎn)足床料流化需要的前提下，盡量減少一次風(fēng)的供給，合理的將二次風(fēng)管?chē)娮煅貭t膛高度方向分兩層分別送入爐膛下部空間內(nèi)。運(yùn)行中可以通過(guò)調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的風(fēng)量及上、下級(jí)二次風(fēng)的風(fēng)量來(lái)控制燃燒，使燃燒始終在低過(guò)量空氣下進(jìn)行，從而大大降低了NOx的生成；結(jié)合爐膛溫度在870～910℃之間（這個(gè)溫度主要兼顧SOx的排放）的燃燒，在鍋爐額定負(fù)荷下，氮氧化合物排放一般能夠達(dá)到70mg/m3以下。

4）、鍋爐低SOx排放技術(shù)：隨著環(huán)境保護(hù)要求的逐漸嚴(yán)格，對(duì)燃煤鍋爐SOx的排放有了新的控制標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)目創(chuàng)造性的在二次風(fēng)管上設(shè)置了獨(dú)立的石灰石接口。為了達(dá)到低硫排放標(biāo)準(zhǔn)，石灰石的粒徑一般控制在0～2mm之間，同時(shí)制流化床燃燒溫度一般應(yīng)控制在870～910℃之間。石灰石宜通過(guò)倉(cāng)泵等設(shè)備單獨(dú)由氣力輸送系統(tǒng)噴進(jìn)爐膛，燃料及脫硫劑經(jīng)多次循環(huán)，反復(fù)進(jìn)行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，加之爐內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)劇烈，Ca/S摩爾比約為1.8～2.0時(shí)，可以使脫硫效率達(dá)到95%左右，SOx的排放量經(jīng)過(guò)爐內(nèi)脫硫即達(dá)到100mg/m3以下。

3、結(jié)束語(yǔ)：

采用該技術(shù)的鍋爐已經(jīng)在河南某地投入運(yùn)行，在鍋爐運(yùn)行在額定時(shí)，鍋爐燃燒二類(lèi)煙煤，鍋爐爐膛溫度為845°C，鍋爐排煙溫度約為130°C，過(guò)量空氣系數(shù)為1.25，尤其是SOx的監(jiān)測(cè)排放量為85mg/m3， NOx的監(jiān)測(cè)排放量為67mg/m3，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的100 mg/m3以下的要求，而鍋爐系統(tǒng)的自耗電低到了10.1度/噸汽，節(jié)能環(huán)保效果明顯，鍋爐其他各項(xiàng)鍋爐參數(shù)也達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。說(shuō)明在采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，鍋爐的各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了較優(yōu)的表象，因此設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)上都是比較成功的，為下一代節(jié)能環(huán)保型內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供一個(gè)有效的途徑。

參考文獻(xiàn)

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