循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)用和發(fā)展(已修改)
2025-07-11 00:48 本頁面
【正文】 循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)用和發(fā)展江西省電力設(shè)計(jì)院 劉祥玲 許思龍 劉壽忠[內(nèi)容提要] 本文從燃燒機(jī)理、鍋爐熱效率、運(yùn)行的穩(wěn)定性、對(duì)燃煤的適應(yīng)性、環(huán)境保護(hù)、鍋爐設(shè)計(jì)、鍋爐啟動(dòng)過程、停爐過程兩等幾個(gè)方面介紹了循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)。結(jié)合我院對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的認(rèn)識(shí)及對(duì)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，闡述了循環(huán)流化床鍋爐在我國的發(fā)展和運(yùn)用。文章同時(shí)介紹了循環(huán)流化床鍋爐若干問題如床溫調(diào)節(jié)、防止床層超溫結(jié)焦、非金屬耐磨耐火材料防磨、減少鍋爐底灰、飛灰可燃物、合理選擇冷渣器的處理意見。[關(guān)鍵詞] 循環(huán)流化床鍋爐 特點(diǎn) 發(fā)展和運(yùn)用 若干問題 處理意見1 循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。因其具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、灰渣可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的能源緊缺和環(huán)境保護(hù)要求下，在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，并已商品化，正在向大型化發(fā)展。我國是產(chǎn)煤大國，也是用煤大國，一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占70％左右，優(yōu)中質(zhì)煤、劣質(zhì)煤均豐富。全國煤產(chǎn)量的25％是含硫量超過2％的高硫煤。優(yōu)質(zhì)煤集中在華北、西北，劣質(zhì)煤多分布在中南、西南地區(qū)。目前積存下來的煤矸石達(dá)14億噸，并以每年6千到7千萬噸的數(shù)量增加。與此同時(shí)，因煤燃燒每年有87％的SO2和67％NOX排入大氣，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此發(fā)展高效、低污染的清潔燃燒技術(shù)是當(dāng)今社會(huì)持續(xù)發(fā)展的必然要求。 獨(dú)特的燃燒機(jī)理固體粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。流化理論用于燃燒始于上世紀(jì)20年代，40年代以后主要用于石油化工和冶金工業(yè)。流化燃燒是一種介于層狀燃燒與懸浮燃燒之間的燃燒方式。煤預(yù)先經(jīng)破碎加工成一定大小的顆粒（一般為＜8mm）而置于布風(fēng)板上，其厚度約在350～500mm左右，空氣則通過布風(fēng)板由下向上吹送。當(dāng)空氣以較低的氣流速度通過料層時(shí)，煤粒在布風(fēng)板上靜止不動(dòng)，料層厚度不變，這一階段稱為固定床。這正是煤在層燃爐中的狀態(tài)，氣流的推力小于煤粒重力，氣流穿過煤粒間隙，煤粒之間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣流速度增大并達(dá)到某一較高值時(shí)，氣流對(duì)煤粒的推力恰好等于煤粒的重力，煤粒開始飄浮移動(dòng)，料層高度略有增長。如氣流速度繼續(xù)增大，煤粒間的空隙加大，料層膨脹增高，所有的煤粒、灰渣紛亂混雜，上下翻騰不已，顆粒和氣流之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈。這種處于沸騰狀態(tài)的料床，稱為流化床。這種燃燒方式即為流化燃燒。當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大并超過一定限度時(shí)，穩(wěn)定的沸騰工況就被破壞，顆粒將全部隨氣流飛走。物料的這種運(yùn)動(dòng)形式叫做氣力輸送，這正是煤粉在煤粉爐中隨氣流懸浮燃燒的情景。 鍋爐熱效率較高由于循環(huán)床內(nèi)氣—固間有強(qiáng)烈的爐內(nèi)循環(huán)擾動(dòng)，強(qiáng)化了爐內(nèi)傳熱和傳質(zhì)過程，使剛進(jìn)入床內(nèi)的新鮮燃料顆粒在瞬間即被加熱到爐膛溫度（≈850℃），并且燃燒和傳熱過程沿爐膛高度基本可在恒溫下進(jìn)行，因而延長了燃燒反應(yīng)時(shí)間。燃料通過分離器多次循環(huán)回到爐內(nèi)，更延長了顆粒的停留和反應(yīng)時(shí)間，減少了固體不完全燃燒損失，從而使循環(huán)床鍋爐可以達(dá)到88～95％的燃燒效率，可與煤粉鍋爐相媲美。 運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于10mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。循環(huán)流化床鍋爐燃料系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備少，主要有給煤機(jī)、冷渣器和風(fēng)機(jī)，較煤粉爐省去了復(fù)雜的制粉、送粉等系統(tǒng)設(shè)備，較鏈條爐省去了故障頻繁的爐排部分，給燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。 90年代循環(huán)流化床在國內(nèi)應(yīng)用初期，由于研究、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行等各方面經(jīng)驗(yàn)的缺乏，其應(yīng)用中的確存在著連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短、出力不夠、點(diǎn)火難、磨損嚴(yán)重、易結(jié)焦、輔機(jī)故障率高等許多問題，但經(jīng)過十多年各方面不斷完善化工作，不僅可以保證連續(xù)運(yùn)行時(shí)間高于4000h，對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行單位而言其他問題也已克服。只要保證不間斷的給煤，保持爐膛膛壓穩(wěn)定，控制好爐膛溫度，在30～100％BMCR的負(fù)荷下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行不成問題。 燃料適應(yīng)性廣，對(duì)煤炭供應(yīng)市場(chǎng)波動(dòng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計(jì)，燃料僅占床料的1～3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個(gè)“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實(shí)際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個(gè)加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對(duì)床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。循環(huán)流化床鍋爐具有很高的燃燒熱強(qiáng)度，其截面熱負(fù)荷為4－6MW/m2，是鏈條爐的2－6倍，－2MW/m3，是煤粉爐的8－11倍，因此它幾乎可以燃燒在煤粉爐或鏈條爐中難以點(diǎn)燃和燃盡的貧煤、無煙煤、煤矸石等一切種類的燃料，并達(dá)到很高的熱效率，這對(duì)于燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)燃料、應(yīng)對(duì)煤炭供應(yīng)緊張形勢(shì)有重要意義。分宜國產(chǎn)首臺(tái)410t/h具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的循環(huán)流化床鍋燃用當(dāng)?shù)亓淤|(zhì)煤，熱值在12000～21000Kj/kg之間大幅波動(dòng)，但循環(huán)流化床鍋爐始終基本穩(wěn)定運(yùn)行，其優(yōu)越性非常明顯。而鏈條爐、煤粉爐由于煤種變化較大，不是達(dá)不到出力，就是頻繁發(fā)生滅火、結(jié)焦等故障。 污染物排放量低 循環(huán)流化床內(nèi)的燃燒溫度可以控制在850～950℃的范圍內(nèi)穩(wěn)定而高效燃燒，這一燃燒溫度抑制了熱反應(yīng)型NOx的形成，同時(shí)采用分級(jí)燃燒方式向爐膛內(nèi)送入約30～40％的二次風(fēng)，又可控制燃料型NOx的產(chǎn)生。只要操作得當(dāng)，運(yùn)行平穩(wěn)，可以控制NOx的排放量小于200～300mg/Nm3，其生成量?jī)H為煤粉爐的1/3－1/4。由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程
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