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    循环双流化床锅炉—— 一种小型CFB锅炉提高燃烧效率的有效措施

    栏目:综合论述 发布时间:2018-08-22

    前言

    循环流化床锅炉优点之一是燃料适应性广,几乎可以燃烧各种煤以及煤矸石、油质岩等,并能达到较理想的燃烧效率,它的这一优点,对充分利用劣质燃料具有重大意义。福建省无烟煤储量大,具有挥发分含量极低、细粉含量很高和灰熔点低等三大特点,属特别难燃的煤种。在循环流化床锅炉推出之前,难以在福建燃煤锅炉中作为主燃料。随着循环流化床燃烧技术的推广应用,循环流化床锅炉燃用福建无烟煤的各种技术已趋于成熟,循环流化床锅炉成为福建工业及电站锅炉的首选,福建无烟煤也从外运为主变成基本在省内消化的态势。

    但是由于福建无烟煤的固有特征,在燃烧效率上与省外同类型锅炉相比还显得很不理想,即使是220t/h以上的中大型锅炉仍有差距。燃用福建无烟煤的循环流化床锅炉普遍存在飞灰含碳量高和炉内、分离器及返料器易结焦等问题,小型循环流化床锅炉(指35t/h以下)尤其明显,飞灰含碳量通常都在30%左右,甚至超过40%。目前,在循环流化床锅炉往大型化发展的同时,许多工业锅炉用户也在从链条锅炉往循环流化床锅炉转型,对燃用福建无烟煤的小型循环流化床锅炉提高燃烧效率作进一步探讨,对于广大的新老用户仍然有极大的现实意义。

     

    循环双流化床简介

    东方锅炉为满足中小型工业用户的需求,开发出循环双流化床锅炉(CFDB)。它是一种循环流化床锅炉的改进炉型,研制于八十年代,1989年取得国家专利,专利号“ZL97107787.8”,适用于小型燃煤锅炉,是东方锅炉工业锅炉的主导产品。第一台这种锅炉在199010月投运取得了良好的效果,这台锅炉至今仍在四川资阳宝莲酒厂运行。到目前已有一百多台产品和几十台改造炉(原主要是链条炉)投运,最大已发展到50t/h。实际运行状况表明它有大型循环流化床锅炉的优点(煤种适应性广,热效率高,负荷调节范围宽等),并较好的克服了循环流化床锅炉小型化后所出现诸如飞灰含碳量高、受热面磨损较快、自用电量大等各种问题。因此,虽然东锅生产各种形式的循环流化床锅炉,但在小容量锅炉上首推循环双流化床锅炉。

    循环双流化床的结构特点

    循环双流化床锅炉是一种改进了的循环流化床锅炉,其最主要特点就是有两个流化床,一个燃煤的主床,一个专烧飞灰的副床(见图一)。

    2.1  主床:主床内没有埋管,流化速度较高。煤由一台螺旋给煤机送入主床密相区(正压给煤),迅速与高温床料混合后着火燃烧,空气由高压主床风机通过布风装置送入,并使床料流化,大部分燃料在密相区燃烧。高温烟气夹带大量飞灰离开密相区进入悬浮室,未燃烬的烟气与飞灰在炉膛内继续燃烧。

    2.2  副床:副床位于悬浮室之后,燃烬室的下部,副床烧灰,流化速度很低,只有lms左右,是低速飞灰床,床内设有埋管以充分利用埋管传热。副床灰来自三部分:烟气从悬浮室转向到燃烬室时,粗颗粒的高温灰被分离,直接进入副床燃烧。烟气在对流管转向,一部分飞灰被分离掉进副床。在对流管后布置旋风分离器(从多管旋风子改进),分离下来的飞灰,经气力输送槽至副床。

    2.3  炉膛:炉膛分割成三室,组成折叠式炉膛,烟气在炉膛内作N形流动,锅炉的外形尺寸与链条炉相似。

    2.4  气力输送槽:由于分离器置于对流管束之后,送回副床还有一段水平距离,常用的循环床回料装置不能适应。由东锅设计开发的气力输送槽,可以将循环灰输送到相距一段距离的副床。

    循环双流化床的优点

    根据燃烧理论,在流化床燃烧室中要获得理想的燃烧效果必须遵循公认的“3T”原则[2]

    Turbulence(强烈的扰动)

    Temperature(高的温度)

    Time(长的停留时间)

    东锅在小型循环流化床锅炉采用双床形式,主床螺旋机给煤、不设埋管、折叠式炉膛、设副床燃烧飞灰,完全遵循 “3T”原则,具有常规循环流化床锅炉不可比拟的优点:

    3.1  煤由螺旋给煤机送入主床密相区,煤粒子与床料迅速而充分的混合,强烈的扰动使得它们之间获得非常高的换热系数。同时细微的煤颗粒受到碰撞,增加了其在炉内停留的时间。

    3.2  从图一中可看到,对流管束前的整个烟气流程都保证烟气温度在800℃以上,使得煤粒子能够充分燃烧。

    3.3  福建无烟煤燃烬时间长,这就需要炉膛有一定的高度,这对于小容量锅炉来说恰恰是个局限。而循环双流化床组成折叠式炉膛,烟气流程很长,满足了分离器不能分离的细灰的燃烧要求,而烟气多次转向造成的扰动,使烟气混合很好,增强了扰动效果。

    3.4  由于主床内没有埋管受热面,床面积较小,锅炉点火起动容易,燃料品种不受限制,在同一台锅炉中可以烧5000~26000kJ/㎏的各类煤,也可全烧造气渣或链条炉炉渣。由于流化速度高,负荷调节范围宽,调节比可达l0.3。

    3.5  副床内设埋管,由于流化速度低,床料细,床料的冲刷不会造成副床埋管明显磨损,埋管无须加防磨措施。

    3.6  用副床烧灰有几大优点:飞灰在副床内平均有半小时以上的燃烧时间,飞灰在副床内燃烧得非常完全,副床灰中可燃物含量低于2%;副床通过定时从排灰管排灰保持合适的床层风压,排出的灰渣量超过主床,这样就减少了飞灰份额与锅炉初始排尘浓度,即使烧劣质煤,也容易达到初始排放浓度的排放标准,飞灰在炉内不需无限循环,炉膛烟道中飞灰浓度仅为一般循环床锅炉的几十分之一,这对?;な苋让婷馐芊苫业哪ニ鸱浅S行?,在CFDB中受热面的磨损不构成问题。

    循环双流化床燃用福建无烟煤的独有优势

    4.1  在气固分离装置发展到旋风分离、分离效率大幅提高之后,CFB锅炉燃用福建无烟煤普遍存在为保证运行时床层温度而必须从事故排灰管放灰的情况。这一现象可以从两相鼓泡理论来解释:进入炉膛密相区的燃煤与床料混合后,煤粒子呈乳化相,且细灰包裹在外围。从风室送入的空气呈气泡状上升,燃烧反应需要的氧是从气泡往乳化相中渗透,当燃料灰分较高时(如福建无烟煤),分离器捕捉下来的循环灰量增加,床料平均粒径下降,导致乳化相的细灰包裹层更加致密,气泡中的氧往乳化相渗透的能力削弱,燃烧反应受到抑制,造成床温下降。而CFDB 将捕捉下来的细灰集中在副床燃烧,在燃烧高灰煤和造气炉灰渣等劣质燃料时,尽管灰量大增也不会影响主床燃烧,因此主床的控制简单化了。同时,由于没有床温的困扰,分离器可以往最高效率方向设计。这也是CFDB在小型CFB锅炉中效率突出的主要原因之一。

    4.2  旋风分离器捕捉不到的细料子一般是120um以下(即尾部飞灰部分),资料显示120um的煤粒子的燃烬时间约3[1],而福建无烟煤更需要成倍以上的时间,受炉体高度的限制,要在小型CFBB上做到满足旋风分离器捕捉不到的细料子的燃烬停留时间要求是不现实的,而CFDB的折叠式炉膛最大限度延长了细粒子停留时间,所以CFDB的飞灰可燃物含量较同类型CFB锅炉低。

    4.3  CFDB尾部飞灰可燃物含量通常燃用烟煤为38%,燃用无烟煤为1525%。对于飞灰可燃物含量的用户,可采用增大炉膛容积、延长飞灰在炉内停留时间的措施,在常规指标的基础上进一步降低。同时,CFDB尾部飞灰份额小。如燃料构成是40%造气炉渣+30%煤矸石+30%福建无烟煤,细粉比例为小于1mm50%以上,则燃烧残余物的比例分别是大渣30%、付床灰40%、尾部飞灰30%,尾部飞灰的份额远小于CFBB。

    4.4  CFDB的中温分离理念也符合福建无烟煤的燃烧需要。由于成本等方面的原因,小型CFBB都是绝热式分离器,因此要避免返料系统堵塞必须将分离器后移,也就是中温分离。

    循环双流化床的典型用户

    5.1  湖北当阳化肥厂于 2003 年上了第一台35t/hCFDB,燃料是70%造气炉渣+30%劣质无烟煤,燃料平均热值仅为2500Kcal/Kg,燃料成本很低,用户从资源综合利用的技改中得到了很好的回报,到现在已发展到四台,从工业锅炉(35t/h)做到电站锅炉(45t/h)。大渣、付床灰与尾部飞灰的可燃物含量分别是5%(因为燃料热值低,入炉量大,排渣时间短)、2%和7%。

    5.2  广东江门新会信和染整有限公司的DG25-2.45/400型锅炉,燃用越南无烟煤,吨标煤产汽量达到8.8吨,热效率为86.4%。 

    5.3  广东顺德明洋纺织印染有限公司多方考察后,50t/h电站锅炉采用了该炉型。目前正在调试阶段,最大出力已达到60t/h。

    5.4  第一台投运的四川资阳宝莲酒厂10t/h改造炉,全厂只有这一台炉来保证生产,至今运行16年,但只换过几根水冷壁管,对流管从未更换。

    5.5  福建富宝实业有限公司通过对省内、外10多台锅炉及四家锅炉制造企业的考察,将原有10t/h链条锅炉改造成15t/h循环双流化床锅炉,把企业积存多年的造气炉渣全部消化。

    5.6  福建省邵武化肥厂根据国家十一五工业企业十大节能工程实施意见精神,与我司签订协议,将沸腾炉改造为CFDB,设计燃料为造气炉渣(1/3)+吹风器除尘器收集细灰(1/3)+劣质无烟煤(1/3),并将锅炉参数提高到中温中压,实现废物利用和热电联产的目的。

    结束语

    在国家大政方针非常强调节能的今天,在中小型锅炉中推广应用CFDB,符合我国能源环保政策,会为国家节约更多优质能源,消化大量的工业固体废弃物,为企业带来良好的经济效益,为社会创造和谐环境。我们也希望能针对福建无烟煤对该型锅炉进一步优化完善,让用户得到更好的产品和服务。

    参考文献

    1. 岑可法等《循环流化床锅炉原理设计及运行》中国电力出版社

    2. 赵长遂等《飞灰底饲回燃技术应用于循环流化床锅炉的机理和实例分析》东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室

    3. 东方锅炉厂黄世汉《循环双流化床锅炉介绍》福建热能动力2000

     

    文章作者:福建省东锅节能科技有限公司 福州 350004 熊贤周 方桂平

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