生物质循环流化床锅炉（通用12篇）
生物质循环流化床锅炉 篇1
1 循环流化床锅炉简介
循环流化床锅炉具有效率高、煤种适用性广、调峰能力强、污染物排放量低、炉渣综合利用性好等特点, 自上世纪80年代以来循环流化床锅炉得到了迅速的发展, 技术也日趋成熟。循环流化床锅炉是一种流态化燃烧的锅炉, 在炉膛内部存在着大量的循环床料。一次风从炉膛底部进入锅炉, 把大量的床料吹起, 使床料在炉膛的中间部分沿炉膛向上运动, 而在炉膛的四周, 床料则沿着水冷壁下降, 并在下降过程中完成热量交换。
循环流化床锅炉的特点是设置了由分离器和返料器组成的物料循环回路。燃料在炉膛内燃烧生成大量的烟气, 这些烟气携带大量的物料从炉膛进入分离器, 在分离器内物料和烟气进行气固分离, 烟气从分离器顶部进入锅炉尾部烟道, 而分离下来的物料则通过返料器再次进入炉膛, 参与下一次燃烧循环。因此循环流化床锅炉具有很高的燃烧效率。
2 生物质循环流化床锅炉简介
煤炭作为一种不可再生的化石能源, 在国民生产生活中扮演着重要的角色, 但是一方面煤炭是一种不可再生能源, 这使得寻找替代能源已成为无法回避的问题;另一方面煤炭也是一种高污染的能源。当前环境污染已经成为我国面临的重大问题之一, 为了治理环境污染, 我国出台了一系列的法律法规, 燃煤锅炉将受到越来越严格的限制。生物质的可再生性和清洁性, 使它在热电领域成为了煤炭的理想替代者, 近年来燃用生物质的锅炉已经得到了广泛的应用。
目前燃烧生物质的锅炉主要有两种, 一种是炉排式的层燃锅炉, 一种是流化床锅炉。生物质燃料的一般特点是水分很高、发热值偏低, 因此着火和燃尽都比较困难。循环流化床锅炉的炉膛内存在着大量的温度在800℃左右的床料, 蓄热量大, 并且具有很高的循环倍率, 因此即使生物质含水率高达50%~60%, 也能够保证正常的着火燃烧。同时由于物料的不断循环, 使得燃料的燃尽率能够得到最大的保证, 因此循环流化床锅炉是最适合燃烧生物质的锅炉。但循环流化床锅炉在燃烧生物质方面也存在一定的问题, 主要表现在以下两个方面。
(1) 生物质燃料挥发份高、灰量偏少, 造成了锅炉自身循环物料量不足。
(2) 生物质中碱金属和氯元素含量高, 易于积灰和堵灰, 并造成受热面的高温腐蚀和低温腐蚀。
3 生物质循环流化床锅炉存在问题的分析及控制措施
3.1 床料烧结问题及控制措施
如上所述, 在循环流化床锅炉的炉膛内有大量的循环物料, 这是保证锅炉正常运行的必要条件, 而生物质燃料挥发份高、灰份低、灰量偏少, 无法保证锅炉正常运行的循环灰量, 因此在运行中要需要添加一定的循环床料。比较普遍的做法是向炉膛内添加石英砂, 但是添加石英砂会带来两个问题, 一是由于砂子硬度高, 会增加锅炉受热面的磨损;二是容易造成炉膛内物料烧结和结渣, 这主要是由于生物质中钾、钠等碱金属含量较高而造成的。温度、流化风速和气氛都会影响到生物质灰的烧结, 但温度是影响烧结的最主要因素, 温度越高越易烧结。一般认为, 在高温条件下生物质灰中的钾和钠与砂中的Si O2反应, 生成低熔点的共晶体, 共晶体在炉膛的高温下熔化并沿着砂的缝隙流动, 将砂粒粘结, 形成块状。其反应方程式如下:
要防止运行中烧结现象的发生, 可采取以下两种控制措施:
(1) 在锅炉结构上采取适当措施, 从根本上解决炉膛温度过高的问题。主要措施是选取合理的一、二次风配比和合理的炉膛受热面布置, 使炉膛的温度场更加均匀, 保证炉膛运行温度不会过高。
(2) 在添加循环物料的时候, 选取适宜的惰性物料以抑制低熔点共晶体的形成。不同的元素对烧结的影响是不同的, 从这个角度出发, 可以选择富含抑制烧结元素的床料, 提高烧结发生的温度。从经济性和易获性考虑, 建议选用煤渣刷分下来的颗粒或燃煤循环流化床锅炉的渣料作为锅炉的循环物料。
3.2 高低温腐蚀问题及控制措施
生物质燃料中的氯元素是造成受热面高温腐蚀和低温腐蚀的主要因素, 其腐蚀曲线如图1所示。其中高温腐蚀主要发生在过热器处, 其发生的原因有两个:一是受热面的管壁温度处于易腐蚀区域, 二是受热面表面形成含有碱金属氯化物的高温粘结灰。这种粘结灰形成以后, 与烟气中硫化物和氯化物会发生复杂的化学反应, 形成积灰腐蚀, 影响受热面安全。针对高温腐蚀的形成机理, 可采取以下几种控制措施。
(1) 过热器受热面的布置, 可采用低温过热器在前, 高温过热器在后的布置方式, 使高温过热器的管壁温度避开腐蚀较高的温度区域。 (2) 过热器管材可选用耐腐蚀的不锈钢管材, 以减轻腐蚀的影响。 (3) 尾部受热面采用顺列布置, 并采用较大的横向节距, 减少管列间搭桥堵塞的可能性。 (4) 在所有的对流受热面处都必须布置性能良好的吹灰器, 并多次数运行。特别需要注意的是, 在锅炉刚开始运行时就投入吹灰器, 否则, 如果受热面一旦粘结灰分就不易去除。
低温腐蚀主要发生在空气预热器的冷段, 特别是冷空气进口端。其发生的原因是烟气温度低于酸露点温度, 从而使烟气中的酸性气体在受热面上凝结形成酸液, 造成受热面的腐蚀。生物质燃烧生成的烟气中除了含有会形成硫酸的硫氧化物外, 还含有能形成盐酸的氯化物。通常来说生物质中硫含量极低且大部分为硫酸盐形式的无机硫, 因此硫氧化物造成的腐蚀份额很小, 主要是含氯的盐酸类造成的低温腐蚀。烟气中的HCL来源于生物质中的氯, 正常状态下这些氯与碱金属形成碱金属盐, 但是在炉内高温下部分碱金属盐会发生化学反应, 进入气相以HCL形式存在。针对低温腐蚀的形成机理, 可采取以下几种控制措施。
(1) 炉膛采用低温燃烧。低温燃烧可以将生物质中的氯大部分维持在灰相中, 以碱金属氯化物的形式存在, 减少气相氯的析出, 从根本上缓解低温腐蚀问题。 (2) 设计合理的排烟温度, 尽量使排烟温度高于酸露点。 (3) 选择具有良好耐腐蚀性能的空预器材质。目前搪瓷管空气预热器已经在防腐蚀方面得到了广泛的应用。 (4) 空预器采用卧式布置, 这样即使发生腐蚀也便于检修更换。
4 结束语
煤炭资源的不断减少和环境问题的日益突出, 使生物质能源对煤炭的替代率将会越来越高, 而循环流化床锅炉作为燃烧生物质的最适宜炉型, 必将获得更大的发展。文章分析了循环流化床锅炉燃烧生物质时存在的主要问题及控制措施, 使生物质循环流化床锅炉的特性有了更清晰的呈现, 希望能给广大锅炉设计工作者带来有益帮助。
参考文献
[1]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].中国电力出版社.
[2]卢啸风.大型循环流化床锅炉设备与运行[M].中国电力出版社.
生物质循环流化床锅炉 篇2
摘要：本文主要对国内外循环流化床发展现状进行了简略的总结、归纳，并通过与国外循环流化床技术大型化、高参数的发展趋势对比，对我国循环流化床锅炉技术发展前景进行展望同时，阐述了主要研究方法，技术路线和关键科学技术问题。关键词：循环流化床；国内外现状；研究方法；技术路线；科学技术问题；前景 Abstract: This paper briefly summarized the current situation about the development of circulating fluidized bed at home and abroad，compared with the foreign circulating fluidized bed technology which has a large development trend，and investigated the prospects of circulating fluidized bed boiler technology in China．At the same time, this paper expounds the main research method, the technical route and to solve the key technological problems.Key words: CFB；development at home and abroad；research method；technical route ；key technological problems ；prospect前言
循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术，它的工作原理是将煤破碎成0～10mm 的颗粒后送后炉膛，同时炉膛内存有大量床料（炉渣或石英砂），由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，并在炉膛出口或过热器后部安装气固分离器，将分离下来的固体颗粒通过回送装置再次送入炉膛燃烧[1]。
循环流化床锅炉的运行特点是燃料随床料在炉内多次循环，这为燃烧提供了足够的燃尽时间，使飞灰含碳量下降。对于燃用高热值燃料，运行良好的循环流化床锅炉来说，燃烧效率可达98%～99%相当于煤粉燃烧锅炉的燃烧效率。
循环流化床锅炉具有良好的燃烧适应性，用一般燃烧方式难以正常燃烧的石煤、煤矸石、泥煤、油页岩、低热值无烟煤以及各种工农业垃圾等劣质燃料，都可在循环流化床锅炉中有效燃烧。
由于其物料量是可调节的，所以循环流化床锅炉具有良好的负荷调节性能和低负荷运行性能，以能适应调峰机组的要求与环境污染小的优点[2]，因此在电力、供热、化工生产等行业中得到越来越广泛的应用。循环流化床锅炉国内外研究现状
2.1 国外研究现状及分析
国际上，循环流化床锅炉的主要炉型有以下流派：德国Lurgi公司的Lurgi型；原芬兰Ahlstrom公司(现为美国Foster Wheeler公司)的Pyroflow型；德国Babcock公司和VKW公司开发的Circofluid型；美国F.W.公司的FW型；美国巴威(Babcock＆Wilcox)公司开发的内循环型；英国Kaverner公司的MYMIC型。
大型化、高参数是目前各种循环流化床锅炉的发展趋势，国际上大型CFB 锅炉技术正在向超临界参数发展。国际上在20世纪末开展了超临界循环流化床的研究。世界上容量为100～300MW的CFB电站锅炉已有百余台投入运行。Alhstrom和FW公司均投入大量人力物力开发大容量超临界参数循环流化床锅炉。由F.W.公司生产出了260MW循环流化床锅炉，并安装在波兰[3]。特别是2003年3月F.W.公司签订了世界上第一台也是最大容量的460MW超临界循环流化床锅炉合同，将安装在波兰南部Lagisza电厂[4]。由西班牙的Endesa
Generacion电力公司、FW芬兰公司及芬兰、德国、希腊和西班牙共六家公司合作的一项为期三年的CFB800的研究项目也正在进行中，并已提出了800MW超临界CFB锅炉的概念设计。
另外一个趋势就是加强研究增压循环流化床锅炉，发展增压循环流化床锅炉型蒸汽－ 燃气联合循环与常压循环流化床锅炉和增压鼓泡流化床锅炉比较，其具有以下优点[5]：(1)炉膛截面热强度高；(2)环保性能更好。
2.2国内循环流化床锅炉发展现状
中国与世界几乎同步于20世纪80年代初期开始研究和开发循环流化床锅炉技术。大体上我国的循环流化床燃烧技术发展可以分为4个阶段：
1980—1990年为第一阶段，其间我国借用发展鼓泡床的经验开发了带有飞灰循环、取消了密相区埋管的改进型鼓泡床锅炉，容量在35—75t/h。由于没有认识到循环流化床锅炉与鼓泡床锅炉在流态上的差别，这批锅炉存在严重的负荷不足和磨损问题。
1990—2000年为第二阶段，我国科技工作者开展了全面的循环流化床燃烧技术基础研究，基本上掌握了循环流化床流动、燃烧、传热的基本规律。应用到产品设计上，成功开发了75—220t/h蒸发量的国产循环流化床锅炉，占据了我国热电市场。
2000—2005年为第三阶段，其间为进入电力市场，通过四川高坝100MW等技术的引进和自主开发，一大批135—150MWe超高压再热循环流化床锅炉投运。
2005年之后为第四阶段，期间发改委组织引进了法国阿尔斯通全套300MWe亚临界循环流化床锅炉技术，第一个示范在四川白马（燃用无烟煤）取得了成功，随即，采用同样技术的云南红河电厂、国电开原电厂和巡检司电厂（燃用褐煤）以及秦皇岛电厂（燃用烟煤）均成功运行。由于我国已经形成了坚实的循环流化床锅炉设计理论基础，对引进技术的消化和再创新速度很快，引进技术投运不久，就针对其缺点，开发出性能先进、适合中国煤种特点的国产化300MWe亚临界循环流化床锅炉，而且由于国产技术的价格与性能优势，2008年后新订货的300MWe循环流化床锅炉几乎均为国产技术。所采用的主要研究方法和技术路线
国内发展大型化循环流化床锅炉的主要研究方法和路线主要为应用相似原理。
2008年1月9号，中国研制的330MW的循环流化床锅炉在江西分宜电厂投产发电。此前西安火电研究所（IPRI）与哈尔滨锅炉厂有限责任公司（HBC）合作开发了具有自主知识产权的循环流化床锅炉，包括：100MW、210MW循环流化床锅炉，这些锅炉分别于2003年6月19日和2006年7月7日投产运行，并且各项性能指标满足设计要求。这两种锅炉的运行在中国循环流化床锅炉发展史上具有里程碑的意义，它们为发展大容量循环流化床锅炉做了铺垫。通过相似原理中国设计了具有自主知识产权的最大容量循环流化床锅炉，锅炉容量为330MW[6]。这是迄今为止在中国运行的最大容量的循环流化床锅炉。相关科学技术问题
我们可以从循环流化床锅炉技术特点来阐述科学技术问题。
4.1化床锅炉和其他型式锅炉比较有如下特点。
1)燃料适应性广。循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用各种劣质煤。不同设计的循环流化床锅炉，可以燃烧高灰煤、高硫煤、高水分煤、低挥发分煤、煤矸石、煤泥、石油焦、油页岩甚至炉渣、树皮和垃圾等。
2)燃烧效率高。循环流化床锅炉的燃烧效率通常为95%—99%[7]。燃烧效率高的主要原
因是气固混合好、燃烧速率高、大量的燃料进行内循环和外循环重复燃烧，从而使煤粒燃尽率高。
3)高效脱硫。循环流化床锅炉的低温燃烧特点与石灰石最佳脱硫温度一致, 添加合适品种和粒度的石灰石，Ca/S摩尔比在1.5—2.5时，可以达到90%的脱硫效率[8]。
4)氮氧化物(NOx)排放低。循环流化床锅炉氮氧化物排放低的原因主要有两个，一是低温燃烧抑制空气中的氮转化为氮氧化物；二是分段燃烧抑制燃料中的氮转化为氮氧化物。
5)燃烧强度高，炉膛截面积小，炉膛截面积热负荷为3—5MW/m2，接近或高于煤粉炉。
6)负荷调节范围大，负荷调节快。循环流化床锅炉的负荷调节比可达(3—4):1，由于截面风速高和吸热控制容易，循环流化床锅炉的负荷调节速率快，每分钟可达4%BMCR（锅炉最大连续出力）。
7)燃料预处理和给煤系统简单。给煤粒度一般小于12mm，燃料的制备破碎系统大为简单。炉膛的截面积较小，良好的混合使所需的给煤点数量大大减少。
8)易于实现灰渣的综合利用。炉内优良的燃尽条件使得锅炉的含碳量低，灰渣量较煤粉炉要多，灰渣作为水泥掺和料或建筑材料，容易实现灰渣的综合利用。从上特点可以看出循环流化床锅炉是优于链条炉，抛煤机炉，煤粉炉和鼓泡床锅炉的炉型。
4.2循环流化床锅炉存在的主要问题
循环流化床锅炉具有较强生命力，但其发展历史不过三十余年，正处在发展时期，还存在许多缺点，热爱它的研究者，使用者齐心协力，使之茁壮成长，臻于完善。
根据目前状况，循环床锅炉存在下述缺点[9]。
1)由于设计和施工工艺不良，导致炉内受热面磨损严重仍是当前循环流化床锅炉安全稳定运行最为主要的原因。主要存在于水冷壁密相区防磨方式、炉内受热面安装工艺质量、炉内耐磨耐火浇注料施工工艺和质量带来的磨损问题。
2)锅炉排渣不畅也是影响锅炉安全长期运行的问题。影响锅炉排渣不畅的主要原因是入炉
煤颗粒较大，含石块较多。
3)炉膛、分离器以及回料装置之间的膨胀和密封问题。
4)飞灰含碳量高的问题。循环流化床锅炉的低渣含碳量较低，但是飞灰含含碳量较高。
5)厂用电率较高。由于循环流化床锅炉独有的布风板、分离器结构和炉内料层的存在，要满足锅炉燃烧、循环、排渣的需要，风机电耗相应较高。
上述循环流化床锅炉存在的主要问题即为有待解决的关键科学技术问题。国内循环流化床锅炉前景展望
随着全球煤炭储量的不断减少和对环保要求的不断提高，给循环流化床的发展及推广带来了新的机遇，进行如下分析：
(1)煤炭是重要的化工原料，随着储量的不断减少，大型煤粉锅炉将逐渐被国家所限制。而循环流化床由于适合燃烧各种燃料，而且是城市垃圾处理的好项目，必然能得到政府的大力扶植。
(2)目前全国的火电厂顺应国家环保局的要求，纷纷上马脱硫项目。但作为煤粉锅炉，受结构的限制，很难采用干法脱硫技术，因此大多采用石灰石湿法脱硫。湿法脱硫需要增加烟道、增压风机、吸收塔、石灰石浆液系统、石膏脱水系统、废水系统、石灰石粉制备系统等脱硫设备的大量投资，一般直接投资就在2亿以上，而后期的运行和维修费用更是天文数字。而循环流化床锅炉可以采用炉内喷钙干法脱硫，甚至可以实现脱硝，且增加的投资很少。喷钙脱硫成套技术主要由炉内喷射钙基吸附剂脱硫和尾部水合固硫两部分组成，在炉膛烟温
900～1200℃区域内喷入石灰石粉，可将系统脱硫率提高到80%以上[10]。
(3)随着我国电机技术的发展，风机的功率得到了不断的提升，而循环流化床的结构也在不断的改善，因此循环流化床的出力也可逐步向大型化发展。总结
循环流化床锅炉在清洁煤燃烧方面已经充分显示了其优越性,但在高效方面,仍然存在不足,其容量尚不足以满足电力生产的需要。而这种燃烧技术本身决定了发电效率的提高只能通过提高蒸汽参数循环效率的途径来实现。因此,容量大型化以及高参数化是循环流化床燃烧技术的发展方向。循环流化床技术具有燃料的灵活性、低的排放等优点。超临界循环流化床锅炉便是结合二者的优势,是一种高效、低污染燃煤发电技术。
原则上循环流化床及超临界均是成熟技术,二者的结合相对技术风险和技术难度不大。循环流化床炉膛中的热流要比煤粉炉中低得多且比较均匀,比煤粉炉更适合采用超临界参数。
超临界循环流化床作为下一代循环流化床燃烧技术,已经受到人们的高度重视。目前,我国也在积极策划实施超临界循环流化床锅炉示范工程。预计不久的将来,世界上容量最大、参数最高的循环流化床锅炉将在中国诞生。
参考文献：
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循环流化床锅炉磨损问题浅析 篇3
关键词：流化床锅炉 磨损 防磨措施
1 概述
20世纪中期，随着工业的迅猛发展，煤燃烧技术的更广泛应用，由燃煤锅炉产生的污染问题日益严重，迫切要求发展洁净煤技术。在这样一个历史背景下，流化床煤燃烧技术应运而生。流化床锅炉技术作为一种先进的清洁煤燃烧技术，因其特有的优点而得到广泛的发展与应用。其主要优点有：可以进行低温燃烧，保证了燃烧的稳定性；脱硫效率高，烟气中NOx的排放浓度低，有利于环境保护；燃烧强度大，保证了生产的高效性；燃料适应性广，几乎可以燃烧各种煤。
循环流化床锅炉采用介于煤粉炉悬浮燃烧和链条炉固定燃烧之间的流态化燃烧方式，即通常所讲的半悬浮燃烧方式。炉内进行的是一种流态化反应，即高速运动的烟气与其所携带的固体颗粒密切接触，并有大量颗粒返混的过程；炉外，绝大部分高温的固体颗粒被捕集并送回至炉内再次燃烧，如此反复循环。这种燃烧特性导致炉内磨损十分严重，影响锅炉正常使用，甚至会导致生产事故。所以，磨损问题是循环流化床锅炉发展的重要研究课题。
2 磨损的分类及影响因素
物体工作表面的材料在机械、化学和电等作用下，在相对运动中出现不断磨耗的现象即为磨损。根据磨损机理的不同，磨损分为磨料磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损以及腐蚀磨损等。其中，材料表面受到流体或固体颗粒以一定速度和角度的冲击而造成的磨损为冲蚀磨损。在循环流化床锅炉中，耐火材料受到煤灰颗粒的磨损即为颗粒流的冲蚀磨损。
2.1 烟气流速与飞灰浓度的影响：研究表明，磨损量与烟气流速的三次方成正比。流动飞灰的运动动能和单位时间内冲击到炉内壁的灰粒量受到烟气流速的直接影响。含灰烟气流在较高的循环流化床锅炉的循环率下，会造成炉内壁的严重磨损。此外，磨损量还会随着煤质变差以及灰分和燃煤量的增加而增大。
2.2 颗粒尺寸、形状以及硬度的影响：随着颗粒尺寸的增大，磨损量会随之增大，在锅炉磨损过程中起主要作用的是飞灰中那些尺寸较大的颗粒；燃料颗粒表面越光滑，磨损程度越轻。与被磨材料相比，当颗粒硬度很低时，磨损率通常会十分低；当颗粒硬度接近或高于被磨材料时，磨损率会迅速增加。
2.3 颗粒撞击表面可能性系数的影响：对表面有冲击作用的颗粒份额是决定管壁磨损程度的关键因素。
2.4 受热面及内衬材质的影响：在同等条件下，磨损量随着材料耐磨性能的增加而减小。
2.5 供料量多少的影响：随着供料量的增加，颗粒浓度也会增大。冲击管壁的磨损在其他条件相同的情况下，会随着颗粒浓度的增大而加重磨损。
3 循环流化床锅炉运行中的易磨损部件
3.1 风帽磨损：由于风帽处于沸腾床料激烈的摩擦中，因此磨损较为严重。
3.2 水冷壁磨损：如图1所示，在受热面的磨损当中，水冷壁与耐火材料的交接处是磨损最严重的部位之一。因此，我们将冷水壁的耐磨材料交接处的设计做了图2的修改，以改进磨损严重区的磨损状况。
我队建于2008年，锅炉年连续运行时间约为4320小时，发现锅炉受热面管道磨损严重，为了防止受热面因磨损发生爆管事故，对锅炉水冷壁管、埋管及膜式壁受热面喷涂耐磨镍铬基高硬度高强度耐磨型热喷涂粉芯丝材料进行重新喷涂。
3.3 炉内受热面的磨损：影响炉内受热面磨损的主要因素包括受热面的具体结构和固体物流的流动特性两方面。
3.4 对流烟道受热面的磨损：省煤器、过热器和空气预热器是尾部对于流烟道的三个受热面。进入尾部较多的飞灰颗粒会加剧受热面的磨损，这是影响流烟道受热面磨损的主要原因。
4 防磨的技术措施
4.1 选择合适的防磨材料：防磨材料包括很多，耐火材料、包括碳钢和合金钢在内的金属材料、对金属表面进行喷头处理的材料等。在对耐火材料性能进行分析时，可以从以下四方面进行：第一，分析耐火材料敷设和锅炉性能的相关影响；第二，锅炉的系统热点和整体性能；第三，敷设耐火材料的目的和功能；第四，耐火材料敷设点的工作环境。
4.2 采用合理的结构设计：在对锅炉的不同部位进行优化设计时，应当根据燃烧性能、锅炉运行状况以及各部位的磨损机理等有针对性的进行。
4.3 对材料工作表面进行特殊处理：进行金属表面处理的技术有很多，包括热处理、热浸镀以及电镀和热喷涂等，但是，行之有效的防磨措施当属热喷涂技术。
5 耐火材料的种类及其失效原因
目前，国内的循环流化床锅炉用的耐火材料按照作用可以分为耐磨耐火材料的砖、浇注料以及可塑料和灰浆；耐火保温材料的砖、浇注料和灰浆；耐火材料的砖浇注料和灰浆三类。通常采用磷酸盐砖和浇注料、碳化硅砖和浇注料、耐磨耐火砖和浇注料、硅线石砖和浇注料、刚玉砖和浇注料，以及还有较高档的氮化硅结合碳化硅产品等。
但是，耐火材料的破坏随着大量循环流化床锅炉的相继投入运行，造成了越来越多的事故。据统计，由于耐火材料破坏造成的事故仅次于受热面磨损的第二大事故，占锅炉设备事故率的17%左右。因此，人们越来越重视耐火材料的问题。循环流化床锅炉要想保证正常、经济的运行，关键是合理的维修耐火材料。
通常，耐火材料的失效有以下两方面的原因：
5.1 耐火材料的剥落。耐火材料随着温度的变化会发展膨胀或者收缩，材料的膨胀或者收缩在受到约束后就会在内部产生应力。耐火材料与金属制品相比属于非均质的脆性材料，因此，耐火材料的热导率和弹性较小，除了抗拉强度低、抵抗热应力的破坏能力差外，抗热震性也不高。因此，在热冲击循环的作用下，耐火材料容易开裂剥落而导致整体损坏，这是循环流化床锅炉耐火材料提前失效的重要原因。
5.2 耐火材料的磨损。当耐火材料受到固体物料的冲刷时，耐火材料就会发生破坏，这就是耐火材料的磨损。在循环硫化床内，边角区、旋风分离器以及回送固体物料的管路属于耐火材料的易磨损区。物料从汽包到锥形筒转弯处的冲击区是发生磨损较严重的部位，通常有圆形边缘和光滑明亮的表面是易磨损的锅炉区域。由于随着冲击角的增大也会加重其磨损程度，因此，在设计旋风分离器和烟道等时，应当尽量减小冲击角。
6 结语
在循环流化床锅炉的设计、安装以及运行的过程中，需要考虑的一项十分重要的工作就是磨损问题，同时，磨损问题也应当引起领导高度重视。除了我们从理论上的分析研究外，尚需深入实际进行科学分析，使防磨技术进一步充实、完善。
参考文献：
[1]岳志娟.循环流化床锅炉磨损的原因及及其解决方法[J].能源技术，2009（03）.
[2]岳志娟.循环流化床锅炉磨损原因及解决方法[J].电力安全技术，2009（10）.
生物质循环流化床锅炉 篇4
随着节能减排工作的广泛开展,使用农作物秸秆、稻壳等生物质能源作为主要燃料的供热设备日益增多。国家陆续出台了相应的激励政策,鼓励燃用相对清洁的可再生生物质能源。国家发改委2007年8月公布的《可再生能源中长期发展规划》中指出:全国农作物秸秆年产生量约6亿吨,除部分作为造纸原料和畜牧饲料外,大约3亿吨可作为燃料使用,折合约1.5亿吨标准煤。秸秆燃烧利用前景广阔。
目前生物质能的燃烧利用有气化、层燃、流化床燃烧等方式。一般的生物质气化过程中产生大量的水汽、焦油,清理困难,且整个气化系统能耗较高、效率较低,而且生物质气化产物主要为CO,使用过程中易造成事故;目前应用较多的层燃生物质锅炉主要存在炉渣含碳量高、结渣、腐蚀等问题;循环流化床(CFB)锅炉燃烧生物质时由于生物质燃料的灰分普遍较低,如果运行过程中辅助床料补充不及时会骤然降低炉膛内部物料浓度,使炉膛高度方向的温差加大,灰循环被切断,流化床将无法运行,所以在流化床中燃烧生物质时以适当掺加其他高灰分燃料混烧为宜。
链条炉排是工业锅炉最常用的燃烧设备,国内已有相当丰富的制造和运行经验,这种燃烧设备对负荷变化和间歇运行的适应性强,符合小型锅炉房负荷多变的特点。但是链条炉排的着火条件不好和区段性燃烧,限制了它的煤种适应性和燃烧效率,当燃用难着火、难燃尽的燃料时,链条炉排上的燃烧工况就会恶化,造成炉渣含碳量高,炉渣含碳量高已成为制约层燃炉效率提高的瓶颈,一般层燃炉炉渣含碳量为20%～30%,甚至能达到30%以上。
本文提出一种新的构思,将层燃炉的炉渣和生物质燃料在同一循环流化床内燃烧。用层燃炉的炉渣帮助生物质燃料建立良好的循环,保证锅炉的正常运行,同时又使层燃炉的炉渣进一步燃烧,降低炉渣含碳量。
1 燃料特性
1.1 生物质燃料特性
以北方地区常用的玉米秸秆成型燃料和稻壳为例,给出生物质燃料的特性,见表1。
1.2 层燃锅炉炉渣特性
1.2.1 炉渣量计算
每消耗1 kg燃煤所产生的炉渣的含碳量可按下式估算。
式中Chz——每消耗1 kg燃料所产生炉渣的含碳量,kg/kg;
αhz——炉渣份额,一般取0.8;
Qnet.ar——燃料低位发热量,kJ/kg;
q4——固体未完全燃烧热损失,%。
层燃炉每消耗1 kg燃料所产生的炉渣量Ghz可按下式计算。
Ghz=αhzAar+Chz (2)
式中Ghz——1 kg燃料燃烧所产生的炉渣量,kg/kg;
Aar——燃料收到基灰分,%。
由式(1)、式(2)可得到层燃炉炉渣收到基含碳量
对层燃炉常用的Ⅱ类烟煤,炉渣含碳量一般为17%左右,若考虑日常运行过程中燃烧工况差、燃烧劣质煤和漏煤偏多等因素,实际运行炉渣含碳量可超过20%,甚至达到30%以上。
1.2.2 炉渣热值计算
由炉渣的元素分析,可根据下式估算炉渣热值[1]。
炉渣热值的主要影响因素是炉渣含碳量,当忽略H、O、S等元素对热值的影响时,可得炉渣热值与炉渣收到基含碳量的关系,见图1。
1.3 炉渣和生物质配比
当采用生物质与层燃炉炉渣混燃时,应根据生物质和炉渣的燃料特性选择合适配比,混合燃料与其它燃料的差异最主要体现在灰分上,应从改善灰分配比提高生物质灰熔点、稳定循环流化床物料循环以及减少受热面积灰腐蚀等角度综合考虑。可根据生物质燃料特性和炉渣实测含碳量Chz,ar,参照下式估算配比范围。
式中b——炉渣与生物质燃料的质量比;
Asw,ar——生物质燃料收到基灰含量,%;
Ahh,ar——生物质与炉渣混合燃料的灰分,%,取30%～35%时灰循环比较稳定。
2 锅炉结构
锅炉主要由流化装置、炉膛水冷壁、高温旋风分离器、U型返料器、对流管束、省煤器等部件组成。锅炉采用双级配风,一次风从炉膛底部布风板风帽进入炉膛,二次风从卫燃带下部进入炉膛,一、二次风配比为1∶1。炉膛下部卫燃带以及密相区覆盖有耐火防磨材料,密相区无受热面,稀相区除卫燃带外的四周布置光管水冷壁,经旋风分离器的烟气进入对流受热面,锅炉尾部竖井烟道布置铸铁省煤器。
3 设计需要考虑的特殊问题
3.1 防止结渣
流化床可控制在800～850℃的较低温度范围高效燃烧,且炉膛内温度场分布较均匀,大大减少了熔渣生成量,从而避免生物质由于燃烧温度高而烧结。另外,层燃炉渣中有大量Al2O3、MgO等高熔点物质,生物质与炉渣按一定配比混燃可以改善混合燃料中的Si、Al配比,可以在一定程度上提高生物质燃料灰熔点,有利于控制床内聚团、结渣。
3.2 组织燃烧
由表1可知秸秆类生物质燃料普遍的特点是挥发分很高,一般情况下植物秸秆、木材干燥无灰基挥发分(Vdaf)可达70%～80%,所以生物质秸秆燃料比较容易着火,一般情况下在250～350℃温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧[4],此时若空气供应量不足或不能与空气充分混合,将会增大不完全燃烧损失,并且缺氧条件下容易产生大量不易燃尽并且分离器很难有效分离的炭黑,造成锅炉冒黑烟的现象。所以应适当加高密相区直段,使分别进入流化床的炉渣和秸秆成型颗粒充分混合,并提高二次风速,保证二次风穿透力,强化烟气扰动。
混合燃料燃烧过程中容易产生大量CO,而实验证明当烟气温度较低(≤700℃时)即便CO与空气充分混合也很难充分燃尽[1],为保证大量挥发分和焦炭在有限的炉膛高度范围内充分燃尽,避免在高温旋风分离器、返料器出现再燃,造成灰循环回路局部结焦,炉膛稀相区空截面风速可控制在3～4 m/s左右的较低范围内,延长碳粒在炉膛停留时间,并减轻分离器负荷。所以燃用生物质、炉渣混合燃料的循环流化床宜选取较低的炉膛截面热负荷(1.5～2 MW/m2)。
3.3 分离器效率的选择
生物质燃料析出挥发分同时产生的固定碳由于灰烬包裹、空气渗透困难、炉膛温度较低等因素的影响,燃烧速度比较缓慢,而且混合燃料中的层燃炉渣大部分是燃烧缓慢的焦炭,为提高燃烧效率,并减少对流受热面的积灰,因此应达到一定的灰循环倍率,使焦炭充分燃尽。
当混合燃料折算灰分为30%时,一般分离器效率达到98%以上(灰循环倍率可达20以上)即可获得较高的燃烧效率,分离器效率对灰循环倍率的影响趋势如图3所示。
为了保证流化床在较低温度下稳定运行,并减少低温床料入炉份额,也要求分离器有较高的分离效率。一般情况下临界分离粒径越小,分离效率越高,目前高温旋风分离器在工业锅炉应用时其临界分离粒径一般为70～80 μm,设计时可以通过提高分离器入口烟气速度(20～25 m/s)、减小分离器喉管直径等多种方法进一步提高分离效果[3],把包裹灰壳未燃尽的碳、含有碱金属的灰粒捕集下来,降低尾部受热面的积灰和腐蚀。
3.4 防止积灰、腐蚀
生物质炉渣化学成分、灰粒特性等方面均与燃煤炉渣不同。由于生物质燃料灰分中K、Na等碱性金属含量大大高于燃煤灰分碱金属的含量,在锅炉对流管束烟气温度高于500℃区域容易形成高温粘结灰[2]。层燃方式的生物质锅炉面临的对流受热面积灰、腐蚀等问题不易解决。而燃生物质流化床由于床温较低,升华碱金属的量比层燃方式少,采用与燃煤炉渣混烧的方式还可以改变生物质灰分配比,减少粘结灰的形成,并且高温旋风分离器可以将一部分升华碱金属随灰粒捕集下来以炉渣形式排出。另外,通过控制炉膛出口烟温在850℃左右、采用适当拉大管束横向节距、结合冲刷方式合理设计的受热面结构,并选择10 m/s左右较高的烟气速度等措施,流化床燃烧生物质比层燃方式更容易有效减轻高温粘结灰的形成。
生物质燃料干燥程度较好的情况下,可不用布置空气预热器,为节省对流受热面钢耗而布置省煤器。只要设计时合理选择排烟温度,避免尾部受热面结露形成硫酸液,一般不会出现堵灰、腐蚀。生物质燃料中S的含量较少,循环流化床燃烧方式可实现燃烧过程中高效脱硫,并且一部分S与碱金属生成化合物被飞灰捕集,可以减少尾部受热面的低温腐蚀。
生物质燃料中普遍含有一定量的Cl,容易在金属管壁温度较高的部位造成严重的高温腐蚀,经验证明在受热面管壁温度低于400℃时高温腐蚀并不明显[4]。而Cl燃烧过程中生成的 HCl容易沉积在低温受热面,所以即便选择较高的排烟温度,也有可能出现尾部受热面腐蚀的情况,为此选用耐腐蚀的铸铁省煤器。
3.5 燃料粒径
本锅炉适合燃用成型生物质燃料或稻壳等粒径比较均匀的生物质燃料。由于成型生物质燃料挥发分很高,并且含一定水分,其在炉膛燃烧时,水分、挥发分的大量析出会使秸秆成型颗粒不断爆裂,所以成型颗粒的粒径要求可放宽到0～25 mm左右,由螺旋给煤机送入流化床燃烧。灰渣的粒度应控制在10 mm以下。采用层燃炉渣生物质分级入炉方式,由不同的给煤机送入流化床,炉渣燃料给料口靠近布风板,生物质在炉渣给料口和二次风之间送入。
4 节能环保效果预测
以7MW热水锅炉为例进行比较。如SHL7.0-1.0/95/70-AⅡ热水锅炉,设计燃烧效率84%(q4为15%,q3为1%),满负荷运行4 000小时消耗Ⅱ类烟煤8 552吨(按600元/吨)。由式1、式2估算,最少可产生3 933吨含碳量20%的炉渣,并向环境排放约12 261吨CO2温室气体。如果使用SHX7.0-1.0/95/70-T循环流化床热水锅炉,玉米秸秆成型燃料与层燃炉渣(含碳量20%)混合燃料的配比为5∶3,由式4估算混合燃料折算热值可达到12 510 kJ/kg,设计燃烧效率95%(q4为4%,q3为1%),满负荷运行4 000小时消耗玉米秸秆成型燃料6 561吨(按350元/吨),燃烧层燃炉渣3 937吨(按100元/吨),向环境排放约2 740吨CO2温室气体。对比计算表明,燃用生物质与炉渣混合燃料可比普通层燃炉节省购置燃料资金40%以上,另外可以减少温室气体CO2排放约9 500吨以上,节能减排效益可观。
5 结 论
(1)燃用生物质的循环流化床设计运行时尽量采用较低床温,并合理设计炉膛结构,选用多级送风,采用较低的炉膛截面热负荷,进而控制燃烧温度,均匀分布温度场防止结渣,并使燃料充分燃尽。
(2)采用与层燃煤炉炉渣混烧方式不但可以稳定灰循环,而且可以提高灰熔点,改善灰分配比,减轻碱金属对较高烟温区受热面的高温粘结积灰,并减少能源浪费。
(3)设计时适当提高旋风分离器的分离效率,合理布置管束,减轻对流受热面积灰、腐蚀。
(4)从燃料收集存放、以及运行过程中结渣、积灰、腐蚀等方面综合考虑,燃烧生物质燃料锅炉采用低倍率小型循环流化床,与层燃煤炉炉渣混烧整体经济效益较好,减少温室气体排放优势明显。
参考文献
[1]徐旭常,毛健雄,曾瑞良,等.燃烧理论与燃烧设备[M].北京:机械工业出版社,1988.
[2]车得福,庄正宁,李军,等.锅炉(第2版)[M].西安:西安交通大学出版社,2008.
[3]孙献斌,黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京:中国电力出版社,2009.
循环流化床锅炉的优点 篇5
1、燃料适应性强
由于循环流化床中的燃料仅占床料的1%－3%，不需要辅助燃料而燃用任何燃料，可以燃用各种劣质煤及其它可燃物，特别包括煤矸石、高硫煤、高灰煤、高水分煤、煤泥、垃圾等，可以解决令人头疼的环境污染问题。
2、燃烧效率高
循环流化床比鼓泡床流化床燃烧效率高，燃烧效率通常在97%以上，基本与煤粉相当。
3、脱硫率高
循环流化床的脱硫方式是最经济的方式之一，其脱硫率可以达到90%。
4、氮氧化物排放低
这是循环流化床另外一个非常吸引人的特点。其主要原因是：一低温燃烧，燃烧温度一般控制在850－900℃之间，空气中的氮氮一般不会生成NOX；二分段燃烧，抑制氮转化为NOX，并使部分已生成的NOX 得到还原。
5、燃烧强度高，炉膛截面积小
这是循环流化床锅炉的主要优点之一。其截面热负荷约为3－6MW/m2，接近或高于煤粉炉。
6、负荷调节范围大，调节速度快
这主要上相对于煤粉炉来说的。其原因是循环流床内床料的蓄热能力非常大，不会象煤粉炉那样低负荷时需投油枪助燃，最大的好处在于可以压火热备用，熄火后可以马上热态启动，比煤粉炉有更好的调峰能力。循环流化床的负荷调节比可达（3－4）：1，其调节速率可达4%－5%。
7、易于实现灰渣综合利用由于其灰渣含炭量较低，属于低温烧透，有着更大的利用价值。
8、燃料预处理系统简单
其燃料的粒度一般小于12mm, 破碎系统比煤粉炉更为简化。
循环流化床应用到有机热载体锅炉待解决的问题
循环流化床燃烧最大的难题是受热面因受烟气冲刷发生磨损问题，因此在导热油炉上采用循环流化床技术，要解决的首要问题是磨损问题，一旦磨损导热受热面爆管，轻则停产，重则发生重大安全事故。㈣：解决措施
磨损分为两个区域，尾部对流受热面，解决磨损的办法已有成熟的技术，一是减少粉尘含量，利用新型的多管分离器，因为分离效率达到99%以上，也就是说0.02mm的都可以分离下来，这样就不会造成对流受热面的磨损，二是控制好穿过对流受热面的烟气流速，即使不采用防磨措施也可以防止磨损。
炉膛磨损问题。高速床由于循环倍率高，粉尘浓度大，流速高，造成炉膛受热面的磨损严重，即使采用喷镀等防磨措施，炉膛受热面的寿命也不太长，也引起炉膛受热面爆管，所以在导热油炉上不宜采用高速床，必须采用低速床。但是，一般的低速床都布有埋管，尽管受热面不磨损，但埋管磨损。另一方面，导热油炉上也不可能布置埋管，因此，导热油炉上采用没有埋管的低速床，可以彻底解决磨损问题。影响导热油炉的热效率主要是两个方面，一是固体不完全燃烧热损失，二是排烟热损失，采用循环流化床锅炉燃烧技术，固体不完全燃烧热损失可以降到最低。由于煤种不一样，损失有区别，一般为3%～6%以内，比其他的炉型要低的多。影响排烟热损失为两个主要参数，一是排烟温度，二是过剩空气系数，排烟温度可以通过受热面的布置来达到合理的数据，但是，是依靠加大送风量来调节密相区的温度的，做到稳定运行。通常的循环流化床炉膛的过剩空气系数，只有1.15左右，要加大送风量来调节密相区的温度如果不采取措施，过剩空气系数在3以上，这样，大大的增加了排烟热损失，解决这个问题的办法就是烟气循环，在一次风中，混合50%的排烟，控制送风的温度不高于80°即可，这样，排烟处的过剩空气系数只有2左右，采取这种方法，已广泛应用到流化床的工业炉和热风炉上，取得了很好的效果，有成功的经验。㈤：循环流化床有机热载体锅炉创新点
1：国内第一家实现循环流化床在有机热载体锅炉行业的应用；
2：地解决了循环流化床在有机热载体锅炉应用的最大的瓶颈—磨损问题； 3：大大扩展了有机热载体锅炉应用领域； 4: 实现低品味能源优质化。㈥：市场前景
1：适用当地所产煤质差的区域，如湖南、广西一带； 2：适用于当地对环保要求高于的区域；
循环流化床锅炉烘炉技术优化实践 篇6
关键词 75t/h循环流化床锅炉；耐火耐磨材料特性分析；节能经济；烘炉方案
1 前言
循环流化床锅炉（简称CFB锅炉）除了高效节能、低污染地清洁燃烧优点以外还有一个最大的特点就是燃料适用的广泛性。正因为如此，大多的循环流化床锅炉都燃用了高水份、含灰量极大的劣质煤，燃烧时，烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些灰粒以极高的速度冲刷炉壁及其设备，使其表面受到剧烈的磨损，发生局部的严重破坏，甚至导致事故停炉。因此高强度的耐火耐磨材料，在循环流化床锅炉上得到了广泛的应用。这些耐火耐磨材料都在现场施工，不可避免的存有游离水、结晶水等不同形态的湿分。在锅炉升温过程如果水分大量迅速蒸发，产生的蒸汽压力超过内衬的结合力，不均匀的膨胀过快，可能使内衬爆裂脱落，直至大面积坍塌。因此，新施工的不定型耐火耐磨材料的初次烘干即烘炉，是直接关系到循环流化床锅炉启动运行前的一项重要工作，烘炉效果的好坏对于耐火耐磨材料的使用性能和寿命，至关重要。
2 锅炉本体概述
淮南矿业集团电力公司新庄孜电厂#6炉（UG-75/3.82-M44）是无锡华光锅炉股份有限公司开发的产品。其结构简单、紧凑，与传统的煤粉炉炉型相似，锅炉本体由燃烧设备、给煤装置、床下点火装置、分离和返料装置、水冷系统、过热器、省煤器、空气预热器、钢架、平台扶梯、炉墙等组成。布风板以上浓相区炉内墙采用浇注高强度耐磨可塑料；水冷壁外墙采用敷管炉墙结构，外加外护板。高温旋风筒、水平烟道及尾部烟道采用轻型炉墙、护板结构，其中高温旋风筒的设计受现场尺寸条件限制，把原炉型的两个高温旋风筒改造为一个内径达4600mm大的高温旋风筒。针对循环流化床锅炉的特点，在炉室、高温旋风筒等部位选用高强度耐磨可塑料、高强度耐磨砖，以保证锅炉安全可靠运行。
3 烘炉的目标
循环流化床锅炉内部在安装时浇注的耐火耐磨材料，经自然风干，其内部仍存在大量的水分。在干燥过程中，为避免水分快速蒸发而导致内衬损坏，必须使耐火耐磨材料内的水分缓慢析出，充分干燥。然后继续加热到一定温度，使耐火耐磨材料固化，保证耐火耐磨层的高强度，使得锅炉点火启动时耐火耐磨层能缓慢均匀地膨胀，从而达到烘炉的目标。总之，缓慢均匀的加热是保证烘炉质量的关键。
4 烘炉的方案
一般烘炉有木材加小油枪烘炉和热烟气烘炉。新庄孜电厂#6炉在全部施工结束后，进入烘炉阶段，按照施工单位提供的烘炉方案，总共需费用约40万元。其烘炉过程为：烘炉首先采用专供烘炉用的小油枪进行养护，然后用管道油燃烧器对燃烧室进行烘干，最后使用大油枪及启动燃烧器油枪进行旋风分离器和返料器的烘干。第一阶段为110℃低温养护阶段，常温为起点，按10℃/h速率，升温到110℃，恒温24小时；第二阶段为250℃～530℃中温养护阶段，从110℃开始，按10℃/h速率，升温到250℃，恒温24小时；第三阶段为850℃高温养护阶段，从250℃开始，按15℃/h速率，升温到380℃，恒温36小时；在380℃，恒温36小时后，按30℃/h速率进行降温，降到250℃时应逐步停止燃烧器，炉膛温度下降到50℃开启人孔门，自然降温。检查浇注料有无脱落、开裂等现象。该方案经新庄孜电厂技术人员综合讨论后，认为费工、费时，安全性和经济性较差。在组织进行现场工艺分析后，提出了一套新的烘炉方案。
首先布置临时烟气隔断系统，在炉膛出口和旋风分离器出口装设用槽钢，白铁皮和耐火纤维毡等制成的临时隔墙，隔墙上预留50～80mmk孔洞供烟气流通。然后在旋风分离器、进出口烟道侧面、返料器等外部筒体开一定数量的排汽孔以排出湿汽。炉膛内参照密相区的平均温度，分离器参照分离器出口的平均温度，返料器参照返料床的平均温度，作为预定的烘炉曲线比较。
由于新庄孜电厂为煤矿坑口电站，利用煤矿废弃的木材作为烘炉的燃料，使得燃料成本大大降低。6月4日，在联系汽机停运高加后，待给水温度在100℃左右时开始上水，热水烘炉正式开始。在水烘炉过程中定时换水，随后逐步投用高加，保持给水温度在140℃左右，并定期排污，到6月6日热水烘炉结束。目的对炉墙进行内部热烘。在启动燃烧室和水冷风室加入木材后，6月6日点火开始烘烤，维持底部风室温度在350℃左右，启动燃烧室维持温度在300℃左右，7日结束。目的对启动燃烧室和水冷风室的一些轻质耐火材料中少量在施工时加入的水，进行烘干。6月12日，在布风板上铺约200厚的炉渣并加入木材后，烘炉开始。前三天保持炉膛密相区的温度在500℃左右，进行低温烘烤，返料腿处开的排汽孔开始有水汽排出，6月15日，为了提高密相区的温度，启动引风机，同时加大了木材的投入量，返料床的温度逐步升高到300℃，炉膛密相区温度达到约700℃，返料筒及上部的排汽量明显增大，随着时间的延长，木材的投入量的增加，后期的返料床温度已能达到500℃，炉膛密相区温度达到约1000℃，21日烘炉结束。此外，现场人员采用手持式的红外线测温仪监测旋风筒和返料腿的外壁温度，发现温度逐渐升高，在排汽孔出汽量最大时，温度达到90～100℃。实际烘炉温度曲线如下：
#6炉烘炉实际升温曲线
5 小结
生物质循环流化床锅炉 篇7
关键词：生物质,锅炉,旋风分离器,喷吹装置,改造
1 前言
生物质燃料复杂, 灰分碱性氧化物多, 生物质锅炉运行时极易在分离器壁面蓬灰、粘结, 从而引起分离器堵塞, 造成外循环中断, 甚至返料器、床面结焦事件发生, 严重影响机组长周期安全运行。
稻壳是典型的农林废弃物, 其可燃物达70%以上, 稻壳发热量12560~15070k J/kg, 约为标准煤的一半。是一种既方便又廉价的能源, 特别是在稻米加工厂, 在获得了能源的同时又处理了稻壳。由于稻壳作为能量资源是可更新的, 也就显得更有吸引力。所处江汉平原腹地, 稻米产量丰富, 面对这种双赢的局面, 生物质电厂陆续建立投产, 大量的稻壳作为燃料进入生物质电厂。稻壳作为燃料有几个优点: (1) 不用破碎, 流动性好; (2) 发热量高、水分少, 提高机组效率和盈利的利器; (3) 能够通过掺配混入低热值、水分较大的生物质燃料搭配燃烧, 扩大生物质发电企业燃料市场的范围。
返料器蓬灰、粘结是一个逐渐的过程, 在掺烧稻壳比例较大时尤为明显, 稻壳在炉膛内属于轻质燃料, 燃烧快且热值高, 稻壳量大后造成分离器温度持续偏高, 长时间低灰熔点的燃料会在分离器壁面粘结, 且稻壳灰的成分二氧化硅比例很大, 稻壳燃烧灰量很大, 会加剧灰量在返料器的集聚。当稻壳比例超过40%时, 电厂都是采取降负荷运行, 严重影响机组安全、经济运行。为了防止上述现象发生, 特在分离器锥段加装防堵喷吹装置, 在返料器蓬灰、粘结之前将其消除从而保证机组的正常运行。
2013年××集团运营电厂因分离器积灰严重造成机组非停17起。
2014年××集团运营电厂因分离器积灰严重造成机组非停8起。
2015年××集团运营电厂因分离器积灰严重造成机组非停13起。
2 创新思路和技术细节
2.1 设计思路
循环流化床锅炉主要特点之一是大量固体颗粒在燃烧室、旋风分离器和返料器所组成的固体颗粒循环回路中循环。固体颗粒循环是决定流化床内固体颗粒浓度, 固体颗粒浓度对循环流化床的燃烧、传热及脱硫起很大的作用, 所以, 保证循环物料的稳定流动是循环流化床正常运行的基础。生物质循环流化床锅炉的返料器是将锅炉分离器分离下来的高温固体物料稳定的送回压力较高的燃烧室内, 一旦发生返料器堵塞, 整个循环流化床锅炉的外部物料循环中断, 锅炉将无法运行被迫停运, 要确保循环流化床锅炉安全运行必须解决返料器堵塞这一关键问题, 返料器堵塞主要因为返料器避免挂灰、会在表面粘结, 积少成多造成的, 放止返料器堵塞主要解决分离器避免挂灰, 很多同类生物质电厂都在进行这方面的研究和探索, 其中多数是采用旋风分离器加装空气炮, 通过空气炮产生的空气波震荡清楚壁面积灰。
鉴于空气炮在连续上和安装密度上有局限, 且考察安装空气炮的兄弟电厂同样会出现返料器积灰堵塞的现象, 且还会造成局部浇注料的脱落, 在此基础上设计压缩空气喷吹技改项目。
2.2 工作原理
为了充分借鉴传统空气炮的优点规避空气炮的缺点, 在分离器上开孔分层错列布置压缩空气喷嘴, 多点覆盖分离器内表面;通过电磁阀控制每一个喷嘴气流的通断, 利用PLC程序控制每个喷嘴压缩空气的通断, 实现吹扫的连续性;利用压缩空气压降产生的高速气流对分离器锥体壁面进行吹扫, 降低吹扫过程中对返料器内壁浇注料的冲击;从而防止返料器蓬灰、粘结现象发生。
2.3 改造方案
在2个分离器大、小锥段上各开吹灰孔15个, 分五层错开布置 (大锥段2层, 小锥段3层) , 每层设置一个环形压缩空气管 (准32×3) 和3个吹灰孔, 每个吹灰孔安装管径DN20mm、长500mm、材质1Cr18Ni9Ti不锈钢管, 在不锈钢管端部加装堵板, 并在堵板内侧10mm处, 钻准4mm的小孔作为喷嘴。
每层环形压缩空气管与吹灰管通过法兰连接, 电磁阀与吹灰管螺纹连接, 并在电磁阀出口管设计活接, 便于更换电磁阀。每个分离器采用单独的一个供气联箱, 并预留备用接口一个。
返料器喷吹气源使用杂用压缩空气, 由脉冲吹灰电磁阀控制, 左右两侧共计30个。电磁阀控制系统引至DCS控制, 在DCS机柜中新增DO卡件及继电器板两套, 根据现场要求新增顺控逻辑, 30个脉冲电磁阀依次顺序动作, 可根据燃料特点及运行工况设置电磁阀脉冲时间、时间间隔以及完成一个周期后自动开始的周期时间, 实现自动吹扫和智能管理 (见图2) 。
2.4 性能优势
系统的控制模式先进, 运行灵活性高, 吹扫时间可以根据燃料种类和机组运行状况自由设定, 吹扫时间设置上最初经过多次摸索, 根据××项目燃料特点最终程控设置为每次5s脉冲启动一个电磁阀, 停10s后再5s脉冲启动下一个电磁阀, 依次完成全部电磁阀的吹扫后停留30s进入下一个吹扫循环。
系统运行方便、可靠性高, 机组运行值班员只用顺序控制 (如图2) , 整个装置实现自动运行定期吹扫, 只用在监盘时监视运行状况和压缩空气压力, 定期巡检时巡视现场系统即可, 定期手动试验就地核对电磁阀动作情况, 没有太多的工作量增加, 运行维护极其方便。
以上是对在生产过程中发现的问题, 经过仔细观察和思考后进行创新改进, 取得了良好效果, 增强生物质发电企业对复杂燃料结构的适应性, 整体实物如图3~4。
3 创造性和先进性
利用电磁阀程序控制压缩空气的通断, 利用压缩空气压降产生的高速气流对分离器锥体壁面进行吹扫, 有效防止了生物质循环流化床锅炉返料器蓬灰、粘结、堵塞现象发生。在分离器锥段加装防堵喷吹装置, 在返料器蓬灰、粘结之前将其消除。该装置结构简单, ××电厂改造后稻壳比例50%以上安全运行一年时间, 效果显著。
改造之后由于稻壳的掺配范围扩大, 对于调整入炉燃料掺配的范围上更好控制, 炉子对燃料的适应性更强, 一定意义上拓宽了生物质电厂的生存空间。
4 产生的效益 (经济效益和社会效益)
2015年××电厂发电量20048.31万k W·h, 燃料消耗224877.73t, 其中稻壳115936.29t, 全年入炉稻壳比例57.8%, 稻壳比例最高时达70%, 未发生非停事故, 没有发生因返料器积灰造成的异常, 因稻壳比例大输料系统基本没有发生堵料现象, 全年平均负荷29.92MW;2015年××电厂完成两个连续运行100d, 分别是135d和111d。连续135d运行停运后, 分离器内部检查积灰情况非常好 (图5停机检查情况) 。对于生物质发电企业避免一次返料器堵塞直接挽回经济损失十几万元 (不包含损失电量) 。
2015年稻壳收购均价295元, 稻壳热值按照3000kcal kg, 热值单价0.107元/kcal;2015年入炉热值2377.66kcal/kg, 平均入炉热值单价372元 (含税) , 入炉热值单价0.16元/kcal;大比例掺烧稻壳对对于降低发电成本效果明显。2015年××电厂因大比例掺烧稻壳, 既适应了当地的燃料结构, 避免因没有木质类碎料而导致的机组停运;2015年××电厂EBITDA值4364万元, 实现3100万元的净利润;这一改造让生物质锅炉对燃料的适应性更强, 有助于解决生物质企业燃料困境, 更有益于发动更多的人参与到生物质燃料产业, 特别对于增加农民的收入, 对精准扶贫助益明显。
5 推广应用的范围、条件和前景
在分离器锥段加装防堵喷吹装置, 利用电磁阀程序控制压缩空气的通断, 利用压缩空气压降产生的高速气流对分离器锥体壁面进行吹扫, 在返料器蓬灰、粘结之前将其消除。该装置结构简单, 效果显著, 适合在同类生物质电厂大面积推广。
同类生物质电厂锅炉在掺烧稻壳比例较大时极易在分离器壁面蓬灰、粘结, 从而引起分离器堵塞, 造成外循环中断, 甚至返料器、床面结焦事件发生, 每年其它同类电厂因返料器故障引起非停十几起, 当稻壳比例超过40%时, 所有同类电厂都是采取降负荷运行, 严重影响机组安全、经济运行, ××电厂投产至今, 入炉稻壳比例超过50%, 未发生非停事故, 年度平均负荷29.2MW, 发电原杆单耗在1kg/k Wh以下, 带来直接经济效益数百万, 随着全国经济持续低迷, 稻壳收购价格进一步下降, 间接效益会更大。
因此在稻壳产量丰富的地区和返料器容易积灰、堵塞的生物质循环流化床锅炉均可以推广使用, 对于机组长周期安全运行和机组对燃料的适应性上助益明显。希望通过这一技术革新对在边缘生存的生物质发电企业带来希望, 为清洁能源和环境改善作出贡献。
参考文献
[1]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行.中国电力出版社.
浅析循环流化床锅炉脱硫 篇8
关键词：循环流化床锅炉,二氧化硫,脱硫机理,脱硫效率,锅炉热效率
循环流化床锅炉因其燃料适应面广、负荷调节性能好、燃烧效率高、可通过向炉内添加石灰石减少SO2排放等优点, 得到了广泛的应用, 特别是其炉内加钙脱硫的特性, 在环境问题日益紧张的今天更是受到了极力的推崇。但是, 从目前实际生产运行的循环流化床锅炉脱硫状况来看, 脱硫效率还比较低, 排放的锅炉烟气中SO2浓度高、排放量大, 远没有达到国家标准规定的要求。究其原因, 这与炉内加钙脱硫的影响因素众多且生产运行中不易控制、添加石灰石对锅炉的运行存在较多负面影响都有较大关系。
以下就二氧化硫在燃烧过程中的析出方式, 循环流化床锅炉脱硫机理, 影响脱硫因素等方面进行分析, 以期对循环流化床锅炉的合理脱硫做共同探讨。
1 煤燃烧过程中SO2的析出
煤中的硫以四种形态存在即黄铁矿硫、硫酸盐、有机硫和元素硫。其中黄铁矿硫、有机硫和元素硫占煤中硫份的90%以上, 是可燃硫。硫酸盐硫是不可燃硫。煤在燃烧过程中, 所有的可燃硫都在受热过程中从煤中释放出来。黄铁矿硫在300℃时即开始失去硫份, 形成黄铁矿和赤铁矿, 黄铁矿硫的大量分解则在650℃以上。有机硫在煤加热至400℃时即开始大量分解, 首先分解为中间产物 (主要是H2S) , 而后在遇氧气和其他氧化性自由基时逐步被氧化为SO。在炉膛的高温条件下存在氧原子或在受热面上有催化剂时, 一部分SO会转化成SO2。此外, 烟气中的水份会和SO2反应生成硫酸 (H2SO4) 气体。硫酸气体在温度降低时会变成硫酸雾, 而硫酸雾凝结在金属表面上会产生强烈的腐蚀作用。排人大气中的SO2由于大气中金属飘尘的触媒作用而被氧化生成SO3, 大气中的SO3遇水就会形成硫酸雾。烟气中的粉尘会吸收硫酸而变成酸性尘。硫酸雾或酸性尘被雨水淋落就变成了酸雨。以上煤燃烧过程可能产生的硫氧化物, 如SO2、SO3, 、硫酸雾、酸性尘和酸雨等。不仅造成大气污染, 而且会引起燃煤设备的腐蚀。
2 循环流化床锅炉脱硫机理
2.1 炉内脱硫
循环流化床锅炉炉内脱硫是在燃烧过程中在炉内加入脱硫剂, 常用的脱硫剂是石灰石。循环流化床锅炉采用掺烧石灰石 (炉内喷钙) 来实现炉内脱硫, 该物质在锅炉内煅烧分解, 发生如下反应:
细小的Ca O颗粒与SO2气体发生下列反应:
CaSO4进入锅炉燃烧后的灰渣之中, 从而达到脱硫的目的。
2.2 炉外脱硫
在锅炉出口后增加一级半干法烟气脱硫, 美国在1999年批准的佛罗里达州Jacksonville的JEA电厂300MW燃用石油焦循环流化床项目采用了这一方法。但这一方法在国内还不成熟。
3 循环流化床锅炉脱硫的影响因素
循环流化床的燃烧及脱硫过程十分复杂, 实际运行中影响脱硫效率的因素很多, 如运行床温、钙硫比、床料粒度、流化速度、SO2在炉膛停留时间、燃料煤含硫量等, 下面就一些主要影响因素进行简要分析。
3.1 行床温的影响
锅炉运行床温对脱硫效率影响较大, 这是由于床温的变化直接影响脱硫反应速度、固体产物的分布和孔隙堵塞特性, 所以床温会影响脱硫反应的进行和脱硫剂的利用率。脱硫的最佳温度并不是一个常数, 它与脱硫剂的品种、粒径、煅烧条件等有关, 一般控制在800~900℃之间。温度太低时, 脱硫反应变慢, 脱硫效率下降;温度太高时, CaSO4将会分解为SO2, 也会降低脱硫效率。
3.2 钙硫比的影响
固硫剂所含钙与煤中含硫的摩尔比称为“钙硫比”。所用煤质一定, 煤中含硫量也是定值, Ca/S越大就表示固硫剂使用的越多, 它是表示固硫剂用量的一个指标。当温度一定时, Ca/S越高, 脱硫率也越高。但是Ca/S越高, 石灰石粉的利用率越低, 残留的Ca O越多而不经济。一般认为Ca/S为1.5或2时较为经济。
3.3 床料粒度的影响
脱硫剂和燃料的粒度以及两者的粒径分布对脱硫效率也有较大影响。采用较小粒径的石灰石易使SO2扩散到脱硫剂核心, 其参与反应面积增加, 有利于脱硫。但石灰石粒度太小或使用太易磨损的石灰石会增大其以飞灰形式的逃逸量, 使脱硫效率下降。
3.4 燃料煤含硫量的影响
在相同钙硫比的情况下, 含硫量越高的煤, 其脱硫率也越高。这是因为高硫煤会使炉膛内产生较高的SO2浓度, 因而提高了脱硫的反应速度。
4 添加石灰石对循环流化床锅炉运行的影响
4.1 对入炉热量的影响
添加石灰石脱硫的热化学反应包括Ca CO3煅烧的吸热反应和硫酸盐化反应的放热反应两部分。一开始石灰石从给煤机添加进入炉膛后, 床温会明显降低, 这是因为石灰石进入炉膛后在高温下首先发生煅烧分解反应, 这个反应是吸热过程, 同时由于石灰石与燃煤混合后进入炉膛, 在螺旋给煤机转速不变时, 加石灰石后入炉煤量肯定减少了, 放热量也减少, 这两方面因素必然导致床温降低, 而且加入的石灰石越多, 即Ca/S越高, 床温下降越大也越快。
4.2 对灰渣物理热损失的影响
由于从锅炉排出的炉渣和从分离器下排出的灰分仍具有相当高的温度, 这部分热量不能被利用, 所引起的热损失称为灰渣物理热损失。
4.3 对排烟热损失的影响
由脱硫公式可以看出, CaCO3反应后产生的CO2为82m3, SO2在与CaO反应的过程当中, 多消耗的氧量为15.26m3, 需要增加的空气量为73m3, 整体增加的烟气量为140m3, 造成排烟热损失增加量为30458kj。
以上说明循环流化床锅炉加钙脱硫会降低锅炉的热效率。
5 解决循环流化床锅炉脱硫问题的对策
5.1 加强炉内脱硫技术的研究
由于循环流化床锅炉炉内加钙脱硫的影响因素较多, 对脱硫效率的影响较大, 因此, 运行人员在运行中应摸索、总结各因素与脱硫率间的关系, 简化控制因素, 不断提高参数控制的可操作性, 从而提高脱硫效率。另外, 要获得稳定的脱硫效率, 必须采用适用、先进的控制手段, 以实现石灰石添加的自动、准确给料。除进一步改进锅炉设计、提高操作的自动化水平外, 还应加快开发研制新型的脱硫剂, 通过提高脱硫剂的使用效率, 降低钙硫比, 减少添加量, 从而减轻因加入脱硫剂而对锅炉运行产生的影响。
5.2 制定配套相关政策并加强管理和监督
国家有关部门应尽快制定针对锅炉脱硫厂家运行的有效激励政策, 使已投运的循环流化床锅炉都能发挥炉内脱硫优势, 降低燃煤排放SO2对环境的影响。
对于循环流化床锅炉脱硫的管理和监督, 应和我国目前实施的SO2总量控制结合起来。对于新建的循环流化床锅炉, 其排放量必须符合当地SO2总量控制指标的要求。
参考文献
[1]岑可法, 倪明江, 骆仲泱, 等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 1998.
[2]冯俊凯, 沈幼庭.锅炉原理及计算[M].北京:科学出版社, 1992.
循环流化床锅炉的燃烧控制 篇9
1 循环流化床锅炉的工作原理
循环流化床锅炉正常运行的时候, 炉前给煤系统将燃料送到炉膛里面, 一般送风设有一次风和二次风, 有的厂家会设三次风。一次风是为了保证料层流化和床温控制, 一般通过布风板下方进入到炉膛里面;二次风则是增加炉膛里面的总分量, 保证燃料充分燃烧。
炉膛内的物料在一定的流化风速作用下, 发生剧烈扰动, 形成气固两相流, 部分固体颗粒在高速气流的携带下离开密相区进入稀相区, 其中较大颗粒因重力作用沿炉膛内壁向下流动, 一些较小颗粒随烟气飞出炉膛进入物料分离装置, 进入分离装置的烟气经过固气分离, 被分离下来的颗粒沿分离装置下部的返料装置送回到炉膛, 经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后, 离开锅炉。循环流化床锅炉设有分离效率很高的分离装置, 被分离下来的颗粒经过返料器, 重新进入到炉膛里面, 这样既可以保证燃料的充分燃烧还可以保证炉膛内灰的粒径、浓度保持在一个合适的程度, 所以和传统锅炉相比较, 循环流化床锅炉不仅有辐射传热方式, 还增加了对流以及传热等传热方式, 这样锅炉炉膛里面的导热系数会大大提高。
2 燃烧控制的具体措施
1) 控制料层温度。料层温度又被称为床温, 指的是燃烧密相区内流化物料的温度, 这个参数直接关系到锅炉能否安全稳定运行。测定床温的时候一般采用不锈钢套管热电偶作一次元件, 将其布置在燃烧室密相层中, 距离布风板200~500mm, 插入炉墙深度维持在15mm~25m m之间, 且数量必须大于等于2只。锅炉运行过程中不能忽视料层温度的监视, 通常情况下需要将温度控制在850~950摄氏度, 这是因为温度过低锅炉会出现灭火以及燃烧不稳等情况, 并且这个温度区间也是最佳脱硫脱销温度, 温度过高则容易出现高温结焦, 造成锅炉出现停止运行的事故。所以物料层的温度不能低于800摄氏度, 最高则不能超过970摄氏度。
2) 控制料层厚度。循环流化床有着密相区与稀相区的分别, 密相区内静止物料厚度就是料层厚度, 当煤种一定的时候, 一定的料层差压意味着一定的料层厚度。一般情况下, 通常将风室与密相区上界面之间的差压值减去布风板阻力作为料层差压的监测数值, 料层厚度和差压值之间成正比, 也就是料层厚度越大, 差压值越高。
3) 控制物料浓度。反映炉膛内固体物料浓度参数的就是炉膛差压。一般情况下炉膛差压的监测数值就是测量密相区上界面与炉膛出口之间的压力差值。炉膛差压值、物料浓度、传热系数以及锅炉负荷四者之间成正比, 炉膛差压越大, 锅炉的负荷就越高。在锅炉正常运行的时候, 可以根据负荷调节炉膛差压, 而炉膛差压的控制则是通过煤质、煤粒、石灰石量、物料量及风量等实现的, 通常情况下炉膛差压控制在500~2000Pa区间之间。
4) 控制运行风量。一次风和二次风有着各自的作用, 前面笔者也提到过, 一次风主要是控制锅炉流化和床温的, 二次风则是为了控制总风量。当一次风满足流化和床温需求, 且总风量不足的时候, 可以逐步加大二次风, 二次风随着锅炉负荷的增加而增加。调整一二次风的配比, 也有利于控制NOX的排放。最低流化风量是为了保证和限制流化床启动及低负荷运行的下限风量, 是为了避免风量过低造成流化不良, 锅炉结焦情况的出现。当锅炉点火时, 让一次风量大于最低流化风量, 尽量避免低温结焦情况的出现。当锅炉低负荷运行的时候, 要保证其大于最低流化风量, 一般在冷态试验的时候确定最低流化风量, 测量风量时需加温度补偿。
5) 控制返料温度。通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度就是常说的锅炉返料温度, 控制返料温度可以起到调节料层温度的作用。返料器是循环流化床锅炉的一个主要部件。它工作的好坏直接影响着锅炉的安全、稳定、经济运行, 首先要保证返料器有稳定流化气源, 启动时调整好返料器的流化风量。在运行中, 要加强监视和控制返料器温度, 防止超温结焦, 一般返料器处的温度最高不宜大于950℃, 当返料器温度过高时, 应及时查明原因并消除。温度过高的时候容易造成返料器结焦, 特别是将无烟煤作为燃料的时候, 无烟煤相比于普通煤更为难燃, 而且存在燃料后燃的情况, 如果不控制好温度, 很容易出现结焦的情况。当温度太高时, 加大返料风量并调整风煤配比、一二次风配比及煤质, 同时需要检查返料器有没有堵塞的情况, 如果有的话, 需要及时进行清除, 以达到保证返料器通畅的目的。
6) 调整锅炉出力。当锅炉运行负荷增加的时候, 这时候应该在少量增加一次、二次风量之后, 在增加煤, 按照少量多次的调整原则调节, 直到出力达到相关要求为止。增加负荷率的速度一般维持在2MW~5MW;当减负荷时, 首先要做的就是减少给煤量, 接着减少一次、二次风量, 同时将一部分底渣放掉, 保证固体物料循环, 必须维持一定的灰平衡, 最终达到降低炉膛差压、改善床料的目的, 直到达到所需出力为止。
3 结束语
运行循环流化床锅炉的时候, 需要结合锅炉当时的负荷情况以及燃用煤质, 对料层差压等多参数情况进行严格监控, 然后不断结合实际情况调整风量、煤量以及返料量, 保证锅炉运行过程中始终保持最佳运行效果, 保证循环流化床锅炉的功效得到最大程度的发挥。
参考文献
[1]黎倩.模糊鲁棒控制在循环流化床锅炉控制中的应用研究[D].河北科技大学, 2010.
[2]贾东坡.循环流化床锅炉燃烧优化数值模拟研究[D].华北电力大学, 2013.
[3]姜璐.基于源头提质的可燃固体废物流化床燃烧利用研究[D].沈阳航空航天大学, 2013.
循环流化床锅炉的燃烧控制 篇10
循环流化床锅炉作为新一代高效、低污染清洁燃烧锅炉, 具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣综合利用等优点, 在电力、城市供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。然而, 相比于传统锅炉, 循环流化床锅炉的燃烧过程更加复杂, 受影响的因素更多, 各种过程参数间的耦合性更强, 这样就对控制系统和运行监控人员提出了新的、更高的要求。
1 循环硫化床锅炉工艺过程及工作原理
循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括:风室、布风板、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分;气固分离循环系统包括:物料分离装置和返料装置两部分;对流烟道包括:过热器、省煤器、空气预热器等几部分。其工艺流程如图1所示。
燃料由炉前给煤系统送入炉膛, 送风一般设有一次风和二次风, 有的生产厂家设三次风, 一次风由布风板下部送入燃烧室, 主要保证料层流化;二次风沿燃烧室高度分级多点送入, 主要作用是增加燃烧室的氧量, 保证燃料燃尽。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下, 发生剧烈扰动, 部分固体颗料在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛, 其中较大颗料因重力作用沿炉膛内壁向下流动, 一些较小颗料随烟气飞出炉膛进入物料分离装置, 炉膛内形成气固两相流, 进入分离装置的烟气经过固气分离, 被分离下来的颗料沿分离装置下部的返料装置送回到燃烧室, 经过分离的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后, 离开锅炉。因为循环流化床锅炉设有高效率的分离装置, 被分离下来的颗料经过返料器又被送回炉膛, 使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度, 因此循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有辐射传热方式, 而且还有对流及热传导等传热方式, 大大提高了炉膛的导热系数。
2 循环流化床锅炉的燃烧控制
2.1 床温 (料层温度)
床温是指燃烧密相区内流化物料的温度, 它是一个关系到锅炉安全稳定运行的关键参数。床温的测定一般采用不锈钢套管热电偶作一次元件, 布置在距布风板200~500mm燃烧室密相层中, 插入炉墙深度15~25mm, 数量不少于2只。
在运行过程中要加强对料层温度监视, 一般将料层温度控制在850~950℃之间, 温度过高, 容易使流化床床体结焦造成停炉事故;温度太低易发生低温结焦及灭火。必须严格控制料层温度最高不能超过970℃, 最低不应低于800℃。在锅炉运行中, 当料层温度发生变化时, 可通过调节给煤量、一次风量及送回燃烧室的返料量, 调整料层温度在控制范围之内。如料层温度超过970℃, 应适当减少给煤量、相应增加一次风量并减少返料量, 使料层温度降低;如料层温度低于800℃, 应首先检查是否有断煤现象, 并适当增加给煤量, 减少一次风量, 加大返料量, 使料层温度升高。一旦料层温度低于700℃, 应做压火处理, 需待查明温度降低原因并排除后再启动。
2.2 料层厚度的控制
循环流化床有密相区和稀相区之分。料层厚度是指密相区内静止物料厚度, 对同一煤种, 一定的料层差压对应着一定的料层厚度。通常将风室与燃烧室上界面之间的差压值作为料层差压的监测数值, 料层厚度越大, 测得的差压值亦越高。在锅炉运行中, 料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量。料层薄, 对锅炉稳定运行不利, 因炉料的保有量少, 入出的炉渣可燃物含量也高。料层太厚, 增加了料层阻力, 虽然锅炉运行稳定, 炉渣可燃物含量低, 但增加了风机的电耗, 同时有可能引起流化不好造成炉膛结焦或灭火。一般来说, 料层差压控制在7000~8000Pa之间。料层差压通过炉底排渣来调整, 在使用过程中, 应根据所燃用煤种设定一个料层差压的上限和下限作为排渣开始和终止的基准点。排渣的原则是少排、勤排, 最好能连续少量排, 一次排渣量太多, 影响锅炉的稳定运行、出力和效率。
2.3 炉膛 (悬浮段) 物料浓度的控制
炉膛差压是一个反映炉膛内固体物料浓度的参数。通常将所测得的燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差作为炉膛差压的监测数值。炉膛差压值越大, 说明炉膛内的物料浓度越高, 炉膛的传热系数越大, 则锅炉负荷可以越高。因此在锅炉运行中应根据所带负荷的要求调节炉膛差压。而炉膛差压则通过锅炉分离装置下的排灰管排放的循环灰量的多少来控制, 一般炉膛差压控制在500~2000Pa之间。此外, 炉膛差压还是监视返料器是否正常工作的一个参数。在锅炉运行中, 如果物料循环停止, 则炉膛差压会突然降低, 因此在运行中需要特别注意。
2.4 二次风的投入和调整二次风的原则
一次风控制炉温, 二次风控制总风量。约在60%负荷时开始投入二次风, 在一次风满足炉温需要的前提下, 当总风量不足时 (过热器后氧气含量低于3%~5%) 可逐渐开启二次风, 随着锅炉负荷的增加, 二次风量逐渐增大。
2.5 运行中最低运行风量的控制
最低运行风量是保证和限制流化床低负荷运行的下限风量, 风量过低不能保证正常流化, 造成炉床结焦。在冷炉点火时, 应使一次风量较快地超过最低风量, 以免引起低温结焦。低负荷运行时, 其不能低于最低运行风量, 最低运行风量可在冷态实验时确定, 一般以风门的开度来标定。
2.6 返料温度控制
返料温度是指通过返料器送回到燃烧室中的循环灰的温度, 它可以起到调节料层温度的作用。对于采用高温分离器的循环流化床锅炉, 其返料温度较高, 一般控制返料温度高出料层温度20~30℃, 可以保证锅炉稳定燃烧, 同时起到调整燃烧的作用。在锅炉运行中必须密切监视返料温度, 温度过高有可能造成返料器内结焦, 特别是在燃用较难燃的无烟煤时, 因为存在燃料后燃的情况, 温度控制不好极易发生结焦, 运行时应控制返料温度最高不能超过1000℃。返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节, 如温度过高, 可适当减少给煤量并加大返料风量, 同时检查返料器有无堵塞, 及时清除, 保证返料器的通畅。
2.7 锅炉出力的调整
当增加负荷时, 应当先少量增加一次风量和二次风量, 再少量加煤, 如此反复调节, 直到获得所需的出力。增负荷率一般控制在2%~5%/min。当减负荷时, 应先减少给煤量, 再适当减少一次风量和二次风量, 并慢慢放掉一部分循环灰, 以降低炉膛差压, 如此反复操作, 直到获得所需出力为止。降负荷时, 给煤量和一、二次风量可以很快减少, 循环灰可以很快放掉, 在紧急情况下, 减负荷率可达到20%/min, 但一般控制在5%~10%/min。
3 结语
在循环流化床锅炉运行中, 要结合所燃用煤质及当时负荷的情况, 严格监控料层差压、温度、炉膛差压和返料温度, 通过不断调整给煤量、风量及返料量, 使锅炉达到最佳的运行效果, 最大限度地发挥循环流化床锅炉的功效。
摘要：介绍循环流化床锅炉的工艺流程、工作原理及燃烧控制。
生物质循环流化床锅炉 篇11
【摘 要】循环流化床锅炉近些年来得到广泛推广，研究其原因是循环流化床锅炉有着传统粉炉所不具有的主要优点是节能环保，对煤的质量要求比较低，可以燃烧劣质煤，本文着重分析了影响循环流化床锅炉正常运行的因素，提出一些解决影响循环硫化锅炉正常运行的有效措施，浅析循环流化床锅炉运行中的常见问题。
【关键词】循环流化床锅炉；额定出力；锅炉受热面；原因分析
循环流化床锅炉在运行中有时达不到额定出力，分析原因，主要有两方面的问题，即设计制造方面的问题和运行调整方面的问题，设计制造方面的问题如分离器、受热面参数或燃烧份额的设计以及风机的选择不合理；运行调整方面的问题如燃料粒度分布或运行参数不合适等，下面就以下几个方面进行简要分析。
1.锅炉达不到出力的主要原因
1.1分离器达不到设计效率
锅炉达不到额定出力的一个重要原因是分离器运行效率低于设计要求值。实际运行中分离器效率受很多因素影响，例如气体速度、温度、颗粒浓度与大小及负荷变化等，一旦某个因素发生变化，就可能影响到分离器的运行效率。若运行效率低于设计值，将导致小颗粒物料飞灰损失增大和循环物料的不足，因而造成悬浮段载热质及其传热量不足，使锅炉出力达不到额定值。分离器效率下降可能造成飞灰可燃物含量增大，使锅炉效率下降。
1.2受热面布置不匹配
悬浮段受热面与密相区受热面布置不恰当或有矛盾，特别是燃烧煤种和设计煤种差别较大时，受热面布置会不匹配，锅炉负荷变化时导致循环灰各处温度变化从而影响安全运行，因此，也就限制了锅炉出力，带不上负荷。
1.3燃料的粒径分布不合理
循环流化床负荷的调整，从某种意义上来说就是对循环物料的调整即：煤，床料，返料量。锅炉点火后需要相对长的时间才能带满负荷，其根本原因就是锅炉点火后，炉内料层较薄，蓄热量小和炉内内衬材料的制约，是循环物料少，循环倍率低，物料难以建立有效地的循环。当循环物料达到一定的浓度，床温比较稳定时，锅炉内物料建立了正常的循环，燃烧效率就高，飞灰和炉底渣的可燃物就少，锅炉运行就越经济，负荷也就带得上去，这就要求我们控制入炉煤粒度。例如我厂的#3炉设计的入炉煤粒度为1～～8mm，但是我们厂的煤粒度，从排出的渣料来看，最大渣料粒度大约50mm。缔造电力行业最具权威的技术交流平台|热电|火电|核电|水电|标准|能源|节能9 k# ＼5 由于煤质得不到保证，煤中大颗粒和矸石含量多。床料粒度不均，大颗粒偏多，反映在燃烧上则表现为密相区床温高，锅炉达不到额定出力，由于大颗粒或煤粒不能被流化风扬析到更高的床层上燃烧，只能在中下部燃烧，炉膛上部燃烧的份额较小，从而导致密相区床温较高，炉膛上下部床温温差偏大，锅炉出力因床料粒度达不到要求而受到了限制。
1.4一次风使用不合理
由于入炉煤颗粒度太大，造成部分床料沉积，局部床温高，为了保证不会局部结焦，采用了增大一次风量的方法，但是这样会造成炉膛内部流化紊乱，打乱了正常的物料的内循环；并且将较大的颗粒带到了旋风分离器，造成返料器内部返料的颗粒度增大，在返料风压力不变的情况，使物料在返料器内沉积，使返料量减少，破坏了物料的外循环，最后有可能将返料器堵塞。而回料的减少更加剧了床温的不平衡。所以在燃劣质煤时应在保证流化的同时尽量减小一次风量，适当加大二次风量。
1.5给煤系统断煤频繁，达不到设计要求
我厂自#3炉投运以来，给煤系统堵煤、断煤频繁，远远没有达到设计要求，特别近段时间我厂煤质下降，进厂原煤湿度大，更加剧了给煤机断煤的频率。给煤机断煤，对负荷的影响就更大了。
1.6影响锅炉出力的其它原因
尾部烟道积灰严重，使导热系数降低，最终会降低锅炉负荷。电力联盟|热电|床压不合理，在燃用大颗粒劣质煤应该采用较高的床压，从而加大热容量。
现阶段针对我厂燃煤情况应该保持床温高限运行，增加入炉煤粒的爆裂程度。
2.锅炉达不到额定出力的解决途径
如何使锅炉达到满负荷运行，在这里笔者主要针对我厂已经投入生产运营的3#炉谈谈运行调整的问题。
2.1合理配风
在燃用劣质煤时，保证一次风流化的前提下，适当加大二次风份额。
2.2调整床压
在燃用劣质煤时，应该采用较高的床压，从而加大热容量。
2.3调整运行床温
在燃用劣质煤时，应该保持床温高限运行，流化床温度运行一般在750-830℃之间，尽量保持高限运行。增加入炉煤粒的爆裂程度。
综合以上分析，循环流化床锅炉在运行中有时达不到额定出力，主要原因有两方面，也就是设计制造方面的问题和运行调整方面的问题，设计制造方面的常见问题有分离器、受热面参数或燃烧份额的设计参数不合理，以及风机的选则不合理；运行调整方面的问题比较容易解决，改变燃料粒度分布或调整运行参数。这就要求我们专业技术人员在运行中找出可遵循的规律。认真分析研究后逐渐应用到实践当中。
【参考文献】
[1]赵宗峰.循环流化床锅炉运行技术[M].中国电力出版社，2007.6.
[2]朱全利.锅炉设备及系统[M].中国电力出版社，2006.
循环流化床锅炉特点及发展 篇12
循环流化床锅炉是近年来发展起来的一种新型锅炉, 这种锅炉以其特有的节能、环保的优势, 被广泛应用于电力、石油、化工以及垃圾处理等领域, 带来了巨大的经济、社会效益。
2 循环流化床燃烧技术简介
循环流化床锅炉与其他燃用固体燃料的锅炉最主要的区别是其燃料 (包括惰性炉料) 颗粒处于流态化的燃料反应与热交换的过程。以煤为例, 其颗粒度大小介于层燃炉块煤和粒煤与煤粉炉的煤粉之间 (一般为1~10mm) 。在气流的作用下, 气流的吹托力和颗粒在气流中的浮力之和大于或等于颗粒的重力时, 颗粒就可漂浮起来, 颗粒间的距离扩大, 并能在一定的高度范围内作一定程度的移动。随着气流速度的提高, 颗粒层高度增加, 颗粒运动加剧, 上下翻滚, 好象液体在沸点时的沸腾现象, 燃料在这种状态下燃烧称为流化燃烧。燃料颗粒在炉膛中, 质量密度较大的颗粒被气流带到一定高度, 因为力的平衡关系而悬浮在一定的空间区域内。由于流动结构因素, 颗粒间碰撞等而引起向四面八方运动, 形成横向或纵向翻滚返混。质量密度大的颗粒在炉膛下部 (密相区) 燃烧、分解与破碎, 形成小颗粒;质量较小的颗粒被气流托向炉膛上部 (稀相区) 继续燃烧。对于循环流化床来讲, 一般的流化速度较高, 小颗粒被吹起很多, 在稀相区产生很高的颗粒浓度, 以致于炉膛出口烟气物料浓度依然很高, 大量的细物料被带到炉膛出口, 而经分离器捕集后, 由回料装置送到炉膛。简要的说, 有大量的物料在炉膛→分离器→回料器→炉膛之间循环, 这就是循环流化床锅炉燃烧区域二相流的重要特征。
3 循环流化床锅炉的特点
3.1 燃料适应性广
循环流化床锅炉的炉膛中存在大量由固体颗粒构成的床料。这些炽热的固体颗粒可以是沙子、砾石、石灰石及煤灰。加入的燃料按质量分数计算只占床料总量的1%~3%。由于循环流化床是快速床, 不存在鼓泡床工况中出现的气泡, 炉膛内温度能均匀地保持在850℃左右, 加入炉膛中的燃料颗粒迅速加热到炉膛温度并着火燃烧, 因而循环流化床可以不需辅助燃料而燃用各种燃料, 具有极好的燃料适应性。
3.2 锅炉的效率高
由于该炉具有循环分离装置, 加之国内生产厂家对分离装置的不断改进和完善, 使得分离器的效率高达99%以上, 该炉型的锅炉热效率也达到了85%以上, 燃烧效率在98%以上。
3.3 锅炉负荷调节范围宽
由于炉内大量热床料的储备, 使流化床锅炉具有良好的负荷调节性能, 负荷调节幅度大, 在25%额定负荷下也能保持稳定燃烧。
3.4 污染物排放低
流化床锅炉低温燃烧的特点, 有效地抑制了SO2、NOx的生成, 而通过采用分级燃烧又可控制燃料型NOx的排放, 根据煤中的含硫量, 向流化床锅炉炉膛内投入适量的石灰石, 还可以达到90%左右的脱硫效率。所以, 流化床是一种经济有效的低污染煤燃烧技术, 这也是它在全世界受到重视并发展很快的最根本原因。
3.5 易于实现灰渣综合利用
循环流化床锅炉燃烧温度低, 灰渣一般不会软化和黏结、活性较好。另外, 炉内加入石灰石后, 灰渣的成分也有变化, 含有一定的Ca SO4和未反应的Ca O。循环流化床锅炉的灰渣可以作为水泥的掺和料或建筑材料, 同时低温烧透也有利于灰渣中稀有金属的提取[1]。
4 循环流化床锅炉的发展现状概述
4.1 国外循环流化床锅炉发展现状
目前国外虽然开发研制、生产循环流化床锅炉的公司、厂商较多, 但从设计结构特点上主要可分为几大流派:以鲁奇公司为代表的绝热旋风筒带有外置换热床的循环流化床锅炉技术;以美国FW公司为代表的带有Intrex的汽冷旋风分离循环流化床锅炉技术;以原芬兰Alhstrom公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床锅炉技术等。上世纪90年代中期, 又迅速崛起了由前Alhstrom公司开发出的冷却式方型分离紧凑式循环流化床锅炉技术。循环流化床锅炉从热电用小中型低参数容量发展到高参数大型电站锅炉。目前世界上在运行的最大容量循环流化床锅炉为美国佛罗里达300MW燃用石油焦的循环流化床锅炉。
另有近10台200~300MW循环流化床锅炉正在安装或制造。一般认为, 目前的技术水平制造600MW循环流化床锅炉是有把握的。当前全世界 (除中国外) 100MW以上循环流化床锅炉运行台数约60台。其中已经投产运行的40余台。这些循环流化床锅炉主要在欧美, 只有20%左右在亚洲。单台连续运行最高记录为13个月, 可用率达到98%。
4.2 国内循环流化床锅炉发展现状
我国能源以煤为主, 煤炭储量相对丰富, 但煤炭种类繁多, 品质差别较大, 其中相当一部分为高灰或高硫煤。煤炭的大量使用给环境带来了相当严重的污染, 发展高效、低污染的清洁燃煤技术是当今亟待解决的问题。综合比较各种清洁煤技术, 循环流化床燃煤技术是相对较为简单、污染控制成本较低、可以大规模推广并达到规模性减排的一项技术。同时, 由于循环流化床对煤质的适应性好, 适合我国煤炭供应变化大的实际情况, 因此循环流化床燃煤技术在我国快速发展起来[2]。
我国循环流化床锅炉在快速发展的同时, 也存在一些问题和隐患。我国目前大型循环流化床锅炉技术品种单一, 技术水平亟需提高。另外, 对大型循环流化床锅炉的应用范围的认识存在偏差。项目审批部门将循环流化床锅炉仅仅作为劣质燃料利用的手段, 使用劣质燃料存在的一些固有问题常常会被当成循环流化床锅炉自身的技术问题。事实上, 即使对于常规燃料, 循环流化床锅炉机组的造价也略低于煤粉炉加湿式脱硫的机组, 大大低于煤粉炉加湿式脱硫加脱销的机组[3]。
结语
世界工业迅速发展、人口增多, 由此引起化石燃料枯竭、燃料价格上涨和环境恶化问题日益暴露。循环流化床锅炉的发展趋势必然是向大型化、高蒸汽参数和增压循环流化床方向发展。目前国家有关部门已经注意到超临界循环流化床锅炉的必要性, 正在组织实施超临界循环流化床锅炉示范工程。但是超临界循环流化床锅炉需要解决的关键技术问题还很多。相比之下, 循环流化床燃烧技术成熟, 现行和运行成本都比较低, 在保证高效燃烧的甚而上能显著降低废弃物排放, 可以满足目前世界上最严格的环保标准。所以, 无论是新电厂还是旧厂改造, 循环流化床锅炉都是我国现阶段切实可行的技术选择。
循环流化床锅炉是一门比较年轻的技术, 它正在发展之中。引进国外的先进技术, 能使我们及时跟上国际上技术进步潮流, 缩短与发达国家的技术差距。在引进技术的基础上, 要加大科研开发的力度。只有在引进技术的基础上, 在消化吸收引进技术同时, 加大科研开发的力度, 并在某种程度上有所创新, 才能探索出适合我国技术发展条件和煤资源特点的循环流化床锅炉发展道路。
摘要：本文从结构和特点两方面对循环流化床锅炉进行了介绍, 阐述了循环流化床锅炉技术上的优势及国内外循环流化床锅炉的发展现状。最后分析了循环流化床锅炉存在的问题及发展趋势。
关键词：循环流化床锅炉,特点,发展
参考文献
[1]岑可法, 倪明江等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 1998.
[2]岳光溪.循环流化床燃煤技术在中国的快速发展.中国科技产业[M].
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