淺談75th循環(huán)流化床鍋爐能量系統(tǒng)優(yōu)化

1、摘要：流化床燃燒是一種新型的燃燒技術(shù)，它能夠燃燒其它燃燒方法不能燃燒的劣質(zhì)燃料，如奸石，油頁巖褐煤化工用焦渣，洗中煤等，并可減少二氧化硫和氮化物的生成，減少環(huán)境污染。 我國目前運(yùn)行的流化床鍋爐約有2600余臺，大部分是小型鍋爐，隨著流化床鍋爐的推廣，在設(shè)計和運(yùn)行中出現(xiàn)了不少問題。如沸騰層溫度偏低，沸騰層的懸浮段燃燒工況組織不佳，鍋爐熱效率差等等，還有灰渣排放損失問題。本文針對這些運(yùn)行中的問題，以某電廠運(yùn)行改造經(jīng)驗(yàn)為例，進(jìn)行簡要論述。關(guān)鍵詞：流化床 熱效率 燃燒 系統(tǒng) 優(yōu)化緒論：中國是能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。2009年，中國一次能源生產(chǎn)總量為20.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長9.5%。其中，原煤產(chǎn)量為2

2、1.9億噸，原油1.81億噸，天然氣500億立方米，水電4010億千瓦時。能源既是重要和必不可少的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會生活的物質(zhì)前提，又是環(huán)境污染的重要來源。在我國，由于煤炭在能源消費(fèi)中占很大比重，因此，煤煙型污染是我國生態(tài)環(huán)境破壞的首要因素。在我國大氣中，約87的SO2、60的總懸浮顆粒物、67的NOx和71的CO2均來自煤炭的燃燒。燃煤排放的大量SO2和NOx也是我國酸雨形成的主要原因。繼歐洲、北美之后，我國己成為世界上第三大酸雨區(qū)，每年我國由酸雨和SO2污染造成的農(nóng)作物、森林和人體健康等三方面的經(jīng)濟(jì)損失已超過1100億元，約占當(dāng)年全國國民生產(chǎn)總值的2%。面對新世紀(jì)，如何保持能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可

3、持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展是我國面臨的一個重大戰(zhàn)略問題。 根據(jù)地礦部門的普查和勘探，我國以煤為主要能源的格局將長期存在。在我國，目前發(fā)電行業(yè)的煤炭消耗所占比重約為50，至2030年，我國發(fā)電用煤量將達(dá)原煤產(chǎn)量的70左右。國家公布的統(tǒng)計資料顯示：2006年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)到23.8億噸，洗煤泥產(chǎn)量達(dá)7500萬t。煤炭工業(yè)技術(shù)委員會預(yù)計2010年、2020年，我國煤炭需求量將分別達(dá)到25億t、29億t。目前我國煤炭工業(yè)的煤矸石和煤泥等固體廢棄物綜合利用率、原煤入洗比重分別約為50、35，到“十一五”期末，煤矸石和煤泥等固體廢棄物綜合利用率、原煤入洗比重分別達(dá)70、50。采用CFB鍋爐技術(shù)燃用洗煤泥、煤矸石發(fā)電，符

4、合國家循環(huán)經(jīng)濟(jì)、清潔生產(chǎn)政策和煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展政策。與采用其它燃煤方式的鍋爐相比，循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、脫硫效果好、NOx排放量低、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種國際公認(rèn)的潔凈煤燃燒技術(shù)，已在電力行業(yè)獲得了一定比例的應(yīng)用，并正在向大型化電站鍋爐的方向發(fā)展。我國循環(huán)流化床鍋爐的裝機(jī)數(shù)量近3000 臺，裝機(jī)總?cè)萘拷?000 萬千瓦，其中100MWe 200MWe 循環(huán)流化床機(jī)組已投入運(yùn)行近百臺，300MW 循環(huán)流化床機(jī)組已投入運(yùn)行8臺，我國600MW 超臨界CFB 鍋爐研制項目進(jìn)展順利，我國已是世界上循環(huán)流化床鍋爐裝機(jī)數(shù)量最多、裝機(jī)容量最大的國家，已是名副其實(shí)的循環(huán)流化床鍋爐大國。

5、由于種種原因，目前我國CFB鍋爐的使用現(xiàn)狀還不很樂觀：在脫硫系統(tǒng)的熱效率、脫硫效率等方面還存在不少問題，離國際先進(jìn)水平有一定差距。如何針對各種存在的問題加以解決，值得研究和實(shí)踐。正文：循環(huán)流化床技術(shù)由于其煤種適應(yīng)性和在低成本污染物排放控制等優(yōu)點(diǎn)，已成為很有潛力的一種潔凈煤技術(shù)。中國早在上個世紀(jì)八十年代即已開始發(fā)展CFB鍋爐，至今CFB鍋爐應(yīng)用技術(shù)已逐步成熟。絕大多數(shù)小型CFB鍋爐(35130t/h)采用中國自己的技術(shù)，超過220t/h的CFB鍋爐則是引進(jìn)國外技術(shù)。一般認(rèn)為，CFB鍋爐具有很高的燃燒效率，但在中國，許多燃燒硬煤如煙煤和無煙煤以及廢棄物等的CFB鍋爐的實(shí)際飛灰含碳量很高，鍋爐熱效率

6、遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)測和設(shè)計值。高飛灰含碳量使得CFB鍋爐的市場競爭力下降。 另外，鍋爐飛灰可用作建筑材料，部分替代水泥或用于制造水泥，這是飛灰最具經(jīng)濟(jì)價值的應(yīng)用。飛灰含碳量過高將限制其在水泥和建筑行業(yè)的應(yīng)用。含碳量很高的飛灰曾被用作燃料來制磚。但是這種季節(jié)性的磚生產(chǎn)只能部分消化源源不斷地從CFB鍋爐中排出的高含碳飛灰，并且近年來磚生產(chǎn)迅速減縮并被新建材替代。另一方面，飛灰填埋成本也在上長。因此處理CFB鍋爐飛灰的最好辦法是提高鍋爐熱效率、減少含碳量，使得建筑和水泥工業(yè)能夠接受，這一問題儼然成為小電廠亟待解決的一個棘手問題。本文將針對如何提高鍋爐效率，降低鍋爐飛灰含碳量提出一些建議。循環(huán)流化床鍋爐是在常

7、規(guī)流化床鍋爐的基礎(chǔ)上加上飛灰循環(huán)燃燒而發(fā)展起來的。因此要了解什么是循環(huán)流化床鍋爐必須先了解什么是流化床鍋爐，從固體粒子流態(tài)化過程來看，從固定床（煤粒在爐蓖上靜止不動，即層燃爐）開始，隨著風(fēng)量的增加，即空筒流速（通常叫表觀流速或流化速度）的增加細(xì)粒在煤層表面流化，是為細(xì)粒流態(tài)化爐蓖上開始產(chǎn)生氣包，是稱鼓泡流態(tài)化（即常規(guī)流化床，又名鼓泡流化床或沸騰床，此時的沸騰床有明顯的上界面）湍流流態(tài)化（湍流流化床，此時氣泡變細(xì)狹窄狀，波動振幅增大，上界面已不甚清楚）快速流態(tài)化（高速流化床，此時的流化床內(nèi)已無氣泡，也無上界面，顆粒聚合成絮團(tuán)狀粒子束，粒子束不斷形成與解體，形成強(qiáng)烈的固體返混，此時煤粒與氣流的相對

8、速度達(dá)最大，因此大大強(qiáng)化了燃燒與傳熱）氣力輸送（即煤粉燃燒，此時煤粉與氣流間的相對速度近于零，即已無相對速度）。     經(jīng)典的循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)為高速流化床工況，故嚴(yán)格而言，循環(huán)流化床鍋爐不僅是在爐膛出口處加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒而已，而是其爐內(nèi)流態(tài)化工況應(yīng)屬于高速流化床工況，但實(shí)際存在的循環(huán)流化床其下部濃相區(qū)為鼓泡流化床或湍流床，上部稀相區(qū)為高速流化床。但國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)目的流化床鍋爐僅是在鼓泡流化床爐膛出口加一個分離器收集部分飛灰返回爐膛燃燒（即其上部稀相區(qū)未達(dá)高速流化床工況），現(xiàn)也稱為循環(huán)床。 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)：1、循環(huán)流化床鍋

9、爐優(yōu)點(diǎn)： 1.1、燃料適應(yīng)性廣幾乎可燃用各種優(yōu)、劣質(zhì)燃料。如優(yōu)、劣質(zhì)煙煤（包括高硫煤），無煙煤，泥煤，煤泥，矸石，爐渣，油焦，焦炭，生活垃圾，生物質(zhì)廢物等等。1.2、燃燒效率高對無煙煤可達(dá)97，對其他煤可達(dá)9899.5，可與煤粉燃燒相競爭。1.3、環(huán)保性能好、爐內(nèi)可直接加石灰石脫硫，本錢低，脫硫效率高，當(dāng)Ca/S比為1.52.5時，脫硫效率可達(dá)8590，石灰石循環(huán)利用，其利用率比常規(guī)流化床進(jìn)步近一倍。、分段送風(fēng)，低溫燃燒，NOx排放量低(120ppm)，即為煤粉爐排放量的1/31/4。1.4、燃燒強(qiáng)度高，床面積小，給煤點(diǎn)少，利于大型化。1.5、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大（11025），調(diào)節(jié)速度可快，利于調(diào)

10、峰。也可壓火。1.6、燃料僅需破碎到10mm以下，無需磨煤制粉系統(tǒng)。1.7、灰渣可綜合利用，減少環(huán)境污染。因其低溫燃燒，灰渣可保持活性，可制作水泥，提煉稀有金屬（硒、鍺）等。2、循環(huán)流化床鍋爐缺點(diǎn)： 2.1、高循環(huán)倍率流化床鍋爐的爐膛高大，初投資大。2.2、分離循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜，自身電耗大。2.3、循環(huán)灰濃度大，受熱面磨損大等。     我國在上世紀(jì)80年代初開始研究開發(fā)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，與西方國家不同，原我國發(fā)展循環(huán)流化床鍋爐的主要目的是解決劣質(zhì)煤的應(yīng)用題目。近年來，我國環(huán)保要求日益嚴(yán)格，再加上煤價上漲，煤質(zhì)變化大，大量中、小型（130t/h以下）層燃爐與煤粉爐要

11、求進(jìn)行技術(shù)改造等原因，大大地促進(jìn)了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展。循環(huán)流化床鍋爐已成為目前產(chǎn)業(yè)鍋爐、中、小型熱電廠及大型電站的優(yōu)選技術(shù)之一。     上世紀(jì)80年代以來，我國循環(huán)流化床鍋爐數(shù)目和單臺容量逐漸增加，幾乎D級以上的鍋爐廠無一不在生產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐。容量從4、6、8、10、12、15、20、25、30、35、50、65、75、90、130、220、400、410到670噸/時。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)有2600余臺35670噸/時循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行、安裝、制造或訂貨。均勻單臺爐容量從37.40噸/時上升到106.80噸/時，蒸汽參數(shù)從低壓、次中壓、中壓、高壓到超高壓

12、。有關(guān)研究機(jī)關(guān)和高校正在研制、開發(fā)超臨界參數(shù)的600800MW的循環(huán)流化床鍋爐，來滿足我國大型電站的迫切需求。     已投入運(yùn)行的2600余臺循環(huán)流化床鍋爐，其中大于410噸/時的100余臺，無論總?cè)萘炕蚺_數(shù)均已超過了除我國以外的全世界循環(huán)流化床鍋爐的總和。     但是，目前的循環(huán)流化床鍋爐派系林立，種類繁多，熱效率參差不齊，高的達(dá)到8890，低的不到65，飛灰含碳量高的40以上，低的不到5，穩(wěn)定運(yùn)行周期不確定，有的能連續(xù)運(yùn)行3000小時以上，有的不到200小時，送風(fēng)機(jī)的電耗，高的達(dá)到12kWH/噸汽，低的不足6kWH/噸汽，有的

13、廠家新上或改造為循環(huán)流化床鍋爐后，給企業(yè)帶到了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，有的企業(yè)新上或改造循環(huán)流化床鍋爐后帶來了災(zāi)難性的損失分析原因，主要有以下幾個方面： 1、熱效率問題：    進(jìn)步的循環(huán)流化床鍋爐熱效率必須滿足三大基本條件：一是有足夠的有效容積，二是分離效率，三是分離返料溫度。 1.1、有效容積：有效容積是爐膛邊界范圍以內(nèi)燃料燃燒及有效輻射傳熱的空間容積。    布風(fēng)板小孔中心線至爐膛出口中心線的容積為爐膛容積，爐膛容積與煙氣在爐膛內(nèi)的停留時間有一定的關(guān)系，假如1噸蒸汽爐膛容積為1m3，則對應(yīng)的煙氣停留時間約為0.7s。  

14、60;  對于煙煤來說，850以上的爐膛容積為有效容積，對于無煙煤來說，930以上的容積為有效容積。要想進(jìn)步鍋爐效率，對于煙煤來說，有效容積要大于5.5m3/噸汽以上，對于無煙煤來說，有效容積要大于6m3/噸汽以上。     各類型的循環(huán)流化床鍋爐，煙氣在爐內(nèi)的停留時間不一樣，有的不到2秒，有的5秒以上，換句話說，爐內(nèi)的有效容積（即燃用煙煤850以上的容積，燃用無煙煤930以上的容積）有的不足3m3/噸汽，有的高達(dá)5.5m3/噸汽以上，固然有的容積高達(dá)5 m3/噸汽以上，但爐內(nèi)溫度偏低，有效容積太小，有部分鍋爐的過熱器為屏式的，占用了大部分容積，且爐膛溫

15、度過高，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度超溫，為保證過熱器溫度，不得不犧牲爐膛有效容積。另外，由于小于0.1mm的煤粒，相當(dāng)部分分離器無法捕捉下來，只有靠一次性在爐內(nèi)燃燼，而爐膛有效容積太小，細(xì)灰在爐內(nèi)難以燃燼，導(dǎo)致熱效率低，飛灰含碳量高。爐膛有效容積除設(shè)計原因外，燃用煤種也可以導(dǎo)致有效容積的變化，當(dāng)<1mm的煤粒增多時，懸浮段溫度過高，密相區(qū)的溫度偏低，當(dāng)<1mm的煤粒過少時，懸浮段溫度偏低，也導(dǎo)致爐膛有效容積減少。對于高速床而言，爐內(nèi)溫度主要靠循環(huán)量來調(diào)節(jié)，因此，煤的顆粒變化對高速床影響較小，對低速床影響較大。 1.2、分離器的位置及分離效率：    高溫分離器分

16、離下來的飛灰直接進(jìn)進(jìn)爐膛，易著火燃燼，但高溫分離器材質(zhì)要求高，中溫分離器材質(zhì)易解決，但對燃燼不利。分離器的效率也直接影響了熱效率。分離器的效率高，但阻力大，電耗高。如何平衡考慮，也是循環(huán)流化床的一個設(shè)計題目。慣性分離器如平面流、百葉窗、槽型分離器，結(jié)構(gòu)簡單阻力小，但一般來說分離效率不到40%，離心分離器如旋風(fēng)上排氣，旋風(fēng)下排氣，旋風(fēng)多管分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力大，一般為8001000Pa，但分離效率都在95%以上。 1.3、飛灰燃燼問題：    碳的燃燼必須具備三個條件：充分的氧進(jìn)行反應(yīng)、溫度和停留時間。固然有了足夠的有效容積，延長了停留時間，有相應(yīng)的溫度，但在飛灰燃

17、燼過程中，由于碳粒子四周形成了一定的灰殼，外面的氧很難與碳粒子接觸發(fā)生反應(yīng)，同樣使得難以燃燼，因此，在有效容積的范圍內(nèi)，必須有氣流擾動，打破其灰殼，才能使得碳與氧發(fā)生良好的反應(yīng)，如具有旋風(fēng)高溫分離的流化床，由于氣流的旋轉(zhuǎn)，切向運(yùn)動切割，打破了灰殼，碳粒子能很好的與氧接觸發(fā)生反應(yīng)，所以飛灰含碳量低。在有效容積范圍內(nèi)，沒有氣流擾動的，盡管有足夠的溫度與時間，飛灰含碳量也難以下降到極限。 2、負(fù)荷問題：鍋爐負(fù)荷就是指單位時間產(chǎn)生蒸汽的能力.比如用鍋爐蒸汽來驅(qū)動汽輪機(jī),汽輪機(jī)用來對外做功.這樣實(shí)際上就是鍋爐在做功,單位時間做功越多則說明鍋爐負(fù)荷大,反之則小。    低速床

18、的埋管受熱量的吸熱量占了整個蒸發(fā)吸熱量的40%，所以，帶埋管的低速床只要各參數(shù)如爐膛各截面的溫度達(dá)到設(shè)計要求，負(fù)荷一般都能保證，并具有一定的超負(fù)荷能力。     對于高速床而言，由于整個蒸發(fā)受熱面，主要靠爐內(nèi)輻射，它的傳熱系數(shù)一是靠爐內(nèi)的溫度，二是靠飛灰的濃度，溫度高，傳熱系數(shù)大，負(fù)荷高。假如燃用低熱值的燃料（發(fā)熱量在2000大卡/公斤以下）時，為了維持高溫，必須覆蓋一部分受熱面。這樣，固然進(jìn)步了傳熱系數(shù)，但減少受熱面，爐膛必須有相當(dāng)大的空間，否則難以達(dá)到滿負(fù)荷?，F(xiàn)也有人在爐膛出口增設(shè)對流管，來增加受熱面，達(dá)到滿負(fù)荷的目的，這也是一個可取的辦法。另一方面，假如煤的

19、灰分在20%以下時，發(fā)熱量高，但由于灰量少，循環(huán)量少，也直接影響了傳熱系數(shù)，使之負(fù)荷下降。 3、磨損問題：    高速床固然沒有嚴(yán)格的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，但下面顆粒粗、飛灰濃度大、流化速度高、循環(huán)倍率高，磨損嚴(yán)重。低速床有明顯的稀相區(qū)與密相區(qū)之分，密相區(qū)的磨損比稀相區(qū)嚴(yán)重?？偟膩碚f，高速床磨損比低速床明顯嚴(yán)重。     高速床沒有埋管，不存在埋管磨損，但水冷壁管磨損嚴(yán)重。     低速床有埋管，但只要控制好穿過埋管的煙氣流速，并采取有效的防磨措施，就可以保證其壽命達(dá)到4年以上。  &#

20、160; 過熱器、省煤器主要靠公道選擇煙氣流速，如煙氣流速選擇適當(dāng)，過熱器壽命可大于10年，省煤器壽命可大于5年。分離器在過熱器之前，過熱器磨損較輕，否則，磨損加劇。另一方面，要特別留意煙氣偏流題目，即使煙氣流速選擇合適，但由于煙氣偏流，造成局部流速過高，也同樣會影響過熱器、省煤器的壽命。 下面就針對循環(huán)流化床鍋爐的以上問題進(jìn)行研究，如何有效提高鍋爐效率：1、提高熱效率措施：1.1、提高鍋爐有效容積：將鍋爐后墻后移，采用高低混合流速結(jié)構(gòu)，增大爐膛的容積，爐內(nèi)受熱面通過衛(wèi)燃帶調(diào)節(jié)，使各部位的溫差控制在50度以內(nèi)，整個爐膛溫度都在900以上，整個容積都是有效容積，總有效容積可以達(dá)到435m3，噸氣

21、有效容積5.8m3，按900計算，煙氣停留時間進(jìn)步到4.1s，使分離器不能分離的粒徑小于80m煤粉顆粒通過爐膛時一次性燃燒完全，有效降低了飛灰的含碳量。1.2、提高分離器的分離效率和分離返料溫度：、旋風(fēng)分離器工作原理及飛灰分離特性： 圖1-1 旋風(fēng)分離器工作原理 圖1-2旋風(fēng)分離器飛灰分離特性圖1-1及圖1-2示意了常規(guī)旋風(fēng)分離器及其工作原理。含固體顆粒的氣體切向進(jìn)入分離器，受筒壁結(jié)構(gòu)的影響，含塵氣體被迫在排氣管和分離器外壁之間的同心環(huán)柱體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在旋轉(zhuǎn)過程中，離心力將固體顆粒甩向分離器內(nèi)壁面，在氣流和重力共同作用下下落，由分離器下部的排灰管收集。絕大部分氣體則在旋轉(zhuǎn)的同時沿分離器外壁螺

22、旋向下運(yùn)動，在分離器下部的錐段，氣體帶著少量顆粒進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域，改為旋轉(zhuǎn)向上的運(yùn)動，由排氣管排出。旋風(fēng)分離效率的變化將對爐膛床料粒度、底渣粒度、燃料停留時間、飛灰和底渣排出比例以及對整個鍋爐的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。因煤泥在燃燒過程中產(chǎn)生的飛灰較細(xì)，如需要提高循環(huán)倍率、降低飛灰含碳量，必須對旋風(fēng)分離器進(jìn)行優(yōu)化，以提高小顆粒飛灰的分離效率，增加燃燒在爐內(nèi)的停留時間；同時，因爐內(nèi)顆粒濃度增加，傳熱系數(shù)增大，提高鍋爐的熱效率。以某電廠旋風(fēng)分離器改造為例，旋風(fēng)分離器改造目的是，改善該公司3臺以煤泥為原料的75t/h循環(huán)流化床鍋爐，投運(yùn)以來存在燃燒不充分、鍋爐效率偏低、飛灰含碳量高等問題。、優(yōu)化及提高分離效率有以

23、下幾種途徑：.1、提高氣體進(jìn)口風(fēng)速氣體進(jìn)口風(fēng)速越高，分離效率越高，但運(yùn)行阻力也越大。一般氣體進(jìn)口風(fēng)速為15-25m/s，最高不超過35m/s。.2、調(diào)整氣體進(jìn)口高寬比氣體進(jìn)口風(fēng)速一定時，氣體進(jìn)口高寬比增加，分離效率會增加。一般氣體進(jìn)口高度/氣體進(jìn)口寬度取2-3。.3、進(jìn)氣方式調(diào)整為蝸殼式氣體進(jìn)口形式主要有切向和蝸殼兩種。切向進(jìn)口簡單；蝸殼進(jìn)口結(jié)構(gòu)上復(fù)雜一些，但有助于提高分離效率和減小阻力損失。.4、調(diào)整中心筒的長度、直徑中心筒直徑越小，分離效率越高，但運(yùn)行阻力也越大。中心筒插入深度過短過長都不利于分離。中心筒尺寸的選擇需要根據(jù)飛灰的粒徑分布及分離器的設(shè)計尺寸進(jìn)行計算，以優(yōu)化分離效率。.5、偏置

24、中心筒 根據(jù)濃相流場流動特性，將中心筒偏移中心位置，致使煙氣中的顆粒濃度降低，提高分離器的分離效率。1.2.3、某電廠改造后的效果對比：表1-1 鍋爐燃燒系統(tǒng)改造前、后能耗指標(biāo)情況時間段項目項目實(shí)施前2007年項目實(shí)施后2009年矸石消耗量（t）146764.00162521.00煤泥消耗量（t）99760.0095516.00臟雜煤消耗量（t）33178.00折標(biāo)總量（t）109269.2296706.20發(fā)電量（萬kWh）25718.1025140.92發(fā)電標(biāo)煤耗（g/kWh）424.87384.66產(chǎn)汽量（t）1038228.341029690.50鍋爐熱效率（%）81.389.8通過對

25、分離器進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，分離器阻力降為400Pa700Pa，分離效率高達(dá)99%以上，分離溫度高達(dá)950以上。旋轉(zhuǎn)煙氣的擾動打破了灰包碳結(jié)構(gòu)，煙氣與循環(huán)灰強(qiáng)烈的混合使分離內(nèi)燃燒在較低氧濃度的情況下也十分強(qiáng)烈，促進(jìn)飛灰的燃盡，降低飛灰的含碳量。又是高溫返料，返料溫度高達(dá)850950，有利于飛灰燃燼。循環(huán)倍率為5-7，熱效率高達(dá)90%以上，飛灰含碳量可降至5%以下。 2、改善負(fù)荷的措施：2.1、采用高低混合流速循環(huán)流化床技術(shù)，下部布置埋管，埋管的吸熱量是整個蒸發(fā)吸熱量的40%以上，所以在燃用低熱值燃料時，也可使鍋爐的出力能夠達(dá)到滿負(fù)荷，并有一定的超負(fù)荷能力。在進(jìn)爐煤低位發(fā)熱量比設(shè)計煤種低位發(fā)熱量下降50

26、0Kcal/kg，上浮1500Kcal/kg的范圍內(nèi)，都可以保證鍋爐滿負(fù)荷經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行,各參數(shù)符合運(yùn)行要求，并保證有10%以上的超負(fù)荷能力。2.2、采用底飼回燃技術(shù)：、底飼回燃技術(shù)特點(diǎn)和工作原理：圖1-3 底飼回燃工作原理如圖1-3所示，它由1底飼噴嘴、2耐磨彎頭、3疏堵裝置、4飛灰分離裝置、5飛灰給料裝置、6輸送氣源和7噴射裝置等組成一套穩(wěn)定、可靠、易于調(diào)節(jié)的飛灰氣力輸送系統(tǒng)。和通常采用的將分離飛灰在床面送回爐內(nèi)（即所謂“面飼回燃”）不同，“面飼回燃”將分離器分離灰送回爐內(nèi)循環(huán)多次，雖然表面燃盡情況尚可，但內(nèi)部仍有未燃的黑芯顆粒物，即使一定的循環(huán)倍率，效果也受限。有的將溫度較低的尾部除塵器飛

27、灰，經(jīng)氣力輸送從二次風(fēng)口返回爐內(nèi)很快進(jìn)入稀相區(qū)。由于顆粒粒徑小，與氣流間的相對滑移速度低，氣固間傳熱速率小，顆粒升溫慢。當(dāng)溫度快要升高到固定碳開始燃燒時，顆粒也差不多要飛離爐膛了，因而飛灰循環(huán)出現(xiàn)了所謂“走過場”的現(xiàn)象。在底飼回燃系統(tǒng)中，分離飛灰由飛灰給料裝置控制流量，靠噴射器噴射，經(jīng)氣力輸送管路、穿過風(fēng)室和布風(fēng)板，從位于密相床層底部的底飼噴嘴送入床內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)燃燒。飛灰分離裝置可以是位于爐膛出口的高溫分離器，也可以是中溫分離器，還可以是鍋爐尾部的除塵器（靜電式或機(jī)械式等），其作用是將含碳量較高的飛灰顆粒高效分離下來。飛灰給料裝置起控制回燃飛灰流量的作用，對高溫或中溫飛灰采用非機(jī)械式的氣控閥較

28、好，而對尾部除塵器飛灰則常用電動鎖氣器或螺旋給料機(jī)。底飼噴嘴是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部件，它所處的工作環(huán)境十分惡劣，外側(cè)受到高溫固體床料顆粒的劇烈沖刷和磨蝕，內(nèi)部則承受著高速含灰氣固兩相流的沖蝕和磨蝕，而在鍋爐啟動階段或飛灰底飼回燃系統(tǒng)不投運(yùn)時，底飼噴嘴完全處于干燒狀態(tài)，因此必須選用耐高溫、抗氧化和耐磨蝕的優(yōu)質(zhì)材料制成。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，已找到滿足上述要求、性能優(yōu)越而價格合理的底飼噴嘴材料，使用壽命可保證在35年。氣力輸送管道上的彎頭既要耐磨，阻力也要盡量小。設(shè)計時除了要選擇合適材料外，結(jié)構(gòu)必須合理。而底飼噴嘴下面耐磨彎頭下方的疏堵裝置則是在底飼回燃系統(tǒng)停運(yùn)的條件下，疏通開底飼噴嘴下被爐渣堵塞的垂

29、直輸灰管路，實(shí)現(xiàn)底飼回燃系統(tǒng)全天候投運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)備。循環(huán)流化床鍋爐采用底飼/密相區(qū)回燃技術(shù)正是為流化床燃燒室獲得理想的燃燒效果提供了燃燒理論必須遵循的“3T” 條件，即Temperature（高的溫度）、Time（長的停留時間）和Turbulence（強(qiáng)烈的擾動）。不管回燃的飛灰溫度高低，飛灰通過底飼噴嘴進(jìn)入密相床層底部后與大量熾熱的床料顆?；旌?，進(jìn)行強(qiáng)烈的傳熱傳質(zhì)，迅速升溫而開始燃燒。這就克服了通過面飼方式回燃的飛灰顆粒入爐后進(jìn)入稀相區(qū)，因氣固間滑移速度低、傳熱速率小、升溫緩慢，在還沒來得及升到足夠的燃燒溫度就飛出爐膛（即飛灰回燃出現(xiàn)走過場）的問題。同時，在密相區(qū)燃燒的回燃顆粒進(jìn)入溫度相對較低

30、的稀相區(qū)后，仍能保持高溫以利于繼續(xù)燃盡。圖2示出底飼回燃與面飼循環(huán)燃燒效率隨循環(huán)倍率的變化規(guī)律，東南大學(xué)熱能工程研究所的系統(tǒng)性研究結(jié)果表明，即使在實(shí)驗(yàn)室裝置燃燒室高度和密相區(qū)高度比實(shí)際工業(yè)循環(huán)流化床低很多、在較低循環(huán)倍率下，飛灰底飼回燃方式下飛灰含碳量比面飼回燃方式下有了大幅度降低，底飼循環(huán)的燃燒效率比面飼循環(huán)高約5%，其優(yōu)越性非常清晰地體現(xiàn)了出來。循環(huán)流化床密相區(qū)內(nèi)通常處于鼓泡流化床或湍動流化床狀態(tài)，底飼回燃入爐的飛灰顆粒與床內(nèi)大量床料顆粒一起劇烈翻滾、摩擦，就可將飛灰顆粒外層的灰殼磨掉，使其露出里面的黑芯，有利于燃盡。底飼回燃飛灰顆粒從密相層底部入爐，增加了其在密相層為時可觀的停留時間，從

31、而延長了在爐內(nèi)總的停留時間，對飛灰燃盡十分重要。底飼回燃的飛灰顆粒從風(fēng)帽區(qū)域入爐，正是大量一次風(fēng)進(jìn)入床內(nèi)的地方，氧濃度高，對提高飛灰中殘?zhí)嫉娜紵俾适钟欣?。飛灰底飼回燃技術(shù)對減輕受熱面磨損有其特殊的優(yōu)越性。如前所述，CFB鍋爐采用飛灰底飼回燃技術(shù)后飛灰返回爐內(nèi)循環(huán)一次對提高飛灰殘?zhí)既急M度作用非常顯著，因此，要獲得同樣的燃盡效果底飼回燃所需的循環(huán)量、也即循環(huán)倍率要比常規(guī)面飼循環(huán)低得多。而受熱面的磨損與煙氣中飛灰濃度成正比，底飼回燃所需的低循環(huán)倍率無疑對減輕受熱面磨損是十分有利的。尾部電除塵器飛灰回燃時，對除塵效果影響小。綜上所述，底飼回燃飛灰顆粒被送回密相層底部后與大量熾熱的床料混合，進(jìn)行強(qiáng)烈

32、的傳熱傳質(zhì)，迅速升溫燃燒，表面灰殼被磨掉后露出新鮮的黑芯，在高溫和高氧濃度條件下，以高燃燒速率燃燒，在床內(nèi)較長停留時間內(nèi)，獲得高燃盡度。正在燃燒著的飛灰顆粒進(jìn)入稀相區(qū)后仍保持高的溫度，在稀相區(qū)停留期間進(jìn)一步燃盡，循環(huán)一次即可獲得很高的燃盡度，這是常規(guī)面飼回燃所無法相比的，對于低溫或中溫飛灰采用兩種回燃方式的差別尤其明顯。因此，采用飛灰底飼回燃方式，即使在中低循環(huán)倍率下也可獲得理想的燃盡效果。3、鍋爐磨損改善：循環(huán)流化床鍋爐的受熱面和耐火材料受到大量固體物料的不斷沖刷。在表1-2中給出了各種鍋爐典型的固體物料濃度和煙速的范圍，從表中的數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)流化床鍋爐由于其特定的燃燒方式，爐內(nèi)的固體物

33、料濃度為煤粉爐的幾十倍到上百倍。在實(shí)際運(yùn)行方面美國紐克拉（Nucla）電廠的75 t/h循環(huán)流化床鍋爐，對其服役期內(nèi)12年（共運(yùn)行15 700 h）的事故率匯總(見表1-3)進(jìn)行分析，可以看出由于磨損（受熱面、耐火材料、風(fēng)帽等）造成的事故接近事故停爐總數(shù)的50%。在國內(nèi)已投運(yùn)的一些循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損爆管事故也時有發(fā)生。因此循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施正確與否，直接影響循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的可用率。根據(jù)調(diào)研資料，綜述了循環(huán)流化床鍋爐主要磨損部件及相應(yīng)的防磨措施。表1-2 各種鍋爐的典型固體物料濃度及煙速鍋爐區(qū)域固體物料濃度 (kg/m3)煙氣流速 (m/s)循環(huán)流化床燃燒室密相區(qū) 1001000

34、 4.57 循環(huán)流化床燃料室稀相區(qū) 550 4.57 循環(huán)流化床對對流煙道 <4 1216 鼓泡流化床密相區(qū) 2001000 13.5 煤粉爐對流煙道 <2 2025 燃?xì)鉅t對流煙道 0 30以上 表1-3 75 t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行事故率統(tǒng)計事故位置 耐火材料層灰渣系統(tǒng) 給水泵風(fēng)帽石灰石系統(tǒng)受熱面管 風(fēng)機(jī)控制事故率(%) 15.08.210.73.92.427.910.61.1根據(jù)調(diào)研資料，總結(jié)循環(huán)流化床鍋爐主要磨損部件及相應(yīng)的防磨措施有：3.1、主要磨損的金屬部件：3.1.1、布風(fēng)裝置循環(huán)流化床鍋爐布風(fēng)裝置的磨損主要是風(fēng)帽的磨損，其中風(fēng)帽磨損最嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)生在循環(huán)物料回料口

35、附近。其原因主要是由于較高顆粒濃度的循環(huán)物料以較大的平行于布風(fēng)板的速度分量沖刷風(fēng)帽。3.1.2、爐膛水冷壁管爐內(nèi)水冷壁管的磨損主要集中在以下三個區(qū)域：爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域管壁的磨損；爐膛四個角落區(qū)域的管壁磨損；不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損。爐膛下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域管壁的磨損原因一是在過渡區(qū)域內(nèi)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運(yùn)動的固體物料運(yùn)動方向相反，而在局部產(chǎn)生渦旋流；另一個原因是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，因而對水冷壁管產(chǎn)生沖刷。爐膛四個角落區(qū)域的管壁磨損原因是角落區(qū)域內(nèi)壁面向下流動的固體物料濃度比較高，同時流動狀態(tài)也受到破壞。不規(guī)則區(qū)域管壁（如穿墻

36、管、爐墻開孔處的彎管等）的磨損原因主要是不規(guī)則管壁對局部的流動特性造成的較大擾動。3.1.3、爐內(nèi)受熱面的磨損爐膛內(nèi)屏式過熱器、水平過熱器管屏的磨損機(jī)理與爐內(nèi)水冷壁管的磨損機(jī)理相似，主要取決于受熱面的具體結(jié)構(gòu)和固體物料的流動特性。3.1.4、對流煙道受熱面的磨損對流煙道受熱面的磨損主要發(fā)生在省煤器兩端和空氣預(yù)熱器進(jìn)口處，產(chǎn)生磨損的主要原因是設(shè)計上考慮不周，安裝時出現(xiàn)誤差；另一個原因是受熱面材質(zhì)不好。3.2 主要磨損的非金屬耐火材料：、水冷壁布風(fēng)板；、燃燒室下部四周水冷壁表面；、燃燒室內(nèi)布置的水冷屏、過熱器屏等下端表面及其穿墻處周圍的水冷壁表面；、3.2.4、燃燒室出口周圍及出煙口流道內(nèi)表面；、

37、分離器整個內(nèi)表面；、料腿及回料裝置內(nèi)表面；、分離器出口煙道內(nèi)表面；、尾部對流煙道入口內(nèi)表面。循環(huán)流化床鍋爐耐火材料破壞的主要原因和機(jī)理一方面是由于溫度循環(huán)波動和熱沖擊以及機(jī)械應(yīng)力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落；另一方面是由于固體物料對耐火材料的沖刷而造成耐火材料的破壞。3.2、防磨措施：3.2.1、主要磨損金屬部件的防磨措施：3.2.1.1、金屬防磨蓋板防磨蓋板是鍋爐傳統(tǒng)防磨措施之一，主要用于尾部煙道對流受熱面，防磨材料根據(jù)防磨位置煙氣溫度選取，一般采用1Cr18Ni9Ti和20g兩種材料，板厚為2mm。3.2.1.2、防磨堆焊在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使被防母材具有較高的

38、抗磨損性能，主要用于非金屬耐磨耐火材料與非保護(hù)區(qū)之間的過度處的防磨，如水冷壁下部、過熱器、風(fēng)帽、高溫再熱器等部位。.3、防磨噴涂：金屬熱噴涂分為火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂和爆炸噴涂等四大類。等離子噴涂和爆炸噴涂不適于發(fā)電廠鍋爐的現(xiàn)場操作；火焰噴涂可以在發(fā)電廠現(xiàn)場操作，但火焰噴涂速度慢、工期長，被噴涂的部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中和變形的現(xiàn)象；電弧噴涂技術(shù)能很好地適應(yīng)發(fā)電廠鍋爐現(xiàn)場大面積應(yīng)用的各種條件，而且超音速電弧噴涂設(shè)備的誕生，大大提高了涂層的性能。采用超音速電弧噴涂技術(shù)來增加防磨層，噴涂厚度0.4 mm，采用耐高溫專用封孔劑進(jìn)行封孔。其特點(diǎn)是要求噴涂表面平整、光潔、致密、不起塵和不鼓包，母材不變

39、形，涂層厚度均勻，噴涂層采用耐高溫材料，噴涂時間短。從節(jié)省時間的角度看，采用噴射涂層比采用加防磨板更有優(yōu)越性。.3.1、超音速電弧噴涂原理 超音速電弧噴涂技術(shù)是通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)最新開發(fā)的絲材型防腐耐磨涂層新技術(shù)，被美國、日本等發(fā)達(dá)國家列為21世紀(jì)的表面工程關(guān)鍵技術(shù)。該噴涂技術(shù)采用燃燒于絲材端部的電弧將均勻送進(jìn)的絲材熔化，經(jīng)拉伐爾噴嘴加速后的超音速氣流將熔化的絲材霧化為粒度細(xì)小、分布均勻的粒子，噴向工件形成涂層。熔化粒子與基材主要以機(jī)械、物理和冶金等方式結(jié)合。.3.2、超音速電弧噴涂特點(diǎn)：超音速電弧噴涂技術(shù)與國內(nèi)一般電弧噴涂技術(shù)和火焰噴涂技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：.3.2.1、粒子飛行速度高。

40、由于采用了拉伐爾噴嘴加速技術(shù)，熔化的粒子飛行速度達(dá)到超音速，為386 m/s，而普通電弧噴涂和火焰噴涂的粒子飛行速度都為100 m/s左右。.3.2.2、結(jié)合強(qiáng)度高。熔化粒子與基材主要以機(jī)械、物理和冶金等方式結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)67 MPa以上，普通電弧噴涂和火焰噴涂的結(jié)合強(qiáng)度分別為2040 MPa和10 MPa。.3.2.3、孔隙率低。超音速電弧噴涂的構(gòu)件孔隙率不大于0.9%，普通電弧噴涂和火焰噴涂的噴涂層孔隙率分別為10%和小于5%。.3.2.4、涂層均勻度高，致密性好，且噴涂工件不變形。3.2.2、主要磨損非金屬耐火材料的防磨措施3.2.2.1、水冷壁襯里水冷壁襯里是用焊在管子表面上的金

41、屬銷釘將致密的耐磨耐火材料固定在煙氣側(cè)的鍋爐管件上。3.2.2.2、非水冷壁薄襯里一般來說非水冷壁薄襯里是用按一定規(guī)律布置的“Y”型抓釘來把耐磨澆注料固定在保溫澆注料層外，抓釘上要涂1mm厚瀝青解決金屬抓釘與耐磨澆注料之間的溫脹差異。此種襯里適用于表面復(fù)雜的部位及設(shè)備頂面。3.2.2.3、非水冷壁厚襯里非水冷壁厚襯里主要是把耐磨磚固定在保溫磚或保溫澆注料的外側(cè)。隨著我國電力行業(yè)改革的不斷深入，“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”的運(yùn)行機(jī)制已成為必然。對各電廠而言，保障機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，努力降低發(fā)電成本，是參與競爭的必由之路。在系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)一定時，機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性主要取決于鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性主要取決于鍋爐的燃燒效率。在火電發(fā)電成本中，燃料費(fèi)用一般要占70%以上，因此，提高鍋爐燃燒效率對機(jī)組的節(jié)能降耗具有重要意義。參考文獻(xiàn)：1 張磊，張立華.燃煤鍋爐機(jī)組北京中國電力出版社2006，1982012 朱皚強(qiáng)，芮新紅