循環(huán)流化床鍋爐的應用現狀討論

　　從1988年國產(chǎn)首臺10t/h蒸發(fā)量循環(huán)流化床鍋爐投運后的十幾年來(lái),循環(huán)流化床鍋爐在國內集中供熱領(lǐng)域的應用發(fā)展十分迅速。在中小熱電廠(chǎng)方面,1989年首臺國產(chǎn)35t/h循環(huán)流化床鍋爐投運,1992年首臺國產(chǎn)75t/h循環(huán)流化床鍋爐在浙江嵊縣熱電廠(chǎng)投運,1995年首臺國產(chǎn)220t/h循環(huán)流化床鍋爐在大連化學(xué)工業(yè)公司自備熱電廠(chǎng)投運,2000年首臺國產(chǎn)130t/h循環(huán)流化床鍋爐在石家莊熱電三廠(chǎng)投運,2002年首臺國產(chǎn)420t/h循環(huán)流化床鍋爐在保定熱電廠(chǎng)投運。

       在區城供熱鍋爐方面,首臺國產(chǎn)29MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐1993年在河南濮陽(yáng)中原油田投運,首臺國產(chǎn)14MW循環(huán)流化床低溫水鍋爐1999年在石家莊時(shí)光供熱站投運,首臺國產(chǎn)58MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐2000年在濟南投運,首臺國產(chǎn)116MW循環(huán)流化床高溫水鍋爐2001年在石家莊時(shí)光供熱站投運。山西藍天郎鳳娥談循環(huán)流化床鍋爐的應用現狀時(shí)說(shuō)道。

　　1 循環(huán)流化床鍋爐的應用特點(diǎn)

　　從已投運的循環(huán)流化床鍋爐看,其在實(shí)際應用中的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn):

　　1.1 鍋爐熱效率較高

　　由于循環(huán)床內氣—固間有強烈的爐內循環(huán)擾動(dòng),強化了爐內傳熱和傳質(zhì)過(guò)程,使剛進(jìn)入床內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(guò)程沿爐膛高度基本可在恒溫下進(jìn)行,因而延長(cháng)了燃燒反應時(shí)間。燃料通過(guò)分離器多次循環(huán)回到爐內,更延長(cháng)了顆粒的停留和反應時(shí)間,減少了固體不完全燃燒損失,從而使循環(huán)床鍋爐可以達到98～99%的燃燒效率。據有關(guān)熱電企業(yè)不同容量和型號鍋爐的運行測試,同容量的循環(huán)流化床鍋爐比鏈條爐的運行熱效率高出約10%左右。循環(huán)床鍋爐渣的含炭量在百分之一到五之間,飛灰含炭量在8～35%之間,而鏈條爐渣的含炭量在15～25%之間,飛灰含炭量在40～50%之間。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率不及煤粉爐,但由于煤粉爐制粉系統很復雜,燃料適應性差,氮氧化物和二氧化硫排放濃度高等缺點(diǎn),在中小熱電廠(chǎng)和區域鍋爐房方面已經(jīng)越來(lái)越少采用。

　　1.2 運行穩定,操作簡(jiǎn)單

　　循環(huán)流化床鍋爐燃料系統的轉動(dòng)設備少,主要有給煤機、冷渣器和風(fēng)機,較煤粉爐省去了復雜的制粉、送粉等系統設備,較鏈條爐省去了故障頻繁的爐排部分,給燃燒系統穩定運行創(chuàng )造了條件。

　　90年代循環(huán)流化床在國內應用初期,由于研究、設計、制造、安裝、運行等各方面經(jīng)驗的缺乏,其應用中的確存在著(zhù)連續運行時(shí)間短、出力不夠、點(diǎn)火難、磨損嚴重、易結焦、輔機故障率高等許多問(wèn)題,但經(jīng)過(guò)十多年各方面不斷完善化工作,不僅可以保證連續運行時(shí)間高于4000h,對有經(jīng)驗的設計、制造、安裝和運行單位而言其他問(wèn)題也已克服。石家莊時(shí)光供熱站兩臺116MW循環(huán)流化床鍋爐在2003-2004整個(gè)采暖季連續穩定運行,無(wú)一次故障停爐。許多用戶(hù)對循環(huán)流化床鍋爐從點(diǎn)火啟動(dòng)、升降負荷、連續排渣、壓火備用到故障排除都能夠熟練操作。只要保證不間斷的給煤,保持爐膛料差穩定,控制好爐膛溫度,在50～110%的負荷下連續穩定運行不成問(wèn)題。

　　1.3 燃料適應性廣,對煤炭供應市場(chǎng)波動(dòng)有較強的適應性

　　循環(huán)流化床鍋爐具有很高的燃燒熱強度,其截面熱負荷為4-6MW/m2,是鏈條爐的2-6倍,其爐膛容積熱負荷為1.5-2MW/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(wú)煙煤、煤矸石等一切種類(lèi)的燃料,并達到很高的熱效率,這對于燃用當地劣質(zhì)燃料、應對煤炭供應緊張形勢有重要意義。石家莊在近幾年幾次煤炭市場(chǎng)波動(dòng)時(shí),供熱企業(yè)的用煤得不到保障。煤炭發(fā)熱量在3000～6000kcal/kg之間大幅波動(dòng),但循環(huán)流化床鍋爐始終基本穩定運行,其優(yōu)越性非常明顯。而鏈條爐、煤粉爐由于煤種變化較大,不是達不到出力,就是頻繁發(fā)生滅火、結焦等故障。

　　1.4 污染物排放量低

　　循環(huán)流化床內的燃燒溫度可以控制在850-950℃的范圍內穩定而高效燃燒,這一燃燒溫度抑制了熱反應型NOx的形成,同時(shí)采用分級燃燒方式向爐膛內送入約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,運行平穩,可以控制NOx的排放量小于200～300mg/Nm3,其生成量?jì)H為煤粉爐的1/3-1/4。此外,根據煤中含硫量的大小直接向爐膛內噴入或在給煤中摻入一定量的0～1mm的石灰石粉,可以脫去在燃燒過(guò)程中生成的SO2,脫硫效率可達到90%。表2是某廠(chǎng)220t/h循環(huán)流化流化床鍋爐脫硫效果監測結果。燃煤收到基低位發(fā)熱量24200 KJ/kg,含硫量為1.34%。燃煤量25t/h,加入石灰石粉量(含雜質(zhì)4%)為2.6 t/h,Ca/S摩爾比為2.64,其脫硫效率達到了93.39%。

　　2 循環(huán)流化床鍋爐的應用選型

　　循環(huán)流化床鍋爐不同于鏈條爐和煤粉爐的主要燃燒裝置為:布風(fēng)裝置、分離器和返料器,其中分離器是區分和選擇循環(huán)流化床鍋爐的關(guān)鍵技術(shù),它直接影響鍋爐的運行特性。按分離器的工作溫度不同可以分為三種:

　　2.1 高溫分離

　　即在爐膛出口進(jìn)行分離,工作溫度在850℃以上。目前應用的分離器典型的結構型式有絕熱旋風(fēng)筒分離器、汽(水)冷旋風(fēng)筒分離器和方型水冷旋風(fēng)分離器,前兩者鍋爐分離效率較高,后者鍋爐結構緊湊,啟停靈活。絕熱分離器體積大,啟停時(shí)間長(cháng),但運行穩定,應用歷史較長(cháng),積累的經(jīng)驗較豐富,汽(水)冷分離器體積小,啟停靈活,但結構復雜,制做和安裝工藝要求高,大型鍋爐上采用較多。(郎鳳娥,山西省忻州市人,她放棄了小縣城的教師工作,用四年時(shí)間研發(fā)新型高效煤粉工業(yè)鍋爐系統技術(shù),并推向市場(chǎng),填補了我國煤粉鍋爐小型化難的技術(shù)空白。郎鳳娥以過(guò)人的堅持和毅力,以女人特有的直覺(jué)和獨特視角,一手打造了全國首屈一指的新型高效節能環(huán)保煤粉鍋爐一體化能源解決服務(wù)商。)

　　2.2 中溫分離

　　即在過(guò)熱器后進(jìn)行分離,工作溫度一般在400～600℃之間,以德國巴高克公司的Crcofulid爐型為代表,國內有唐鍋、北鍋等鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)。其循環(huán)倍率較低,分離器體積小、磨損少,但燃燒效率和脫硫率較低。

　　2.3 組合分離

　　即采用高溫分離和低溫分離相結合的方式,如高溫分離采用百葉窗或撞擊式平面分離方式、低溫分離采用旋風(fēng)分離的組合方式,但由于慣性分離故障率高,分離效率低,目前已很少采用。

　　3 循環(huán)流化床鍋爐的應用難點(diǎn)

　　3.1 磨損問(wèn)題

　　大量理論和實(shí)驗研究得出,循環(huán)流化床鍋爐的磨損量與煙氣流速三次方成正比,與燃料顆粒直徑和濃度成正比。設計和運行中控制鍋爐各部位的合理煙氣流速是減輕磨損的根本因素。國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐多采用低循環(huán)倍率,爐膛內設計煙氣流速為4.5～5m/s,應該說(shuō)正常情況下磨損比較輕微,但在局部煙氣流向變化處,其磨損程度十分嚴重,如爐墻、水冷壁管、分離器、返料裝置、過(guò)濾器、省煤器、預熱器等處。有的爐型帶床下埋管,則磨損問(wèn)題更突出。在易沖刷和局部有渦流處使用耐高溫、耐磨的碳化硅磚或澆筑料、剛玉磚、高鋁磚等防磨材料,嚴格控制筑爐質(zhì)量等可以取得理想的防磨效果。

　　3.2 結焦問(wèn)題

　　控制穩定的床層溫度是防止結焦的關(guān)鍵,運行中影響結焦的主要因素有以下幾點(diǎn):

　　1)點(diǎn)火升溫或運行中,燃料投入量突然加大,而風(fēng)量來(lái)不及加大使床溫迅速升高達到灰熔點(diǎn)以上時(shí),床層整體高溫結焦。

　　2)運行排渣時(shí),料層太厚或不均勻,造成流化風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小,易在局部形成高溫,造成局部結焦。采用連續機械排渣可以很大程度避免這一問(wèn)題。

　　3)若高溫循環(huán)返料灰進(jìn)入爐膛太多,引起床溫無(wú)法控制也非常容易引起高溫結焦。運行中應注意返料量的均勻控制。

　　4)正常壓火時(shí),應嚴格避免爐內進(jìn)入冷風(fēng),否則易使可燃物燃燒而造成局部超溫結焦。

　　3.3 點(diǎn)火問(wèn)題

　　目前循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火方式一般為床下輕柴油點(diǎn)火,但也有不少用戶(hù)為節省成本仍采用床上木炭或木柴點(diǎn)火。由于一些用戶(hù)點(diǎn)火時(shí)準備工作不充分或運行操作經(jīng)驗不足,點(diǎn)火時(shí)易發(fā)生爐膛滅火或結焦故障,有的甚至發(fā)生嚴重的爐膛爆炸事故。從點(diǎn)火升溫到穩定運行主要經(jīng)過(guò)幾次乃至十幾次才能成功,令許多用戶(hù)感到頭疼。

　　實(shí)踐證明,每一種型式的循環(huán)流化床鍋爐其點(diǎn)火過(guò)程,既有共性又有特性,共性是主要的,需要運行管理人員在實(shí)踐中不斷摸索和總結,吸取他人的成功經(jīng)驗。一次成功的點(diǎn)火過(guò)程,首先要有冷態(tài)模擬試驗的數據作指導,其次要注意床料厚度、床料篩分特性及配比,操作中嚴格控制點(diǎn)火風(fēng)量和給煤量,注意密切觀(guān)察床溫變化。許多用戶(hù)已熟練掌握床下油點(diǎn)火的操作程序,石家莊西郊供熱站將床上木柴木炭點(diǎn)火方法成功應用到了大型116MW鍋爐上,其成本只有油點(diǎn)火的五分之一。

　　4 循環(huán)流化床鍋爐應用中存在的問(wèn)題

　　4.1 粉煤灰綜合利用

　　理論上講,循環(huán)流化床鍋爐燃燒溫度低,產(chǎn)生的灰渣具有較好的活性,可以用做制造水泥的摻合料或其他建筑材料的原料,但實(shí)際運行結果是,當原煤中細顆粒較多或破碎過(guò)程的粉碎嚴重時(shí),未燃盡細顆粒飛出量大,尤其在燃用低揮發(fā)份的貧煤或無(wú)煙煤時(shí),飛灰含炭量常高達20～40%,達不到作水泥摻合料要求飛灰含炭量必須小于8%的標準,飛灰無(wú)法綜合利用,也找不到堆放場(chǎng)地。渣的含炭量可以控制在5%以下,比較容易綜合利用。鏈條爐飛灰含炭量高達40～50%,雖然鍋爐熱效率低,但飛灰可以用做制磚中的燃料,基本可以綜合利用。煤粉爐由于燃燒效率高,其飛灰含炭量可控制在8%以下,因而綜合利用較容易。

　　為降低循環(huán)流化床鍋爐的飛灰含炭量,一些科研機構和制造廠(chǎng)家采取了增加爐膛高度、設置底飼回燃系統等措施,雖然收到了一定效果,但對低揮發(fā)份的貧煤,其飛灰含炭量依然高達15～20%。解決這一問(wèn)題的主要辦法還應提高分離器的效率,并且控制入爐煤細顆粒的比例。目前應用奧斯龍汽冷旋風(fēng)分離技術(shù)的國產(chǎn)410t/h循環(huán)流化床鍋爐燃燒貧煤并加脫硫劑時(shí),已使飛灰含炭量降至8%。認真總結經(jīng)驗,這一問(wèn)題有望得到解決。

　　4.2 環(huán)保效果還沒(méi)有充分發(fā)揮

　　循環(huán)流化床是一種清潔燃燒技術(shù),具有低NOx排放低和爐內脫硫等很好的環(huán)保性能,這一性能不僅理論上有充分依據而且從國內外工程實(shí)踐中得到了驗證。但是由于國內環(huán)保政策不落實(shí),致使大部分用戶(hù)并未安裝脫硫設施,有的雖安裝了先進(jìn)的脫硫設施,甚至投資建成了配套的石灰石粉廠(chǎng),但由于石灰石脫硫要增加供熱成本,也并未真正投入運行。要使用戶(hù)有積極性主動(dòng)實(shí)施脫硫并具備經(jīng)濟承受能力,還需制訂綜合配套政策措施。

　　5循環(huán)流化床鍋爐的應用前景

　　相對于煤粉爐和鏈條爐而言,循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展歷史還較短,尤其是循環(huán)流化床鍋爐90年代初期在國內一些工程中留下了深刻教訓,使一些用戶(hù)至今對循環(huán)流化床的應用非常謹慎。但是認真學(xué)習吸收成功的制造廠(chǎng)、設計院、安裝和運行單位的經(jīng)驗,應該說(shuō)沒(méi)有不可克服的技術(shù)障礙。

　　進(jìn)入二十一世紀以來(lái),我國的經(jīng)濟在飛速發(fā)展,煤炭和電力對經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸制約作用重現,今后一個(gè)相當長(cháng)的時(shí)間內煤炭供應將更加緊張,不少的中小熱電廠(chǎng)和區域鍋爐房要燃用當地的劣質(zhì)煤或多渠道解決煤炭供應問(wèn)題,因而循環(huán)流化床燃料適應廣的特性將更加發(fā)揮出來(lái)。同時(shí),隨著(zhù)對大氣環(huán)污染物排放的更加科學(xué)嚴格的政策措施的出臺,也將使循環(huán)流化床鍋爐由于清潔燃燒的特性而更加具有競爭力,因此,應當因地制宜地擴大循環(huán)流化床鍋爐的應用范圍。

     【轉載山西藍天郎鳳娥專(zhuān)欄文章】