循环流化床锅炉的运用和发展hegs.docx
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1、循环流化化床锅炉炉的运用用和发展展江西省电电力设计计院 刘刘祥玲 许思龙龙 刘寿寿忠内容提提要本文从从燃烧机机理、锅锅炉热效效率、运运行的稳稳定性、对对燃煤的的适应性性、环境境保护、锅锅炉设计计、锅炉炉启动过过程、停停炉过程程两等几几个方面面介绍了了循环流流化床锅锅炉的特特点。结结合我院院对循环环流化床床锅炉的的认识及及对循环环流化床床锅炉机机组的设设计经验验的总结结,阐述述了循环环流化床床锅炉在在我国的的发展和和运用。文章同时介绍了循环流化床锅炉若干问题如床温调节、防止床层超温结焦、非金属耐磨耐火材料防磨、减少锅炉底灰、飞灰可燃物、合理选择冷渣器的处理意见。关键词词 循环环流化床床锅炉 特点
2、 发展和和运用 若干问问题 处处理意见见1循环流流化床锅锅炉的特特点循环流化化床锅炉炉是近十十几年发发展起来来的一项项高效、低低污染清清洁燃烧烧技术。因因其具有有燃烧效效率高、煤煤种适应应性广、烟烟气中有有害气体体排放浓浓度低、负负荷调节节范围大大、灰渣渣可综合合利用等等优点,在在当今日日益严峻峻的能源源紧缺和和环境保保护要求求下,在在国内外外得到了了迅速的的发展,并已商品化,正在向大型化发展。我国是产产煤大国国,也是是用煤大大国,一一次能源源结构中中,煤炭炭占700左右右,优中中质煤、劣劣质煤均均丰富。全全国煤产产量的225是是含硫量量超过22的高高硫煤。优优质煤集集中在华华北、西西北,劣劣
3、质煤多多分布在在中南、西西南地区区。目前前积存下下来的煤煤矸石达达14亿亿吨,并并以每年年6千到到7千万万吨的数数量增加加。与此此同时,因因煤燃烧烧每年有有87的SOO2和67NNOX排入大大气,造造成严重重的环境境污染。因因此发展展高效、低低污染的的清洁燃燃烧技术术是当今今社会持持续发展展的必然然要求。1.1独独特的燃燃烧机理理固体粒子子经与气气体或液液体接触触而转变变为类似似流体状状态的过过程,称称为流化化过程。流流化过程程用于燃燃料燃烧烧,即为为流化燃燃烧,其其炉子称称为流化化床锅炉炉。流化化理论用用于燃烧烧始于上上世纪220年代代,400年代以以后主要要用于石石油化工工和冶金金工业。流
4、化燃烧烧是一种种介于层层状燃烧烧与悬浮浮燃烧之之间的燃燃烧方式式。煤预预先经破破碎加工工成一定定大小的的颗粒(一一般为8mmm)而置置于布风风板上,其其厚度约约在35505500mmm左右右,空气气则通过过布风板板由下向向上吹送送。当空空气以较较低的气气流速度度通过料料层时,煤煤粒在布布风板上上静止不不动,料料层厚度度不变,这这一阶段段称为固固定床。这这正是煤煤在层燃燃炉中的的状态,气气流的推推力小于于煤粒重重力,气气流穿过过煤粒间间隙,煤煤粒之间间无相对对运动。当当气流速速度增大大并达到到某一较较高值时时,气流流对煤粒粒的推力力恰好等等于煤粒粒的重力力,煤粒粒开始飘飘浮移动动,料层层高度略略
5、有增长长。如气气流速度度继续增增大,煤煤粒间的的空隙加加大,料料层膨胀胀增高,所所有的煤煤粒、灰灰渣纷乱乱混杂,上上下翻腾腾不已,颗颗粒和气气流之间间的相对对运动十十分强烈烈。这种种处于沸沸腾状态态的料床床,称为为流化床床。这种种燃烧方方式即为为流化燃燃烧。当当风速继继续增大大并超过过一定限限度时,稳稳定的沸沸腾工况况就被破破坏,颗颗粒将全全部随气气流飞走走。物料料的这种种运动形形式叫做做气力输输送,这这正是煤煤粉在煤煤粉炉中中随气流流悬浮燃燃烧的情情景。1.2锅锅炉热效效率较高高由于循环环床内气气固间有有强烈的的炉内循循环扰动动,强化化了炉内内传热和和传质过过程,使使刚进入入床内的的新鲜燃燃
6、料颗粒粒在瞬间间即被加加热到炉炉膛温度度(8500),并并且燃烧烧和传热热过程沿沿炉膛高高度基本本可在恒恒温下进进行,因因而延长长了燃烧烧反应时时间。燃燃料通过过分离器器多次循循环回到到炉内,更更延长了了颗粒的的停留和和反应时时间,减减少了固固体不完完全燃烧烧损失,从从而使循循环床锅锅炉可以以达到888955的燃燃烧效率率,可与与煤粉锅锅炉相媲媲美。1.3运运行稳定定,操作作简单循环流化化床锅炉炉的给煤煤粒度一一般小于于10mmm,因因此与煤煤粉锅炉炉相比,燃燃料的制制备破碎碎系统大大为简化化。循环流流化床锅锅炉燃料料系统的的转动设设备少,主主要有给给煤机、冷冷渣器和和风机,较较煤粉炉炉省去了
7、了复杂的的制粉、送送粉等系系统设备备,较链链条炉省省去了故故障频繁繁的炉排排部分,给给燃烧系系统稳定定运行创创造了条条件。990年代代循环流流化床在在国内应应用初期期,由于于研究、设设计、制制造、安安装、运运行等各各方面经经验的缺缺乏,其其应用中中的确存存在着连连续运行行时间短短、出力力不够、点点火难、磨磨损严重重、易结结焦、辅辅机故障障率高等等许多问问题,但但经过十十多年各各方面不不断完善善化工作作,不仅仅可以保保证连续续运行时时间高于于40000h,对对有经验验的设计计、制造造、安装装和运行行单位而而言其他他问题也也已克服服。只要保保证不间间断的给给煤,保保持炉膛膛膛压稳稳定,控控制好炉炉
8、膛温度度,在3301100BMMCR的的负荷下下连续稳稳定运行行不成问问题。11.4燃料适适应性广广,对煤煤炭供应应市场波波动有较较强的适适应性在循环流流化床锅锅炉中按按重量计计,燃料料仅占床床料的113,其余余是不可可燃的固固体颗粒粒,如脱脱硫剂、灰灰渣等。因因此,加加到床中中的新鲜鲜煤颗粒粒被相当当于一个个“大蓄热热池”的灼热热灰渣颗颗粒所包包围。由由于床内内混合剧剧烈,这这些灼热热的灰渣渣颗粒实实际上起起到了无无穷的“理想拱拱”的作用用,把煤煤料加热热到着火火温度而而开始燃燃烧。在在这个加加热过程程中,所所吸收的的热量只只占床层层总热容容量的千千分之几几,因而而对床层层温度影影响很小小,
9、而煤煤颗粒的的燃烧,又又释放出出热量,从从而能使使床层保保持一定定的温度度水平,这这也是流流化床一一般着火火没有困困难,并并且煤种种适应性性很广的的原因所所在。循循环流化化床锅炉炉具有很很高的燃燃烧热强强度,其其截面热热负荷为为466MW/m2,是链链条炉的的266倍,其其炉膛容容积热负负荷为11.52MWW/m33,是煤煤粉炉的的8111倍,因因此它几几乎可以以燃烧在在煤粉炉炉或链条条炉中难难以点燃燃和燃尽尽的贫煤煤、无烟烟煤、煤煤矸石等等一切种种类的燃燃料,并并达到很很高的热热效率,这这对于燃燃用当地地劣质燃燃料、应应对煤炭炭供应紧紧张形势势有重要要意义。分宜国产首台410t/h具有自主知
10、识产权的循环流化床锅燃用当地劣质煤,热值在1200021000Kj/kg之间大幅波动,但循环流化床锅炉始终基本稳定运行,其优越性非常明显。而链条炉、煤粉炉由于煤种变化较大,不是达不到出力,就是频繁发生灭火、结焦等故障。1.5污染物排放量低循环流化床内的燃烧温度可以控制在850950的范围内稳定而高效燃烧,这一燃烧温度抑制了热反应型NOx的形成,同时采用分级燃烧方式向炉膛内送入约3040的二次风,又可控制燃料型NOx的产生。只要操作得当,运行平稳,可以控制NOx的排放量小于200300mg/Nm3,其生成量仅为煤粉炉的1/31/4。由于飞灰灰的循环环燃烧过过程,床床料中未未发生脱脱硫反应应而被吹
11、吹出燃烧烧室的石石灰石、石石灰能送送回至床床内再利利用;另另外,已已发生脱脱硫反应应部分,生生成了硫硫酸钙的的大粒子子,在循循环燃烧烧过程中中发生碰碰撞破裂裂,使新新的氧化化钙粒子子表面又又暴露于于硫化反反应的气气氛中。这这样循环环流化床床燃烧与与鼓泡流流化床燃燃烧相比比脱硫性性能大大大改善。当当钙硫比比为1.522.0时时,脱硫硫率可达达8590。而鼓鼓泡流化化床锅炉炉,脱硫硫效率要要达到88590,钙钙硫比要要达到334,钙钙的消耗耗量大一一倍。与与煤粉燃燃烧锅炉炉相比,不不需采用用尾部脱脱硫脱硝硝装置,投投资和运运行费用用都大为为降低。根据煤中含硫量的大小直接向炉膛内喷入或在给煤中掺入一
12、定量的01mm的石灰石粉,可以脱去在燃烧过程中生成的SO2,脱硫效率可达到90。1.6燃燃烧强度度高,炉炉膛截面面积小炉膛单位位截面积积的热负负荷高是是循环流流化床锅锅炉的另另一主要要优点。其其截面热热负荷约约为3.544.5MMW/mm2,接近近或高于于煤粉炉炉。同样样热负荷荷下鼓泡泡流化床床锅炉需需要的炉炉膛截面面积要比比循环流流化床锅锅炉大223倍倍。1.7床床内不布布置埋管管受热面面循环流化化床锅炉炉的床内内不布置置埋管受受热面,因因而不存存在鼓泡泡流化床床锅炉的的埋管受受热面易易磨损的的问题。此此外,由由于床内内没有埋埋管受热热面,启启动、停停炉、结结焦处理理时间短短,可以以长时间间
13、压火等等。2循环流流化床锅锅炉的运运行方式式2.1锅锅炉启动动方式2.1.1点火火前的准准备CFB锅锅炉点火火前除了了进行必必要的吹吹扫工作作外,还还要控制制合理的的床层压压力。以以我院设设计的江江西分宜宜国产首首台具有有自主知知识产权权的4110 tt/h CFBB锅炉为为例,点点火时的的炉膛床床压一般般控制在在455 kPPa。这这是因为为炉膛内内的床体体主要是是由大量量的惰性性灰渣(正正常运行行时占总总床料的的95%以上)组组成的,其其蓄热容容量是随随床层压压力(对对应不同同的静止止床高)的的升高而而升高的的。如果果点火床床压过高高,启动动时间和和启动过过程中需需要的燃燃油量都都会相应应
14、加大;如果点点火床压压过低,床床层的蓄蓄热量就就会降低低,影响响煤粒的的引燃,因因此保证证合理的的点火床床压对CCFB锅锅炉的启启动是很很重要的的。2.1.2点火火方式火方式CFB锅锅炉的点点火方式式不同与与普通煤煤粉炉锅锅炉,以以我院设设计的江江西分宜宜国产首首台具有有自主知知识产权权的6770 tt/h CFBB锅炉为为例,它它是采用用床下风风道点火火器和床床上点火火器联合合点火的的方式进进行点火火,利用用燃油的的放热加加热烟气气的温度度,再利利用热烟烟气加热热炉膛内内的床层层,以不不断提高高床层的的温度水水平来达达到煤粒粒的着火火温度。从从结构上上讲,床床下风道道点火器器和床上上点火器器
15、不仅要要对炉膛膛内的耐耐火材料料、金属属受热面面和烟气气进行加加热,还还要对床床下风道道、平衡衡风室、旋旋风分离离器、回回料腿中中的耐火火材料和和床层物物料进行行加热,因因此CFFB锅炉炉的启动动时间和和在启动动过程中中的燃油油量都比比煤粉锅锅炉要大大,而且且它在启启动过程程中所受受到的升升温、升升压速度度的限制制条件也也比煤粉粉锅炉要要多。2.1.3煤的的投入时时机CFB锅锅炉的煤煤粒是通通过在床床内被加加热到着着火温度度后,析析出挥发发分着火火燃烧的的。由于于每秒钟钟新加入入床内的的冷燃料料只占床床料的11%左右右,大量量的热床床料非但但不与新新加入的的燃料争争夺氧气气,却提提供了一一个蓄
16、热热量很大大的热源源。煤粒粒燃烧所所放出的的热量,其其中一部部分又用用来加热热床料,使使床内温温度始终终保持在在一个稳稳定的水水平。由由于CFFB锅炉炉点火方方式的限限制,被被加热的的床层温温度存在在上限,这这恰好也也在煤粒粒着火温温度的下下限附近近,因此此在投煤煤的初始始阶段,煤煤粒在床床内并不不能充分分燃烧。凭凭借间断断投煤逐逐步提高高床温这这一手段段,当床床温达到到煤粒着着火温度度以上时时,就可可以连续续投煤了了。随着着床温的的上升和和投煤量量的增加加,燃油油量就可可以逐步步降低了了。2.1.4一/二次风风的配比比及作用用CFB锅锅炉的一一次风最最主要的的作用是是克服平平衡风室室和床层层
17、的阻力力,对炉炉膛床料料进行充充分流化化,为炉炉膛内物物料的整整体循环环提供充充足的动动力,同同时为入入炉煤的的燃烧提提供基本本的氧气气。而二二次风是是用来控控制燃烧烧总风量量,且为为炉膛上上部稀相相区的未未燃尽煤煤提供燃燃烧所需需的氧气气。不过过由于CCFB锅锅炉燃烧烧机理的的不同,通通过分级级配风,还还可有效效地控制制氮氧化化物的排排放量。由由于一次次风的用用途多、系系统阻力力大,因因此要求求的一次次风压力力和风量量都较同同容量的的煤粉锅锅炉大。以以我院设设计的江江西分宜宜国产首首台具有有自主知知识产权权的4110 tt/h CFBB锅炉为为例,一一次风总总风压一一般控制制在100 kPP
18、a以上上,才能能满足床床层流化化的要求求。由上述分分析可知知,CFFB锅炉炉与同容容量煤粉粉锅炉相相比,启启动时间间相对较较长。2.2停停炉过程程2.2.1投油油助燃的的时机与煤粉锅锅炉相比比,CFFB锅炉炉的低负负荷稳燃燃区低得得多,即即其负荷荷调节范范围大。对对于煤粉粉锅炉,当当负荷低低于额定定值500%770%时时,一般般就要投投入助燃燃油枪,以以保证稳稳定燃烧烧,避免免锅炉突突然灭火火或造成成爆燃事事故。而而对于CCFB锅锅炉,它它的低负负荷稳燃燃区一般般在300%额定定负荷左左右,也也就是说说当负荷荷低于额额定值330%40%时,才才需要投投油助燃燃。这是是因为CCFB锅锅炉炉床床截
19、面的的风速较较高,易易于控制制炉内吸吸热。当当锅炉负负荷要求求变化时时,只需需调整给给煤量,并并适当调调整流化化速度改改变炉内内的循环环物料量量,就可可以满足足锅炉负负荷的变变化要求求。因此此,在停停炉过程程中CFFB锅炉炉比煤粉粉锅炉的的燃油量量相对减减少。2.2.2停炉炉过程中中的其他他操作 停炉过程程中,待待熄火后后,继续续维持风风机运行行5 mmin左左右,借借以清除除炉膛和和烟道内内的可燃燃物,当当氧量上上升到大大于155 %后后,停止止风机的的运行并并关闭挡挡板。在在停炉过过程中,CCFB锅锅炉的操操作就是是要注意意对炉膛膛床压的的控制。这这是因为为在停炉炉过程中中随着燃燃料量和和
20、风量的的逐步减减少,炉炉内的循循环物料料量也会会相应减减少。大大量的悬悬浮物料料从稀相相区落至至床内,造造成炉膛膛床压和和差压的的迅速上上升。为为了保证证床料的的基本流流化,防防止局部部流化不不良而导导致结焦焦,在一一次风量量逐步减减少的情情况下,只只有通过过冷渣器器将大量量的床料料排出炉炉膛以维维持适当当的停炉炉床压。因因此,在在停炉过过程中,冷冷渣器一一般始终终保持运运行,直直至床压压达到要要求。尤尤其在发发生炉膛膛内汽水水系统爆爆管事故故时,为为防止床床内物料料遇水结结块,应应迅速启启动床下下风道点点火器,维维持炉膛膛床温在在3500 以上,尽尽量将所所有床料料排净。2.2.3停炉炉冷却
21、考虑到正正常停炉炉后CFFB锅炉炉炉膛床床内和回回料装置置内都积积存有大大量的物物料,其其蓄热量量比煤粉粉锅炉要要大得多多,因此此它所需需要的冷冷却时间间也比煤煤粉锅炉炉要长。为为了达到到炉膛能能够进人人进行检检修的条条件,一一般应将将床料温温度降至至50以下,才才停止风风机的运运行;而而对于回回料装置置,根据据冷却要要求J阀阀风机比比送风机机的运行行时间延延长166 h左左右。3循环流流化床锅锅炉的运运用和发发展近几年来来,循环环流化床床锅炉在在我国得得到了快快速的发发展,大大型化的的步伐很很快。1100MMW以上上功率的的循环流流化床锅锅炉已有有1000余台在设设计建设设和运行行中,其其中
22、分宜宜国产首首台具有有自主知知识产权权的4110t/h循环环流化床床锅炉于于20003年66月199日投入入商业运运行以来来,对煤煤种适应应范围广广,调峰峰能力强强,运行行情况良良好。220044年122月经电电力工业业部热力力发电设设备及材材料质量量检测中中心检测测,锅炉炉效率修修正到设设计煤质质后为990.776%,高高于设计计值899.088%,比国外进进口的(四川白马电厂)同类型锅炉设计效率90.7%还要高。这说明我国首台具有国有自主知识产权的410t/h循环流化床锅炉的研制是成功的。该锅炉已获得中国电机工程学会和中国电力科学技术奖励工作办公室颁发的自主产权的100MW锅炉研制及示范项
23、目2004年度中国电力科学技术一等奖。由我院设设计的分分宜国产产首台具具有自主主知识产产权的6670tt/h循循环流化化床锅炉炉机组于220044年9月月29日日开工建建设,220066年7月月7日一一次性顺顺利通过过96小小时试运运行。标标志着该该机组建建成投运运。由我院设设计的分分宜国产产首台具具有自主主知识产产权的110255t/hh循环流流化床锅锅炉机组组工程前前期工作作已经完完成,即即将进入入实际性性的实施施阶段。引进的3300MMW功率率的大型型循环流流化床锅锅炉(四四川白马马电厂)已投入商业运行。引进技术国产的300MW循环流化床机组国内已有14台在建设和运行。其中引进技术国产首
24、台300MW循环流化床机组于2006年6月7日在云南省开远电厂投入商业运行。我院设计计过255MW、550MWW、1000MWW、1335MWW、1550MWW、2000MWW、3000MWW等容量量的系列列化循环环流化床床机组(见见附表)。其中分分宜电厂厂12000MW循循环流化化床机组组获得220044年度江江西省优优秀工程程咨询二二等奖。在在2000MW循循环流化化床机组组的设计计过程中中,我院院直接参参与了由由国家发发改委批批准、国国电热工工研究院院主要承承担的国国产2000MWW CFFB锅炉炉研制国国家重大大科技攻攻关项目目。我院院负责该该项目的的子专题题国产产2000MW CFB
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