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1、循环流化床锅炉的优点和技术发展方向第4期2004年11月锅炉制造BOERMANUFACrUR,iCNo.4Nov.20o4文章编号:CN231249(2004)04003402循环流化床锅炉的优点和技术发展方向张洪伟(哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨150046)摘要:ft绍流化床技术发展概况,循环流化床锅炉在燃烧,环保,调控,投运费用等方面的优点,对循环流化床锅炉有关技术的发展,提出了建议和预测.关键词:循环流化床锅炉;环保;技术发展中图分类号:TK229.66文献标识码:AMeritandTechnologyDevelopingTrendofCFBBoiler(HarbinBoile
2、rCo.,Ltd.,Harbin150046,China)Abstract:Introducesthedevelopmentoffluidizedbed,andthemeritofcirculatingfluidizedbed(CFB)boileroncombustion,environmentprotection,control,andthecostofinvestmentandoperation.Somesuggestionsandforecastarealsogivenonthedevelopmentofrelatedcirculatingfluidizedbed(CFB)boilert
3、echnology.Keywords:circulatingfluidizedbedboiler;environmentprotection;technologydevelopment0引言哈尔滨锅炉厂引进AISqM公司循环流化床锅炉技术后,已先后设计和制造了几十台循环流化床锅炉,从50MW,100MW,135MW直到现在可以设计和制造300MW等级循环流化床锅炉,并致力于发展大容量循环流化床锅炉,通过总结近些年来设计和制造循环流化锅炉的经验,对循环流化床锅炉的优点给予充分肯定,并预测了循环流化床锅炉的发展方向.1流化床技术的发展概况自1921年德国人温克勒(FrizWinkler)发明第1台
4、流化床,直到2o世纪8O年代,循环流化床开始广泛应用于石油,化工,冶金,能源,环保等工业领域.循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉的基础上,从20世纪6o年代末期开始发展,至今,以芬兰奥斯龙(Ahlstom)公司的Pyroflow循环流化床锅炉,德国鲁奇(蛹)公司的循环流化床锅炉,美国巴特利(Battelle)的多固体循环流化床锅炉及德国Babcock公司的Circofluid循环流化床锅炉最具代表性.2循环流化床锅炉的优点循环流化床锅炉的优点表现在燃料,环保,调控,投运费用等方面.循环流化床锅炉燃料适应性广,燃烧强度大,燃烧效率高,燃料预处理系统简单,低NOx排放,高效脱硫,负荷调节范围大,负荷
5、调节快,投资和运行费用适中.收稿日期:20040826作者简介:张洪伟(1967一),男,黑龙江人.1988年毕业于哈尔滨电工学院热能工程专业,从事锅炉设计工作和循环流化床锅炉标准设计工作.第4期张洪伟,等:循环流化床锅炉的优点和技术发展方向?35.2.1燃料方面的优点燃料适应性广是循环流化床锅炉的主要优点,循环流化床锅炉可以不需辅助燃料而燃用任何燃料.循环流化床锅炉可燃用优质煤,也可燃用各种劣质燃料,如煤矸石,煤泥,泥煤,石油焦,油页岩,高灰份煤,垃圾等.循环流化床锅炉的截面热负荷范围为3.54.5m2,接近或高于煤粉炉,理论上10oMW的循环流化床锅炉只需一个给煤点,循环流化床锅炉燃料常给
6、入返料管内,进入炉膛前有预热过程,既有利于燃烧,也简化了给煤系统.循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于1O?砌,燃料的制备破碎系统较煤粉锅炉大为简化.此外,循环流化床锅炉可直接燃用高水分煤(水分3O%以上),而不需要专门的处理系统.循环流化床锅炉的燃烧效率通常是97.5%99.5%,与煤粉锅炉相近,并能在较宽的运行变化范围内保持高的燃烧效率.2.2环保方面的优点低No】【排放,高效脱硫的优点使循环流化床锅炉最具市场竞争力.由于低温燃烧和分段燃烧,使空气中的氮一般不会生成No】【,并抑制燃料中的氮转化为No】【,还使部分已生成的No】【得到还原.2.3调控方面的优点循环流化床锅炉负荷调节范围大,调节
7、比可达3:1;负荷调节快,调节速率可达每分钟4%.调控操作简单,只需调节给煤量,空气量和物料循环量,不必像鼓泡流化床锅炉那样采用分床压火技术.2.4投运费用方面的优点循环流化床锅炉投资和运行费用适中,略高于常规煤粉锅炉,但比配置脱硫装置的煤粉炉低15%2O%.3循环流化床锅炉需发展和完善的技术3.1循环物料分离和返料技术就比较成熟的高温旋风分离器技术而言,为了防止分离器严重磨损,内衬有较厚的防磨而火材料,导致热惯性大,延长了启动时间,负荷变化动态特性变差.而且,分离器体积庞大,不易布置.返料机构中的温度高达60o,返料机构还与给煤,给石灰石机构相结合,不宜采用机械阀门之类的调节装置,一般采用非
8、机械阀,气动密封阀,既要调节物料流量,还要防止燃烧室的物料反窜至分离器.因此,研究效率,体积小,阻力低,磨损轻,制造运行方便的循环物料分离装置和能提高锅炉性能,便于布置的返料机构是循环流化床锅炉技术的发展要求.3.2合理选取循环倍率循环倍率是反映炉内颗粒浓度的一个重要参数.国内的一些循环流化床锅炉循环倍率通常在1O以下,而国外许多锅炉的循环倍率常常达到5O,甚至更高.因此,对合理选取循环倍率意义生大.对物料内循环的定量分析是重要的理论研究工作;3.3炉内受热面布置和温度控制及尾部受热面的优化设计炉内布置受热面,主要有2种方法:1种是在炉膛内布置水冷壁或隔墙;另一种是炉膛内布置部分受热面,配以水
9、冷或汽冷分离器.这2种形式都是为了保证循环流化床锅炉的炉内温度控制在一定范围内,第2种方式相对比较灵活,特别适合于大容量循环流化床.目前,在循环流化床锅炉的设计中,尾部受热面的设计一般受到忽视,经常借用常规的锅炉设计方法和布置型式,这样是否合理尚待进一步的研究.3.4运行风速和截面热负荷的优化循环流化床锅炉的运行风速为41On/s,截面热负荷为36m2.运行风速和截面热负荷主要影响炉膛的截面积和炉膛的高度.因此,应定量描述燃烧特性与循环流化床的运行风速关系.3.5磨损循环流化床锅炉部件的磨损是比较严重的.真正解决磨损问题,必须要准确描述磨损机现理及主要因素定量关系.利用计算机模拟技术,并对试验
10、数值进行数理统计分析应是主要的研究方法.3.6低污染燃烧特性研究及除尘循环流化床的低污染燃烧特性是循环流化床锅炉迅速发展的重要原因.但最佳脱硫温度,脱硫剂的高效使用,床温,烟气再循环,注氨以及脱硫剂对No】【的形成的影响等需进一步研究.?36?锅炉制造总第194期目前在国外的循环流化床锅炉中,尾部一般采用布袋除尘器或电除尘器来除尘,但在我国很少用布袋除尘,正确合适的除尘方式也值得进一步的研究.4结束语循环流化床锅炉技术仅用了20年就完成了工业化和商业化,并且继续向增压循环流化床锅炉,燃气一蒸汽联合循环技术发展.目前,增压循环流化床,燃气一蒸汽联合循环示范技术已显示出优良的环保性能,有极其广阔的
11、市场前景.(编辑:刘英)(上接第33页)目前国内外都在研制新型的分离器,如各种方形分离器,但是在商业应用上仍属少数,作者倾向于水冷方形旋风分离器等新型分离器在大型化中的作用,在保证热态下分离效率的基础上对其入口形状尺寸等进行进一步研究,改进.2.4排渣设备普遍认为【2I,对于燃用灰量大的煤种,宜采用选择式风水冷渣器,但易出现冷渣器进口结焦的严重问题,影响正常的排渣;而对于燃用含灰量较小的煤种,可采用螺旋绞龙式冷渣器,但螺旋冷渣器存在严重的磨损问题.因而都不是很理想的排渣设备.作者认为螺旋绞龙式冷渣器在大型化过程中的应用必然是以数量的增多为前提的,这对于锅炉整体下部布置要求较高而且难以实现热量的
12、再利用,对于采用选择式风水冷渣器则可以随流化床锅炉的增大而不断放大,存在的技术难题就是要不断改进其排渣位置及方式,解决排渣不畅,结焦等问题.2.5磨损问题对于通常采用的磷酸盐耐火材料,其适应温度1200oC上,但是敷设在炉膛内长期运行时,由于高温固体颗粒强烈的冲刷和so2等酸性气体的化学作用,从而导致结构松散,会出现部分剥落甚至大面积脱落.而且其烘炉过程要求严格持续时间过长,如果不能很好烘烤烧结还会造成磷酸盐浇注料的热分解,因而总体上来说并不是一种理想的炉内防磨损材料.对分离器内衬,要求有更加严格的固定物,在大型循环流化床中,应增加固定钢爪的数量,以防止内衬的脱落.针对某一特定的炉型,应计算出
13、其颗粒大量沉降的区域,避免沿水冷壁的冲刷造成的磨损.对风帽的磨损,现场实际的做法一般是加厚风帽顶部及后部的耐磨层,以防止其磨穿.2.6污染物排放由生成机理可知,降低N20排放的方法很多,如使用催化剂,分级燃烧,燃烧混烧等.分级燃烧的难度在于尽量控制密相区的o2浓度而又不至于影响炉膛的正常燃烧,流化.即在保证一次风实现炉膛正常流化和二次风实现对燃烧扰动的前提下,尽量控制过量空气系数.因此分级燃烧是一种需要丰富运行经验但切实可行的减低N20排放的方法.3结束语在大型化过程中,主要是解决受热面,布风装置,分离器效率,冷渣设备与大型化要求不相匹配的问题.对于不同的解决方案,本文认为应以现有的已实际应用方案为基础加以改进,如:外置式受热面,选择式风水冷渣器的改进应用.而对分离器的大型化,应以新型的分离器的研究为主要突破口.参考文献1孙献斌.国外循环流化床大型化技术J.热力发电,1996,(6):4853.2周一工.国外大型循环流化床的发展与存在问题J.黑龙江电力技术,1999,(1):4043.3刘清,等.循环流化床的大型化及其耐火材料问题J.电站系统工程,2003,(1):13,5.4王树荣,等.循环流化床大型化关键设计问题研究J.热力发电,2000,(4):25,25.5殷力宝,等.CFB锅炉燃烧中N20的生成机理与减排控制J.锅炉制造,2003,(3):79.编辑:刘宝珍)