循环流化床锅炉的应用现状讨论

　　从1988年国产首台10t/h蒸发量循环流化床锅炉投运后的十几年来,循环流化床锅炉在国内集中供热领域的应用发展十分迅速。在中小热电厂方面,1989年首台国产35t/h循环流化床锅炉投运,1992年首台国产75t/h循环流化床锅炉在浙江嵊县热电厂投运,1995年首台国产220t/h循环流化床锅炉在大连化学工业公司自备热电厂投运,2000年首台国产130t/h循环流化床锅炉在石家庄热电三厂投运,2002年首台国产420t/h循环流化床锅炉在保定热电厂投运。

       在区城供热锅炉方面,首台国产29MW循环流化床高温水锅炉1993年在河南濮阳中原油田投运,首台国产14MW循环流化床低温水锅炉1999年在石家庄时光供热站投运,首台国产58MW循环流化床高温水锅炉2000年在济南投运,首台国产116MW循环流化床高温水锅炉2001年在石家庄时光供热站投运。山西蓝天郎凤娥谈循环流化床锅炉的应用现状时说道。

　　1 循环流化床锅炉的应用特点

　　从已投运的循环流化床锅炉看,其在实际应用中的优势主要有以下几点:

　　1.1 锅炉热效率较高

　　由于循环床内气—固间有强烈的炉内循环扰动,强化了炉内传热和传质过程,使刚进入床内的新鲜燃料颗粒在瞬间即被加热到炉膛温度(≈850℃),并且燃烧和传热过程沿炉膛高度基本可在恒温下进行,因而延长了燃烧反应时间。燃料通过分离器多次循环回到炉内,更延长了颗粒的停留和反应时间,减少了固体不完全燃烧损失,从而使循环床锅炉可以达到98～99%的燃烧效率。据有关热电企业不同容量和型号锅炉的运行测试,同容量的循环流化床锅炉比链条炉的运行热效率高出约10%左右。循环床锅炉渣的含炭量在百分之一到五之间,飞灰含炭量在8～35%之间,而链条炉渣的含炭量在15～25%之间,飞灰含炭量在40～50%之间。循环流化床锅炉的燃烧效率不及煤粉炉,但由于煤粉炉制粉系统很复杂,燃料适应性差,氮氧化物和二氧化硫排放浓度高等缺点,在中小热电厂和区域锅炉房方面已经越来越少采用。

　　1.2 运行稳定,操作简单

　　循环流化床锅炉燃料系统的转动设备少,主要有给煤机、冷渣器和风机,较煤粉炉省去了复杂的制粉、送粉等系统设备,较链条炉省去了故障频繁的炉排部分,给燃烧系统稳定运行创造了条件。

　　90年代循环流化床在国内应用初期,由于研究、设计、制造、安装、运行等各方面经验的缺乏,其应用中的确存在着连续运行时间短、出力不够、点火难、磨损严重、易结焦、辅机故障率高等许多问题,但经过十多年各方面不断完善化工作,不仅可以保证连续运行时间高于4000h,对有经验的设计、制造、安装和运行单位而言其他问题也已克服。石家庄时光供热站两台116MW循环流化床锅炉在2003-2004整个采暖季连续稳定运行,无一次故障停炉。许多用户对循环流化床锅炉从点火启动、升降负荷、连续排渣、压火备用到故障排除都能够熟练操作。只要保证不间断的给煤,保持炉膛料差稳定,控制好炉膛温度,在50～110%的负荷下连续稳定运行不成问题。

　　1.3 燃料适应性广,对煤炭供应市场波动有较强的适应性

　　循环流化床锅炉具有很高的燃烧热强度,其截面热负荷为4-6MW/m2,是链条炉的2-6倍,其炉膛容积热负荷为1.5-2MW/m3,是煤粉炉的8-11倍,因此它几乎可以燃烧在煤粉炉或链条炉中难以点燃和燃尽的贫煤、无烟煤、煤矸石等一切种类的燃料,并达到很高的热效率,这对于燃用当地劣质燃料、应对煤炭供应紧张形势有重要意义。石家庄在近几年几次煤炭市场波动时,供热企业的用煤得不到保障。煤炭发热量在3000～6000kcal/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。

　　1.4 污染物排放量低

　　循环流化床内的燃烧温度可以控制在850-950℃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30-40%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200～300mg/Nm3,其生成量仅为煤粉炉的1/3-1/4。此外,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定量的0～1mm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%。表2是某厂220t/h循环流化流化床锅炉脱硫效果监测结果。燃煤收到基低位发热量24200 KJ/kg,含硫量为1.34%。燃煤量25t/h,加入石灰石粉量(含杂质4%)为2.6 t/h,Ca/S摩尔比为2.64,其脱硫效率达到了93.39%。

　　2 循环流化床锅炉的应用选型

　　循环流化床锅炉不同于链条炉和煤粉炉的主要燃烧装置为:布风装置、分离器和返料器,其中分离器是区分和选择循环流化床锅炉的关键技术,它直接影响锅炉的运行特性。按分离器的工作温度不同可以分为三种:

　　2.1 高温分离

　　即在炉膛出口进行分离,工作温度在850℃以上。目前应用的分离器典型的结构型式有绝热旋风筒分离器、汽(水)冷旋风筒分离器和方型水冷旋风分离器,前两者锅炉分离效率较高,后者锅炉结构紧凑,启停灵活。绝热分离器体积大,启停时间长,但运行稳定,应用历史较长,积累的经验较丰富,汽(水)冷分离器体积小,启停灵活,但结构复杂,制做和安装工艺要求高,大型锅炉上采用较多。(郎凤娥,山西省忻州市人,她放弃了小县城的教师工作,用四年时间研发新型高效煤粉工业锅炉系统技术,并推向市场,填补了我国煤粉锅炉小型化难的技术空白。郎凤娥以过人的坚持和毅力,以女人特有的直觉和独特视角,一手打造了全国首屈一指的新型高效节能环保煤粉锅炉一体化能源解决服务商。)

　　2.2 中温分离

　　即在过热器后进行分离,工作温度一般在400～600℃之间,以德国巴高克公司的Crcofulid炉型为代表,国内有唐锅、北锅等锅炉厂生产。其循环倍率较低,分离器体积小、磨损少,但燃烧效率和脱硫率较低。

　　2.3 组合分离

　　即采用高温分离和低温分离相结合的方式,如高温分离采用百叶窗或撞击式平面分离方式、低温分离采用旋风分离的组合方式,但由于惯性分离故障率高,分离效率低,目前已很少采用。

　　3 循环流化床锅炉的应用难点

　　3.1 磨损问题

　　大量理论和实验研究得出,循环流化床锅炉的磨损量与烟气流速三次方成正比,与燃料颗粒直径和浓度成正比。设计和运行中控制锅炉各部位的合理烟气流速是减轻磨损的根本因素。国产循环流化床锅炉多采用低循环倍率,炉膛内设计烟气流速为4.5～5m/s,应该说正常情况下磨损比较轻微,但在局部烟气流向变化处,其磨损程度十分严重,如炉墙、水冷壁管、分离器、返料装置、过滤器、省煤器、预热器等处。有的炉型带床下埋管,则磨损问题更突出。在易冲刷和局部有涡流处使用耐高温、耐磨的碳化硅砖或浇筑料、刚玉砖、高铝砖等防磨材料,严格控制筑炉质量等可以取得理想的防磨效果。

　　3.2 结焦问题

　　控制稳定的床层温度是防止结焦的关键,运行中影响结焦的主要因素有以下几点:

　　1)点火升温或运行中,燃料投入量突然加大,而风量来不及加大使床温迅速升高达到灰熔点以上时,床层整体高温结焦。

　　2)运行排渣时,料层太厚或不均匀,造成流化风量过大或过小,易在局部形成高温,造成局部结焦。采用连续机械排渣可以很大程度避免这一问题。

　　3)若高温循环返料灰进入炉膛太多,引起床温无法控制也非常容易引起高温结焦。运行中应注意返料量的均匀控制。

　　4)正常压火时,应严格避免炉内进入冷风,否则易使可燃物燃烧而造成局部超温结焦。

　　3.3 点火问题

　　目前循环流化床锅炉点火方式一般为床下轻柴油点火,但也有不少用户为节省成本仍采用床上木炭或木柴点火。由于一些用户点火时准备工作不充分或运行操作经验不足,点火时易发生炉膛灭火或结焦故障,有的甚至发生严重的炉膛爆炸事故。从点火升温到稳定运行主要经过几次乃至十几次才能成功,令许多用户感到头疼。

　　实践证明,每一种型式的循环流化床锅炉其点火过程,既有共性又有特性,共性是主要的,需要运行管理人员在实践中不断摸索和总结,吸取他人的成功经验。一次成功的点火过程,首先要有冷态模拟试验的数据作指导,其次要注意床料厚度、床料筛分特性及配比,操作中严格控制点火风量和给煤量,注意密切观察床温变化。许多用户已熟练掌握床下油点火的操作程序,石家庄西郊供热站将床上木柴木炭点火方法成功应用到了大型116MW锅炉上,其成本只有油点火的五分之一。

　　4 循环流化床锅炉应用中存在的问题

　　4.1 粉煤灰综合利用

　　理论上讲,循环流化床锅炉燃烧温度低,产生的灰渣具有较好的活性,可以用做制造水泥的掺合料或其他建筑材料的原料,但实际运行结果是,当原煤中细颗粒较多或破碎过程的粉碎严重时,未燃尽细颗粒飞出量大,尤其在燃用低挥发份的贫煤或无烟煤时,飞灰含炭量常高达20～40%,达不到作水泥掺合料要求飞灰含炭量必须小于8%的标准,飞灰无法综合利用,也找不到堆放场地。渣的含炭量可以控制在5%以下,比较容易综合利用。链条炉飞灰含炭量高达40～50%,虽然锅炉热效率低,但飞灰可以用做制砖中的燃料,基本可以综合利用。煤粉炉由于燃烧效率高,其飞灰含炭量可控制在8%以下,因而综合利用较容易。

　　为降低循环流化床锅炉的飞灰含炭量,一些科研机构和制造厂家采取了增加炉膛高度、设置底饲回燃系统等措施,虽然收到了一定效果,但对低挥发份的贫煤,其飞灰含炭量依然高达15～20%。解决这一问题的主要办法还应提高分离器的效率,并且控制入炉煤细颗粒的比例。目前应用奥斯龙汽冷旋风分离技术的国产410t/h循环流化床锅炉燃烧贫煤并加脱硫剂时,已使飞灰含炭量降至8%。认真总结经验,这一问题有望得到解决。

　　4.2 环保效果还没有充分发挥

　　循环流化床是一种清洁燃烧技术,具有低NOx排放低和炉内脱硫等很好的环保性能,这一性能不仅理论上有充分依据而且从国内外工程实践中得到了验证。但是由于国内环保政策不落实,致使大部分用户并未安装脱硫设施,有的虽安装了先进的脱硫设施,甚至投资建成了配套的石灰石粉厂,但由于石灰石脱硫要增加供热成本,也并未真正投入运行。要使用户有积极性主动实施脱硫并具备经济承受能力,还需制订综合配套政策措施。

　　5循环流化床锅炉的应用前景

　　相对于煤粉炉和链条炉而言,循环流化床锅炉的发展历史还较短,尤其是循环流化床锅炉90年代初期在国内一些工程中留下了深刻教训,使一些用户至今对循环流化床的应用非常谨慎。但是认真学习吸收成功的制造厂、设计院、安装和运行单位的经验,应该说没有不可克服的技术障碍。

　　进入二十一世纪以来,我国的经济在飞速发展,煤炭和电力对经济发展的瓶颈制约作用重现,今后一个相当长的时间内煤炭供应将更加紧张,不少的中小热电厂和区域锅炉房要燃用当地的劣质煤或多渠道解决煤炭供应问题,因而循环流化床燃料适应广的特性将更加发挥出来。同时,随着对大气环污染物排放的更加科学严格的政策措施的出台,也将使循环流化床锅炉由于清洁燃烧的特性而更加具有竞争力,因此,应当因地制宜地扩大循环流化床锅炉的应用范围。

     【转载山西蓝天郎凤娥专栏文章】