熱電廠循環(huán)流化床鍋爐的選型

　/h循環(huán)流化床爐型的合理性及在配置上的注意事項。

　　紹興馬山熱電廠始建于1987年，經過4次擴建，已形成有一定規(guī)模的中型熱電廠，穩(wěn)定供熱在67.5/h以上。隨著紹興經濟的增長，印染等用熱行業(yè)的不斷擴大，熱負荷也將不斷增加，截止2002年底前，袍江工業(yè)區(qū)的用熱將達到110/h，2003年底前達到180/h，2004年底前達到320t/h現有的裝機容量無法滿足日益增長的熱負荷需要，為此，必須擴建紹興馬山熱電廠。

　　根據上述熱負荷的需求，需擴建1臺12MW的抽汽凝汽式機組和2臺6MW的背壓式汽輪發(fā)電機組。為滿足汽機進汽的需要，需要對鍋爐進行選擇。

　　1鍋爐的爐型選擇目前國內生產并可以與之配套的電站鍋爐有鏈條爐排爐、煤粉爐和循環(huán)流化床鍋爐3種。其中循環(huán)流化床鍋爐有以下特點：煤種適應性強，燃燒效率較高，負荷調節(jié)靈敏，并能在低負荷下穩(wěn)定燃燒。加石灰石可實現爐內脫硫，脫硫效率可達80%以上；且因低溫燃燒，NOx生成量低，一般可以控制在200 ~300mZm3.爐后一般均配用靜電除塵器，滿足環(huán)保對煙塵的排放要求。而煤粉爐由于系統(tǒng)復雜，S2低排放濃度的難度大，而煙氣脫硫目前盡管方法很多，如爐內噴鈣尾部煙道增濕脫硫法、干法煙氣脫硫、濕法煙氣脫硫和電子束煙氣脫硫等，采用全進口的設備及技術，其價格非常昂貴；在小容量的鍋爐中應用不多。煤粉爐、鏈條爐排爐在脫硫的方面目前難以滿足環(huán)保對大氣污染防治的要求。循環(huán)流化鍋爐由于可以爐內加鈣脫硫的獨特優(yōu)勢，在一定的鈣硫比下，脫硫效率可達80%及以上，滿足環(huán)境保護的要求。根據上述分析對比，采用循環(huán)流化床鍋爐是比較合適的。

　　2循環(huán)流化床鍋爐2.1循環(huán)流化床鍋爐特點循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是20世紀80年代發(fā)展起來的新一代燃煤流化床鍋爐，具有高效率和低污染的特點。由于循環(huán)流化床具有熱容量很大的物料與之良好的混合，所以對燃料的適應性強，包括劣質燃料也能運行。同時循環(huán)流化床床內強烈的湍流和物料循環(huán)，增加了燃燒的停留時間，因而其燃燒效率高。通常運行操作溫度在850~ 950°C，這是一個理想的脫硫溫度區(qū)間，在床內加入石灰石或脫硫劑，可以使SO2排放量大大降低。循環(huán)流化床鍋爐采用低溫分級送風燃燒，使燃燒始終在低過量空氣下進行，從而大大降低了NOx的生成，低溫燃燒可使NOx控制在200m/m3之下。

　　循環(huán)流化床的物料濃度大，一般每公斤煙氣可攜帶若干公斤的物料，這些循環(huán)物料帶來了高傳熱系數，使鍋爐負荷調節(jié)范圍廣，且循環(huán)量與鍋爐負荷變化一致，在40%~50%負荷時鍋爐仍能達到額定汽溫和壓力，在更低負荷下也能穩(wěn)定運行而無需增加輔助燃料，在無助燃燃料時最低負荷可達30%~25%，負荷變化可達每分鐘5%負荷。正因為如此，循環(huán)流化床鍋爐在我國從20世紀90年代初得到迅速的發(fā)展。

　　2.2國內75t/h和130t/hCFB鍋爐應用情況國內目前已生產的循環(huán)流化床鍋爐的容量主內生產的廠家較多，運行的業(yè)績也多，目前在全國內運行的有幾百臺。但最初國內75/hCFB在運行中鍋爐絕大多數可以脫硫但沒有采用脫硫。

　　隨著環(huán)境保護意識的增強，未采用脫硫的CFB爐紛紛加以改造，完善脫硫措施。目前75/hCFB爐已經趨于成熟，脫硫措施完善，設備比較可靠。在本省及外省選用的75/hCFB爐有蕭山經濟開發(fā)區(qū)熱電廠、紹興市第一熱電廠、上海青浦工業(yè)園區(qū)熱電廠等多家熱電廠。

　　/h的CFB鍋爐國內目前已投運用戶較少，近年來國內眾多廠家開發(fā)研制130/hCFB鍋爐，如東方鍋爐廠、上海鍋爐廠等。但大多數用戶的運行實踐經驗尚不足，尚待有完善的過程。目前已開發(fā)研制的130/hCFB爐有次高壓、次高溫（5.3MPa、485°C）鍋爐、次高壓、中溫（。3MPa、450°C）鍋爐和中溫中壓（3.鍋爐3種。我們于2001年5月份分別去湖北松木坪電廠（上海鍋爐廠生產）和石家莊熱電三廠（無錫鍋爐廠生產）已投運的130/hCFB鍋爐進行調研，總體情況如下：鍋爐出力均能達到額定負荷，運行調節(jié)性能較好。

　　連續(xù)運行時間較長，可達半年以上。

　　~90%（松木坪電廠）石家莊熱電三廠由于燃煤采用含碳量高達71%~73%非設計煤種，飛灰含碳量較高為15%左右，廠方認為，如采用設計煤種，飛灰含碳量可下降至10%以下：經加石灰石脫硫試驗，脫硫效率可達90%以上。

　　鍋爐結構和熱膨脹方面設計合理，流化狀況較理想，磨損方面情況也較好。

　　石家莊熱電三廠返料風采用一次風供，其風壓與爐前給煤風互相牽制，運行狀況不大理想。

　　鍋爐連續(xù)運行時間很大程度上取決于輔助設施，如給水調節(jié)閥，高壓風機、流化風機等質量及可靠程度。

　　松木坪電廠鍋爐采用DCS控制系統(tǒng)，現場簡單操作方便，可靠。

　　重要附機的廠家型號選擇也很關鍵，如冷渣機、一、二次風機、返料風機、給煤機等，可直接影響鍋爐安全經濟運行。

　　130/hCFB鍋爐從本體上看沒有大的缺陷，運行穩(wěn)定可靠。能滿足電廠的正常運行、負荷調節(jié)穩(wěn)定、可靠、靈活，其運行參數達到設計要求，符合電廠運行條件。制造廠家對循環(huán)流化床在濃稀相分界面布置均采取一定的措施，以減小水冷壁管的磨損，在分離器的設計上，多數采用方型和圓型分離器，據用戶反映，均能達到較好的分離效果。脫硫采用加入適量的石灰石粉，其脫硫效率可達90%以上。因此，只要輔機選型配置得當，風、煙、煤系統(tǒng)設計合理，精心安裝施工，加強運行管理，130/hCFB鍋爐運行的安全性、可靠性均優(yōu)于鏈條爐和煤粉爐，且還有易于負荷調節(jié)、低污染等優(yōu)點。

　　3 130t/h循環(huán)流化床鍋爐設計和建設時應注意的問題/h循環(huán)流化床鍋爐可以看出，2種爐型都是可以接受的，關鍵是馬山熱電廠所處的袍江工業(yè)區(qū)的熱負荷的增長，到2⑴4年熱負荷達到320/h，為滿足該熱負荷的需要，如采用75 /h循環(huán)流化床鍋爐則需5臺，考慮到熱負荷的發(fā)展有可能會出現小爐群的現象，從這一點講無論是鍋爐的燃燒效率、節(jié)約能源、環(huán)境保護還是節(jié)約用地等都較130/h要稍遜一點。據此，馬山熱電廠擴建工程采用130/h循環(huán)流化床鍋爐。

　　從對130t/循環(huán)流化床鍋爐的運行調研看，造成循環(huán)流化床鍋爐本體不能長期連續(xù)運行的因素主要是：飛灰的含碳量高、磨損和超溫結渣等。

　　3.1降低鍋爐的飛灰含碳量選用較高的爐內燃燒溫度，提高煤的燃燒強度。通常設計床溫為915°C，爐膛出口溫度為905°C左右，整個爐膛溫度分布均勻。

　　采用合理的流化速度。爐內下部風速為4.8m/左右，上部流化風速為4.4m/，使用這樣下爐膛流化風速，改善了煤粒尤其是大顆粒的流化質量，增加對煤粒度的適應范圍；采用較低的爐膛上部速度，使爐內內循環(huán)量增加，相應地延長了碳粒在爐內的停留時間，提高燃燒效率。

　　采用較大的爐膛容積和爐膛高度，延長煙氣和煤粒在爐內的停留時間。

　　合理的配風，增強爐內的氣流擾動。

　　選用蝸殼式旋風分離器，其分離效率高，能有效捕集更細的顆粒，從而提高燃燒效率。

　　目前國內外采用的分離器主要有：撞擊式分離器、平面流分流器、百葉窗式分離器、方形分離器和旋風分離器。經過多年實踐運行證明，撞擊式分離器、平面流分離器、百葉窗式分離器的分離效率普遍很低。而分離效率直接影響循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率和在一定Ca/S比下的脫硫效率。方形分離器最早由芬蘭Ahlstom公司提出，主要用于燃生物質燃料上，而非用于燃煤鍋爐上，國內研究出用于燃煤鍋爐的方形分離器，布置于爐膛與尾部煙道之間，結構緊湊，使整個循環(huán)流化床鍋爐的體積減少。從目前方形分離器的試驗數據看，在冷態(tài)試驗中有很高的分離效率，但在熱態(tài)試驗的結果恰不理想，西安熱工所對水冷方形分離器進行熱態(tài)試驗的典型數據見表1表1水冷方形分離器分離效率等典型數據序號名稱符號單位工況1工況2工況3工況4爐膛空塔速度分離器入口灰濃度分離器入口煙速分離器分離效率分離器阻力厶p從表中可以看出，方形分離器的分離效率是無法滿足循環(huán)流化床鍋爐高效燃燒要求的。

　　切向式高溫旋風分離器的分離效率一般能達到98%~99%，經改進設計的蝸殼式高效旋風分離器分離效率可達到99. 5%以上，高效的分離效率對于循環(huán)流化床鍋爐的高燃燒效率至關重要的。但對制造工藝要求高，成本也高，因此目前鍋爐行業(yè)多采用水（汽）形式的切向式高溫旋風分離器或蝸殼式旋風分離器以降低制造成本，而其分離效率要低于真正的蝸殼式分離器的分離效率。雖然其分離效率已能滿足鍋爐物料循環(huán)和傳熱爐膛內所需的灰粒子濃度不影響鍋爐的滿負荷運行，但對于那些不能夠被分離下來，重新送回爐膛燃燒的未燃燼細小碳粒子量將大大增加。因而在一定程度上影響鍋爐效率和飛灰含碳量。根據上述情況，馬山熱電廠的循環(huán)流化床鍋爐的分離器選擇采用汽冷高效蝸殼式分離器。

　　3.2減少鍋爐磨損針對循環(huán)流化床鍋爐爐內、分離器、回料器等由于在高溫高灰濃度的環(huán)境下工作，其磨損較為嚴重。早期的75 /h循環(huán)流化床鍋爐也存在因防磨措施設置不當而影響鍋爐安全運行問題。目前鍋爐廠主要采取以下措施：在爐膛下部水冷膛、爐膛出口四周局部區(qū)域、頂部高灰濃度回流區(qū)、爐膛開孔區(qū)域和旋風分離器內壁均敷設耐磨材料，耐磨材料用高密度銷釘固定。

　　爐內水冷壁管、彎管區(qū)域附近敷設耐磨材料。

　　爐膛內部，在防磨材料的分界處采用噴涂或涂料進行防磨。

　　回料器及立管內壁敷設耐磨澆注料。

　　尾部豎井煙道內過熱器蛇形管安裝有防磨蓋板，省煤器采用膜式壁結構，本身具有一定的防磨功能，在過熱器和省煤器煙氣側進口四周均裝有防止煙氣偏流的阻流板，同時合理選取對流受熱面的煙速。

　　旋風分離器中心筒采用耐高溫、耐腐蝕、抗磨損的特種鋼材。

　　通過上述措施，只要認真貫徹，磨損的問題可以解決。

　　采取以下可防止鍋爐的超溫結渣的措施：通過鍋爐本體設計，確保沿爐膛斷面以及沿爐膛高度方向上溫度場的均勻性。