美國(guó)燃燒動(dòng)力公司細(xì)粒子循環(huán)流化床燃燒

1、美國(guó)燃燒動(dòng)力公司細(xì)粒子循環(huán)流化床燃燒技術(shù)分析及在我國(guó)的應(yīng)用馮曉強(qiáng)中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程公司內(nèi)容摘要 本文分析美國(guó)燃燒動(dòng)力公司細(xì)粒子循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的主要特點(diǎn)及在我國(guó)應(yīng)用前景關(guān) 鍵 詞 細(xì)粒子循環(huán)流化床 技術(shù) 應(yīng)用一、序循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近年才發(fā)展起來(lái)的清凈燃燒新技術(shù)。60年代末，西方主要工業(yè)國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行理論研究和實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)研究，在進(jìn)行了床層動(dòng)力學(xué)，床內(nèi)傳熱、氣固分離、下灰回送、床內(nèi)脫硫等大量研究后，于70年代末進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，并在80年代中期進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，目前已處于成熟運(yùn)行階段。我國(guó)的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)以及使用相對(duì)較晚，80年代中期開(kāi)始研制，直到90年代初才在全國(guó)推廣，由于國(guó)內(nèi)在研制

2、循環(huán)流休床鍋爐方面時(shí)間不長(zhǎng)，技術(shù)有限，加之經(jīng)費(fèi)投入不足等原因，使國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐不同程度地存在著運(yùn)行周期短、事故頻繁等現(xiàn)象。制約著循環(huán)流化床鍋爐這一潔凈、燃燒效率高的燃燒技術(shù)廣泛推廣，影響著國(guó)內(nèi)的能源合理利用。國(guó)家機(jī)械工業(yè)部GEF項(xiàng)目選定的美國(guó)燃燒動(dòng)力公司細(xì)粒子循環(huán)燃燒技術(shù)作為國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的示范技術(shù)，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合燃用中國(guó)的含硫劣質(zhì)燃料?，F(xiàn)已有三臺(tái)該技術(shù)循環(huán)流化床鍋爐在河南省安陽(yáng)化肥廠選用，其中兩臺(tái)已投入正常運(yùn)行，另一臺(tái)正抓緊安裝中。準(zhǔn)備今年年底由世界銀行及國(guó)家機(jī)械工業(yè)部組織驗(yàn)收。了解國(guó)外在循環(huán)流化床鍋爐方面的先進(jìn)思想、先進(jìn)技術(shù)，這對(duì)提高我國(guó)循環(huán)流休床

3、鍋爐整體技術(shù)應(yīng)有很大的幫助。二、CPC公司細(xì)粒子循環(huán)流化床鍋爐主要技術(shù)特點(diǎn)該細(xì)粒子循環(huán)流化系統(tǒng)，具有高效氣固分離，高溫顆粒再循環(huán)和在密相床內(nèi)低速流化并進(jìn)行高效燃燒換熱的系統(tǒng)。這使得燃料顆粒在燃燒室內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，燃燒得更完全。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：1. 標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)：該爐整體設(shè)計(jì)采用與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)不同的模塊設(shè)計(jì)方式，燃燒室由多個(gè)相同的模塊組成，每一模塊由旋風(fēng)分離器、回料管、床內(nèi)蒸發(fā)受熱面和布風(fēng)系統(tǒng)組成。組合鍋爐時(shí)可根據(jù)用戶要求及鍋爐容量大小，采用不同型式的模塊組合，以滿足鍋爐出力的要求。這種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使得每一模塊的實(shí)際燃燒工況都能達(dá)到預(yù)期目的，有利于組織生產(chǎn)，減少在工地的安裝工作量，并有效地保證安裝

4、質(zhì)量，使鍋爐整體性能得到保證。見(jiàn) 圖一：再循環(huán)分離器 分離器上升管帶耐火材料襯里的自由空間細(xì)顆粒重力回料管床上燃料及石灰石給進(jìn)可拆除蒸發(fā)管束定向流動(dòng)風(fēng)帽水冷布風(fēng)板 風(fēng)室圖1 大模塊2. 布風(fēng)系統(tǒng)循環(huán)流化床的風(fēng)帽是燃燒設(shè)備中的重要另部件，其結(jié)構(gòu)特性直接關(guān)系到鍋爐燃燒配風(fēng)的合理性。該技術(shù)采用平板定向流動(dòng)風(fēng)帽，焊在水冷支架上，下部與一次風(fēng)室連通，平板定向流動(dòng)風(fēng)帽開(kāi)口處風(fēng)速在60-90m/s范圍，出口氣流與水平有微小夾角，而整個(gè)布風(fēng)板是由一定數(shù)量的風(fēng)帽按照不同的出風(fēng)口方向排列組合而成。這種布風(fēng)系統(tǒng)使得空氣在爐內(nèi)可按設(shè)計(jì)者意圖固定流動(dòng)。當(dāng)一次風(fēng)由爐膛底部通過(guò)布風(fēng)系統(tǒng)引入爐內(nèi)時(shí)，在密相區(qū)底部形成了床料的高

5、速橫向擾動(dòng)，形成紊流層，利于燃料與空氣以及石灰石的充分混合與接觸，保證了燃料充分燃燒和高效脫硫。由于風(fēng)帽出口方向是按一定角度組合，所以又能使燃盡灰渣按一定線路排出。這樣避免了國(guó)內(nèi)一些鍋爐在密相區(qū)內(nèi)發(fā)生床料堆積結(jié)焦問(wèn)題。見(jiàn)圖二、圖三：3流化風(fēng)速及燃料適應(yīng)性燃料的充分燃燒取決于燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間及化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)烈程度。該流化床采用截面積較大的長(zhǎng)方形燃燒室，燃燒空氣進(jìn)入床內(nèi)后，在密相區(qū)與床料充分混合，由于燃燒室的載面積較大，使得床內(nèi)的流化上升速度僅為1.5m/s左右，這樣延長(zhǎng)了燃料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，使燃料在爐內(nèi)能燃盡。由于該爐的此種特性，使得進(jìn)入爐內(nèi)的燃料的選擇范圍更廣，低揮發(fā)份無(wú)煙煤或化肥廠造氣爐

6、的造氣爐渣均能在爐內(nèi)很好燃燒。燃盡的細(xì)粒子只有小于400um以下才能隨低速流化風(fēng)排出爐堂。此種燃燒方式對(duì)于化肥企業(yè)尤為適合，大量的造氣爐渣通過(guò)燃燒后，一方面減輕了造氣爐渣對(duì)環(huán)境的污染，另一方面又合理利用了爐渣中殘?zhí)脊?jié)省了能源，同時(shí)，由于流化上升速度較低，減輕了由于高速流化風(fēng)引起的耐火材料及床內(nèi)受熱面的磨損。4. 分離裝置循環(huán)流化床技術(shù)好壞的關(guān)鍵部分是分離裝置，如分離效果差則使整個(gè)系統(tǒng)能耗高，且會(huì)因煙塵中粉塵的粒徑較大而對(duì)尾部熱面造成磨損。CPC公司鍋爐在燃燒室頂部設(shè)置了多個(gè)小直徑高效旋風(fēng)分離器，按照旋風(fēng)分離原理：分離器的內(nèi)徑越小，其分離效率越高。該種爐型在爐頂上設(shè)置的多個(gè)小直徑分離器，在切割粒

7、徑dp50=15um時(shí)，其分離效率可達(dá)99%。通過(guò)燃燒室上部自由段煙氣所攜帶出去的床料進(jìn)入旋風(fēng)分離器后未燃盡顆粒被分離下來(lái)，然后通過(guò)直接布置在爐內(nèi)的重力回料管返回到密相區(qū)中。該 爐分離器布置在爐頂，回料管出口在燃燒室密相區(qū)底部，不設(shè)“L”式“U”型回料閥，依靠床料重力在回料管內(nèi)形成與爐膛上下部分間壓差相平衡的床料高度，在鍋爐運(yùn)行中自動(dòng)維持被分離的床料高度并使多余床料返回爐膛密相區(qū)內(nèi)，形成爐內(nèi)物料的正常循環(huán)。5. 負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)該爐設(shè)有獨(dú)特的負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由床上高位排渣口，熱床料倉(cāng)及氣力輸送管路及高壓風(fēng)機(jī)組成。當(dāng)鍋爐負(fù)荷波動(dòng)較小時(shí)，只須通過(guò)調(diào)節(jié)鍋爐給煤量即可完成。而當(dāng)鍋爐負(fù)荷作大幅度降低或升高時(shí)，

8、即可由該負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)：即當(dāng)鍋爐負(fù)荷作大幅度降底時(shí)，把密相區(qū)內(nèi)的床料通過(guò)氣力輸送系統(tǒng)送入熱床料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存起來(lái)，由于爐內(nèi)床料量的減少，使鍋爐受熱面相對(duì)減小，鍋爐負(fù)荷即降低；而當(dāng)鍋爐需快速增大負(fù)荷時(shí)，適當(dāng)將熱床料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存的床料送回爐內(nèi)，使鍋爐受熱面相對(duì)增加，鍋爐負(fù)荷即增大。通過(guò)以上操作，可以快速調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷，此系統(tǒng)很適合需要鍋爐負(fù)荷變化頻繁的用戶，能很快地滿足用戶對(duì)鍋爐負(fù)荷的要求。見(jiàn)圖四：圖 46. NOX及SO2的排放由于該種爐型燃燒室大、參與爐內(nèi)循環(huán)的床料很細(xì)、循環(huán)利用率高、燃料在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)、加之爐溫為800850，適宜于爐內(nèi)的氧化反應(yīng)，有利于石灰石的分解和與硫的化學(xué)反應(yīng)，且不利

9、用于氮氧化物的生成。在美國(guó)的用戶實(shí)例：當(dāng)Ca/S=1.8時(shí)，其脫硫率可達(dá)95%以上，由于其特殊的結(jié)構(gòu)使石灰石耗量低于其它循環(huán)流化床鍋爐。（下轉(zhuǎn)第182頁(yè)）（上接第242頁(yè)）三、CPC細(xì)粒子循環(huán)流化床技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，但資源卻相對(duì)貧乏，因燃燒技術(shù)落后、使環(huán)境狀況惡化，應(yīng)利用先進(jìn)的技術(shù)使國(guó)內(nèi)貧乏的資源得到充分利用。所以CPC細(xì)子循環(huán)流化床技術(shù)因以下原因在國(guó)內(nèi)應(yīng)有很好的發(fā)展前景。1. 技術(shù)方面中國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，鍋爐技術(shù)的發(fā)展特別在循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方面的發(fā)展落后國(guó)外許多年，目前國(guó)內(nèi)雖然有許多鍋爐廠在生產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐，但大部分技術(shù)含量很低，沒(méi)有吃透循環(huán)流化床的主要技術(shù)，就

10、匆匆上馬。屬于低層次，重復(fù)發(fā)展，既浪費(fèi)國(guó)家的寶貴資源，又使用戶不能很好地利用它為企業(yè)增效。所以適當(dāng)借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)可以起到引導(dǎo)作用，以提高國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床技術(shù)的整體水平。2. 環(huán)境保護(hù)方面我國(guó)能源是以煤炭為主的國(guó)家,一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占75%,且低質(zhì)、含硫煤占有很大比例。煤炭產(chǎn)生的SO2約占我國(guó)大氣污染總量的90%、CO：71%、NOX：70%、灰塵微粒：60%，1994年SO2排放引起的酸面積已達(dá)國(guó)土面積的30%以上。采用CPC循細(xì)粒子循環(huán)流化床技術(shù)后，由于燃燒完全使總耗煤量將減少。爐內(nèi)的低溫燃燒及加入適量CaCO3后，其排煙含硫?qū)p少95%，NOX排放量將減少50%。鍋爐除塵系統(tǒng)中采用長(zhǎng)袋脈沖布袋除塵器，其煙塵排放量小于100mg/Nm3，只有國(guó)家允許排放量的幾分之一。這將使我國(guó)能耗降低，環(huán)境得到很好的改善。3. 能源政策由于我國(guó)的煤炭資源不豐富，且高質(zhì)量的煤炭都為工業(yè)用煤，燃料煤均為低質(zhì)、高硫煤。一般鍋爐較難以完全燃燒，便鍋爐排出的灰、渣殘?zhí)几哌_(dá)2030%以上，嚴(yán)重浪費(fèi)能源，高殘?zhí)蓟以缓锰幚?，又成為新的環(huán)境污染。CPC鍋爐技術(shù)由于采用大爐膛，低上升速度，使燃料能在爐內(nèi)燃盡，灰渣殘?zhí)夹∮?%，特別是化工企業(yè)中的造氣爐渣，由于揮發(fā)份為零，硬度很硬，一般鍋爐甚至國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床對(duì)它都難以處