煤粉鍋爐與循環(huán)流化床鍋爐之比較

1、煤粉鍋爐與循環(huán)流化床鍋爐之比較本文旨在拋磚引玉, 通過總結(jié), 為新建化工企業(yè)項目在動力鍋爐選型時提供 參考,權(quán)衡利弊,做到有的放矢,達(dá)到企業(yè)的環(huán)境效益最大化。 循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)是具有燃料適性好、 燃燒效率高、 氣體污染物排放 低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、飛灰和爐渣可綜合利用等優(yōu)點的潔凈燃燒技術(shù)。近 20多 年,特別是近 5年來循環(huán)流化床鍋爐在我國得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展,目前 220480T/H的循環(huán)流化床鍋爐在我國就有 300多臺,但在使用的過程中也暴露了許 多問題,主要如下:鍋爐受熱面的磨損、爆管;耐火防磨內(nèi)襯材料磨損、開裂脫 落;風(fēng)帽的漏渣、磨損;冷渣器的落渣堵塞;燃煤粒徑過大;灰渣含碳量高;蒸

2、 汽溫度難以保證; 燃燒系統(tǒng)熱工自動化無法投用; 輔機(jī)配套不成熟、連續(xù)運行時 間短等缺點,在選型時值的慎重考慮。(一循環(huán)流化床鍋爐相比煤粉鍋爐的優(yōu)點:1對燃料適應(yīng)性特別好。 循環(huán)流化床鍋爐通過分離器及返料閥組成飛灰再循 環(huán)系統(tǒng), 煤質(zhì)的燃燒產(chǎn)生的飛灰循環(huán)量大小的改變可調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的吸熱量及床 料溫度, 只要燃料燃燒產(chǎn)生的熱值大于把燃料本身及燃燒所需空氣加熱到穩(wěn)定溫 度(850950所需的熱量,這種煤就可在流化床內(nèi)穩(wěn)定燃燒,因此,各種煤 幾乎都可在流化床鍋爐中燃燒, 用來燒各種劣質(zhì)燃料最好不過。 對于燃料煤質(zhì)量 供給不穩(wěn)定的企業(yè)是一種比較好選擇。而煤粉爐對煤質(zhì)的要求較高, 某公司煤粉爐設(shè)計煤種為

3、陜西黃陵煤, 因市場 問題, 先后進(jìn)行了陜西和甘肅其他地區(qū)煤礦的煤試燒, 均未成功,試燒時存在爐 膛噴燃器、 過熱器結(jié)焦, 給煤機(jī)斷煤等現(xiàn)象,使鍋爐無法正常運行,煤粉爐對煤種 適應(yīng)性差的現(xiàn)象比較明顯,現(xiàn)只能燃用設(shè)計的黃陵煤種。2燃料系統(tǒng)比較簡單。 流化床鍋爐是適合于燃用寬篩分燃料 (煤粒度要求為 粒度范圍 0-10mm, 50%切割粒徑 d50=2mm , 燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡化。 所以, 循環(huán)流化床鍋爐本體造價高于同容量的煤粉爐, 省去了復(fù)雜的制粉系統(tǒng), 整體投 資含土建仍低于煤粉爐。3燃燒效率高。 對常規(guī)的煤粉鍋爐, 若煤種達(dá)不到設(shè)計值,效率一般可達(dá)到 8595%,而循環(huán)流化床鍋爐采用

4、飛灰再循環(huán)系統(tǒng),燃燒效率可達(dá)到 9599%。 S J E E A G Q I4負(fù)荷的調(diào)節(jié)范圍寬,調(diào)節(jié)性能好。煤粉鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍通常在 70110%, 在低負(fù)荷時煤粉爐需投油槍進(jìn)行助燃; 而循環(huán)流化床鍋爐由于爐內(nèi)有大量 床料, 蓄熱能力強(qiáng),采用了飛灰再循環(huán)系統(tǒng),調(diào)節(jié)范圍要比煤粉爐寬得多,一般 為 30110%,負(fù)荷調(diào)節(jié)速率可達(dá)(510B-MCR/min。故循環(huán)流化床特別適應(yīng) 于熱電聯(lián)產(chǎn)、熱負(fù)荷變化較大的供熱鍋爐或調(diào)峰機(jī)組鍋爐使用。5燃燒污染物排放低。向循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)加入脫硫劑(石灰石或白云石 粉 ,可以脫去燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫(SO2 。根據(jù)燃料中含硫量決定加入 的石灰石劑量, 在 C

5、a/S摩爾比=22.5時, 脫硫效率可達(dá) 90%。 和煤粉爐比較 (煤 粉爐利用濕法脫硫的成本:利用國外技術(shù)平均費用 13001500元/KW,國內(nèi)技術(shù) 平均費用 1000元/KW ,流化床鍋爐在燒高硫煤時有較大的成本優(yōu)勢。流化床鍋 爐最佳的燃燒溫度在 850950, 在這個范圍適合脫硫反應(yīng), NOx 生成量明顯減 少, 排放濃度在 100200ppm,低于煤粉爐的 500600ppm, 循環(huán)流化床鍋爐的其 它污染物排放如 CO、 HCl、HF 的排放也低于煤粉爐;對煤粉爐而言,要從煙氣中 脫除 NOx,造價比煤粉爐脫硫的費用還要大得多。循環(huán)流化床鍋爐在 SO2、NOx 的排放量完全能達(dá)到國家

6、環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn), 使它與煤粉鍋爐在環(huán)境排放方面競爭有 絕對的優(yōu)勢。6燃燒熱強(qiáng)度大, 爐內(nèi)傳熱能力強(qiáng)。 由于循環(huán)流化床鍋爐采用飛灰再循環(huán)系 統(tǒng),燃燒熱強(qiáng)度比較高,截面熱負(fù)荷可達(dá) 38MW/m2,接近或高于煤粉爐, ,爐膛 容積熱負(fù)荷為 1.52MW/m3是煤粉爐的 810倍。 流化床爐內(nèi)傳熱主要是上升煙 氣和物料與受熱面的對流換熱和輻射換熱 ,爐膛內(nèi)氣固兩相混合物對水冷壁的 傳熱系數(shù)比煤粉鍋爐爐膛的輻射傳熱系數(shù)大得多。 與煤粉爐相比較, 可大幅節(jié)省 受熱面的金屬耗量。7給煤點數(shù)量少, 布置簡單。 循環(huán)流化床鍋爐橫向混合特性較好,給煤點較 煤粉爐少 ,如 220T/H只有 4個給煤點,給煤點的減少簡

7、化了給煤裝置的布置, 使給煤點不易結(jié)焦,運行可靠。 8易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用。流化床的底渣含碳量一般為 13%,飛灰含碳 量 415%,流化床鍋爐最佳的燃燒溫度在 850950,與煤粉爐相比較屬中低 溫燃燒, 產(chǎn)生的灰渣不會軟化和黏結(jié), 活性較好,可用作制造水泥的摻和料或者 建筑材料,綜合利用前景廣闊。S J E E A G Q I(二循環(huán)流化床鍋爐相比煤粉爐的缺點:1循環(huán)流化床鍋爐風(fēng)機(jī)電耗大、 煙風(fēng)道阻力高。 相對于煤粉鍋爐,流化床鍋 爐一次風(fēng)機(jī)、 二次風(fēng)機(jī)、 流化風(fēng)機(jī)壓頭高;流化床獨有的布風(fēng)板裝置和飛灰再循 環(huán)燃燒系統(tǒng)使送風(fēng)系統(tǒng)的阻力遠(yuǎn)大于煤粉鍋爐送風(fēng)的阻力, 煤粉爐送風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一 般在 2

8、KPa 以下,而流化床鍋爐的送風(fēng)機(jī)風(fēng)壓一般運行在 10KPa 以上,電耗大, 噪音高,震動大。一般循環(huán)流化床鍋爐用電比率比煤粉爐至少高 45%以上。2鍋爐部件的磨損較嚴(yán)重。 由于流化床鍋爐內(nèi)的物料成高濃度、 高風(fēng)速的特 點,故鍋爐部件的磨損比較嚴(yán)重。雖然采取了耐火耐磨澆注料處理、噴涂處理、 密稀相區(qū)讓管等防磨措施處理, 但實際運行中循環(huán)流化床爐膛內(nèi)的受熱面磨損速 度仍遠(yuǎn)大于煤粉鍋爐。 某企業(yè)流化床鍋爐在運行一年半后出現(xiàn)首次爐膛內(nèi)屏式過 熱器爆管, 對過渡區(qū)水冷壁進(jìn)行測厚, 60×6與51×6的 20G/GB5310的水冷 壁管, 部分水冷壁管磨損的壁厚減薄量為 1.5mm,

9、占到壁厚的 25%, 已接近減薄量 為大于原厚度 30%水冷壁管更換標(biāo)準(zhǔn)。 密稀相區(qū)交界處的管壁磨損處理修復(fù)要比 煤粉爐難度大得多。3耐火耐磨層磨損、 開裂和脫落是流化床鍋爐比較棘手的問題。 流化床鍋爐 使用耐火材料的部位和數(shù)量比煤粉爐要多許多。而由于耐火耐磨材料選擇不當(dāng), 或者施工工藝不合理,或者烘爐和點火啟動中溫度控制不當(dāng),升溫、降溫過快, 導(dǎo)致耐火材料中蒸發(fā)水汽不能及時排出, 或者熱應(yīng)力過大, 造成耐火材料內(nèi)襯破 裂和脫落。 密相區(qū)內(nèi)耐火材料的的脫落將破壞正常的床料流化工況, 造成床料結(jié) 渣。 分離器、 料腿及返料閥系統(tǒng)耐火材料的的脫落將堵塞返料系統(tǒng)結(jié)渣,物料循 環(huán)破壞, 循環(huán)流化床鍋爐

10、變成鼓泡流化床鍋爐,蒸發(fā)量無法維持,被迫停爐。而 在煤粉鍋爐中不存在這個問題, 因煤粉鍋爐冷灰斗耐火材料的脫落及結(jié)渣而影響 停爐的事故很少見。4點火啟動時間長。 循環(huán)流化床鍋爐點火啟動時間除受汽包升溫速率的影響 外, 還受到耐火防磨層內(nèi)襯材料溫升和能承受的熱應(yīng)力限制。 溫升過快,耐火防 磨層內(nèi)襯材料熱應(yīng)力將超過允許熱應(yīng)力出現(xiàn)開裂。 所以, 對循環(huán)流化床鍋爐點火 啟動時間和升溫速率有嚴(yán)格要求。 汽冷旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐從冷態(tài)啟動 到帶滿負(fù)荷的時間一般控制在 68小時。而煤粉鍋爐因無大面積的耐火防磨內(nèi) 襯材料, 點火啟動只考慮汽包升溫速率, 點火時間相對較短,冷態(tài)在 56小時就 S J E

11、E A G Q I可達(dá)到設(shè)計負(fù)荷。5循環(huán)流化床鍋爐對燃料適應(yīng)性廣, 但對燃煤粒徑要求嚴(yán)格。 循環(huán)流化床鍋 爐燃煤粒徑一般在 010mm之間,平均粒徑在 2.53.5mm之間,如果達(dá)不到這 個要求, 將帶來運行中的不良后果, 鍋爐達(dá)不到設(shè)計蒸發(fā)量, 主汽溫度難以保證, 灰渣含碳量高,受熱面磨損嚴(yán)重。6N2O 生成量較煤粉爐高。與高溫煤粉爐燃燒過程相比較,循環(huán)流化床鍋爐 燃燒溫度較低,NOX(NO、NO2等氮氧化物的總稱生成量較少,但 N2O 的生成 量較大, , 它俗稱 “笑氣” , 是一種強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體, 對大氣臭氧層具有破壞作用, 導(dǎo)致紫外線直接照射到地球上, 引發(fā)皮膚癌。目前國際上對“笑氣

12、”排放比較關(guān) 注。7循環(huán)流化床鍋爐尾部受熱面的磨損比煤粉爐大。 循環(huán)流化床鍋爐的飛灰份 額比煤粉爐小, 但飛灰粒徑比煤粉爐大得多, 在運行中如果分離器效果差或煙氣 流速大,將導(dǎo)致過熱器、省煤器等受熱面磨損嚴(yán)重。8循環(huán)流化床鍋爐的核心部件風(fēng)帽較易磨損。風(fēng)帽通風(fēng)孔之間的橫向沖刷, 及高速床料對風(fēng)帽的磨損容易引起風(fēng)室漏渣、流化效果惡化、結(jié)焦、溝流現(xiàn)象, 影響鍋爐負(fù)荷。 而風(fēng)帽的維修異常困難, 需要先清除布風(fēng)板上幾十噸的惰性床料, 然后又回裝,檢修周期長,勞動力需求大。煤粉爐就不存在這個問題。9運行維護(hù)費用較高, 運行周期短。 循環(huán)流化床鍋爐本體, 包括耐火防磨層, 金屬受熱面和風(fēng)帽磨損嚴(yán)重, 導(dǎo)致流

13、化床日常維修費用較煤粉爐高。 由于本體及 輔機(jī)事故比煤粉爐多, 循環(huán)流化床鍋爐連續(xù)累計運行時間比煤粉爐短, 煤粉爐年 運行時間可以達(dá)到 8000h/y以上,而流化床幾乎不可能,運行周期能達(dá)到 100天就不錯了。2006年某企業(yè)循環(huán)流化床鍋爐在運行過程中,停車 17次,因流化 床本身問題停車10次, 本年度共運行:6027.37h (約 251.14天 停運:2733.73h(約 113.90天, 單次連續(xù)最長運行時間:約 1063.42小時(44.3天 ,但該臺循環(huán) 流化床鍋爐 2007年已運行 100天未檢修, 有記錄循環(huán)流化床鍋爐運行過 180天! 對適應(yīng)化工系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行的要

14、求有一定的差距。10循環(huán)流化床鍋爐實現(xiàn)自動化控制難度大。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒系統(tǒng)較 煤粉爐復(fù)雜得多, 對床壓的控制、床溫的控制、返料系統(tǒng)風(fēng)量的控制,都是煤粉 鍋爐所沒有的,加之爐內(nèi)磨損嚴(yán)重,壓力、溫度測點連續(xù)投運可靠性無法保證, S J E E A G Q I自動化控制較煤粉爐難得多,風(fēng)煙系統(tǒng)自動控制能達(dá)到單沖量自動控制就不錯 了,而煤粉爐通過調(diào)試可以達(dá)到燃燒系統(tǒng)自動控制,減少了操作人員的工作量。 這是循環(huán)流化床鍋爐所不具備的。綜上說述, 循環(huán)流化床鍋爐在運行中的問題要較煤粉鍋爐多, 連續(xù)運行小時 數(shù)要比煤粉爐短, 在化工行業(yè)選型中, 如果燃料煤質(zhì)供應(yīng)可靠,燃料含硫量低可 考慮煤粉鍋爐,它具有

15、燃燒穩(wěn)定, ,輔機(jī)技術(shù)成熟自動化程度高,易于操作,運 行周期長,維修量相對較小的優(yōu)點,適合化工系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行的特點。 反之, 若立足于燃燒劣質(zhì)煤,供煤質(zhì)量不穩(wěn)定,且煤質(zhì)含硫量高,環(huán)境排放要求 苛刻,屬于供熱、調(diào)峰、熱電聯(lián)產(chǎn)類的供熱形式,良好的脫硫成本,對各種煤質(zhì) 良好的適應(yīng)性,考慮循環(huán)流化床鍋爐是好選擇。相關(guān)概念:1鍋爐的分類有很多種,按燃燒方式可分為:火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、 流化床燃燒鍋爐和旋風(fēng)燃燒鍋爐。 循環(huán)流化床鍋爐是流化床鍋爐的一種; 煤粉爐 是火室燃燒鍋爐的一種。2層燃與室燃的區(qū)別:室燃鍋爐包括燃煤 (即煤粉鍋爐、燃?xì)忮仩t和燃油鍋爐。煤粉爐首先要通 過磨煤機(jī)把煤磨到一定細(xì)度再以一次風(fēng)送入燃燒器并引燃, 增加二次風(fēng)、 三次風(fēng) 等以利繼續(xù)燃燒。煤粉懸浮在燃燒室空中,混合燃燒劇烈。流化床燃燒方式是一種介于層狀燃燒和懸浮燃燒方式之間的燃燒方式, 床內(nèi) 的固體顆粒可以像流體一樣從底部或側(cè)面的空口中排出?？梢韵胂笠幌? 床層的固體燃燒顆粒放在一塊既能使氣體通過又能在床層靜 止或者流體速度較小時不使顆粒落下的托板上, 那么, 不算提高通過床層的氣體 速度, 燃料層就會隨著氣流速度的增大而相繼出現(xiàn)不同的狀態(tài)。 隨空氣流速度的 增大, 床料開始膨脹, 燃料高度發(fā)生變化,氣體對固體顆粒產(chǎn)生的作用力與固體 顆粒所受的其他外力相平衡(主要是重力 ,固體顆粒呈現(xiàn)