35t／h循環(huán)流化床鍋爐的研制與推廣

1、35t/h循環(huán)流化床鍋爐的研制與推廣中國科學(xué)院工程熱物理研究所張亞夫姜鴻安包紹麟王達(dá)三一、前言35噸時循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐的研究，開發(fā)和定型推廣，是中國科學(xué)院工程熱物理研究所牽頭承擔(dān)的國家七五科技攻關(guān)任務(wù)，它被列入七五國家重點科技攻關(guān)計劃重點項目的四百項新產(chǎn)品中，由濟(jì)南鍋爐廠進(jìn)行施工設(shè)計和加工制造，安裝在明水熱電廠的35TH循環(huán)流化床鍋爐4號爐於1989年12月通過了部級技術(shù)鑒定，它是我國第一臺并網(wǎng)發(fā)電的循環(huán)流化床鍋爐，填補(bǔ)了國內(nèi)發(fā)電鍋爐應(yīng)用循環(huán)流化床技術(shù)的空白。不少單位到明水參觀，實習(xí)，這臺鍋爐的運(yùn)行對促進(jìn)循環(huán)流化床技術(shù)在中國的發(fā)展和推廣起到一定作用。目前國內(nèi)已有數(shù)十家研究單位和制造廠進(jìn)行循環(huán)

2、流化床鍋爐的研制和技術(shù)開發(fā)，已有多種型投入運(yùn)行，兩種結(jié)構(gòu)的75T/H分級循環(huán)流化床鍋爐通過了部級產(chǎn)品鑒定，由中國科學(xué)院承擔(dān)的國家八五攻關(guān)課題研究220T/H循環(huán)流化床電站鍋爐的任務(wù)在順利實施中。二、35T/H循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐1、背景1986年工程熱物理研究所與煤炭部科技司簽定了承擔(dān)研制35T/H循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐的“七五”科技攻關(guān)合同，經(jīng)過一段時間的醞釀和組織，工程熱物理所分別與濟(jì)南鍋爐廠、明水熱電廠、中科院沈陽金屬研究所、廣州能源研究所、自動化研究所、化工冶金子專題合同，明確了各單位承擔(dān)的任務(wù)根據(jù)安排由工程熱物理所提出的鍋爐總體技術(shù)方案，在該所參與下濟(jì)南鍋爐廠負(fù)責(zé)設(shè)計和加工制造。經(jīng)過調(diào)查研

3、究和總結(jié)28MW循環(huán)流化床燃燒裝置的試驗結(jié)果及10T/H循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計的經(jīng)驗，提出了采用分級循環(huán)的流化床燃燒系統(tǒng)的35T/H爐的設(shè)計方案。2、分級循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)中由于快速運(yùn)動的物料顆粒與壁面相碰撞，使得壁面材料受到磨損，物料自身經(jīng)受粉化，磨損率M除了與碰撞材料的物性等因素有關(guān)外，相碰時的速度V和物料粒徑DP是兩個重要因素，近似有MCPP2V3靈了減輕發(fā)生的磨損和粉化，對循環(huán)物料按其粒徑粗細(xì)進(jìn)行分離收集和返料是一個途徑。即可以先通過一個低速的慣性分離室，由于速度比較低，其磨損和粉化可顯著減為了得到必要的循環(huán)物料量和較好的燃盡，再用一個旋風(fēng)分離器來分離收集更細(xì)的物料，使

4、其循環(huán)再燃，因為這里是細(xì)顆粒，磨損和損化也較輕微，構(gòu)想的這種物料分級循環(huán)的燃燒系統(tǒng)，應(yīng)用于35T/H循環(huán)流化床鍋爐，取得了較好的效果。慣性分離器的分離效率nx為旋風(fēng)分離器的效率為nx因而分級循環(huán)燃燒系統(tǒng)的分離效率為n=ng+（ing）nx分離效率得到提高，物料的循環(huán)量有加大的可能，由于粉化情況的改善，使燃燼狀況變好，鍋爐原始排放濃度降低。表征循環(huán)流化床燃燒性能的一年重要參數(shù)是循環(huán)倍率R=MS/MF,它是循環(huán)物料質(zhì)量流率MS和加煤率INF的比值。在同樣的循環(huán)物料量MS條件下，隨煤種和煤的發(fā)熱量不同，給煤量MF有很大差異，則循環(huán)倍率也發(fā)生很大變化，測量R值又比較困難，尤其是在熱態(tài)條件下就更不容易了

5、，反應(yīng)爐膛換熱情況的應(yīng)是爐膛內(nèi)煙氣中攜帶的固體物料的平均濃度。圖1爐膛上部換熱系數(shù)P圖1是在2.8MW試驗裝置上實測的物料濃度于換熱系數(shù)的關(guān)系，隨著爐膛內(nèi)固體物料濃度的增高，換熱加強(qiáng)。目前在循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計中，由于對其工作過程的認(rèn)識尚不夠深入，沒有制定設(shè)計計算方法，一般根據(jù)試驗數(shù)據(jù)憑經(jīng)驗選取傳熱系數(shù)，來確定水冷壁受熱面，若傳熱系數(shù)選得低了，爐膛受熱面必然增加，流速一定時必然使?fàn)t體加高，增加設(shè)備投資和廠房的基建費(fèi)。若傳熱系數(shù)選得高了，則爐內(nèi)物料必須到很高的濃度才能達(dá)到額定出力。如果燃料中含灰量少，又分離器效率不高時，將發(fā)生達(dá)不到予期的較高的物料濃度，發(fā)生鍋爐出力不足，或運(yùn)行中需不斷向爐內(nèi)加爐渣

6、或加砂，這會導(dǎo)致爐內(nèi)磨損加劇，因而在燃燒系統(tǒng)設(shè)計時，選取適當(dāng)?shù)膫鳠嵯禂?shù)是至關(guān)重要的。3、鍋爐結(jié)構(gòu)該鍋爐是中溫中壓發(fā)電鍋爐，單汽包自然循環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。燃燒室下部采用風(fēng)帽結(jié)構(gòu)的矩形布風(fēng)板，中心略微陷，以利于排渣，布風(fēng)板上方約2米處，爐膛逐漸擴(kuò)大，燃燒室上部四周為膜式水冷壁受面。挾帶固體顆粒的煙氣，經(jīng)爐膛出口煙窗先進(jìn)入第一級分離器一一慣性分離器，使較大顆粒的物粒度收集下來，過返料器且送到燃燒室，通過慣性分離器的煙氣再進(jìn)入旋風(fēng)分離器，這里收集到的較細(xì)物料，經(jīng)過返料器送回流化床底部循環(huán)再燃，返料器為U型閥結(jié)構(gòu)，該鍋爐的對流受熱面與常規(guī)鍋爐相同，即有高溫過熱器，面式減溫器，低溫過熱器，省煤器和兩級

7、空氣予熱器。燃燒空氣分一、二次風(fēng)分級供應(yīng)，一次風(fēng)通過布風(fēng)板進(jìn)入燃燒室，供物料的流化和燃燒。二次風(fēng)在布風(fēng)板上都不同高度的8個，135風(fēng)管引入。其風(fēng)量各占約50這樣擴(kuò)展了負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，也減少了風(fēng)機(jī)電耗。燃燒系統(tǒng)設(shè)置了觀察窗、測溫、測壓點。以便對爐內(nèi)燃燒狀況進(jìn)行鑒測和控制?？紤]到意外事故發(fā)生，在慣性分離器處設(shè)置了防爆門。4、鍋爐的調(diào)試與運(yùn)明水熱電廠的4號爐于1988年11月3日一次點火成功，在試運(yùn)過程中出現(xiàn)的主要故障與問題如表一所示。它是設(shè)計，安裝施工材料等方面存在問題總暴露。經(jīng)多次分析研究、現(xiàn)場考察、向相關(guān)技術(shù)的專家請教，找出了故障原因和解決辦法，經(jīng)完善性大修和操作人員運(yùn)行經(jīng)驗的積累，從開始的時斷

8、續(xù)中，小負(fù)荷運(yùn)行到能夠連續(xù)穩(wěn)定的大負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)過了艱難曲折的路程。表一鍋爐出現(xiàn)的故障及處理故障與現(xiàn)象原因處理1爐頂混凝土掉落堵住放渣口無法排渣耐火混凝土不合標(biāo)準(zhǔn)，又未嚴(yán)格按工藝要求施工購買合格材料，化驗其理化指標(biāo)，嚴(yán)格施工工藝。加備用放渣口流化室爐墻面爐內(nèi)凸出,隨停爐次數(shù)增加越來越嚴(yán)重墻體單薄，呈V型，穩(wěn)定性差，矩形墻體四角的膨脹縫擠滿了床料，不能沿墻體膨脹，而向爐內(nèi)擠，使墻體內(nèi)凸流化室的墻壁改成壩型，矩形墻體四角不設(shè)膨脹縫，改成圓弧連接。直墻段改成微向外凸的弧形3流化室局部結(jié)焦流化室大面積結(jié)焦進(jìn)煤粒度過大，流不良缺少運(yùn)行經(jīng)驗，當(dāng)床溫降低時，誤認(rèn)為缺煤而加大給煤量，使得床溫更底，停止給煤后，床

9、溫急劇上升，而大面積結(jié)焦。加強(qiáng)管理，控制燃料粒度。精心操作，當(dāng)床溫變化時，兼看含氧量和爐膛壓差料層差壓，以確定該如何調(diào)節(jié)。4返料口結(jié)焦旋風(fēng)筒堵灰燒矸石和劣質(zhì)煤時，細(xì)粉太多，后燃使返料器溫度過高，返料器沒有按圖施工，尺寸不對，有死區(qū)返料器布風(fēng)管變形，破壞了布風(fēng)，流化不良，局部結(jié)焦，返料不暢，造成旋風(fēng)筒堵灰控制給煤粒度，燒劣質(zhì)煤時的細(xì)粉不宜太多。按圖重新砌筑返料器改成風(fēng)帽結(jié)構(gòu)布風(fēng)，按制入烊處，返量處風(fēng)量，使其順利返料6衛(wèi)燃帶上面膜式水冷壁根部磨損物料下落遇到混凝土臺階，彈起時，對管道壁造成磨損不冷壁根部熱噴涂耐磨材料焊防磨片設(shè)置防磨圈7引風(fēng)和閥門全開，仍達(dá)到不額定出力爐頂，各穿墻管大量漏風(fēng)，空氣予

10、熱器中高壓空氣向煙道漏檢查出各個漏風(fēng)點，設(shè)法堵住8排煙溫度高對受熱面的積灰的嚴(yán)重性估計不足局部受熱面煙氣沖刷不好加裝吹灰器改進(jìn)設(shè)計，加一組省煤器9帶負(fù)荷困難分離器效率下降料腿漏風(fēng)，返料器竄風(fēng)。給煤粒度大，爐膛上部物料濃度不高。適當(dāng)調(diào)節(jié)返料風(fēng),堵住料腿和返料器漏風(fēng)處控制給煤粒度5、熱工測試與污染物排放于1989年9月2327日由上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所按國家標(biāo)準(zhǔn)GB1018488，對明水4號爐進(jìn)行了熱工測試。經(jīng)過改進(jìn)的YG35382M3型循環(huán)流化床鍋爐，在河南焦窯礦電廠和河擊滑縣熱電廠也分別進(jìn)行了熱工測試，鍋爐的總體性能如表二，其燃煤的煤質(zhì)分折見表三。明水4號爐在燃用高硫煙煤時，熱效率為863

11、達(dá)到了攻關(guān)指標(biāo)，滑縣熱電廠的YG35/3.82-M,爐燃用貧煤時，熱效率提高到89.2%焦窯礦電廠燃用劣質(zhì)無煙煤時熱效率達(dá)到804。在明水的4號爐上還進(jìn)行了鍋爐的變負(fù)荷性能測試，負(fù)荷從50110變化，鍋爐實測熱效率大于83，燃燒穩(wěn)定，蒸汽參數(shù)滿足汽機(jī)要求。表二YG35382M3鍋爐的總體性能名稱明水熱電廠煙煤明水熱電廠渣煤焦窯礦電廠滑焦熱電廠鍋爐出力T/H355834252731鍋爐熱效率863762804892應(yīng)用基碳測試日期89年9月232489年9月27日91年6月93年4月810日測試單位上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計所上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計廠西安熱工所河南中試所表三熱工測試用煤項目名稱符號單位明

12、水熱電廠明水熱電廠焦窯電廠滑縣熱電廠CY應(yīng)用基氮604238666772應(yīng)用基氫HY395185319應(yīng)用基氧OY672390311NY應(yīng)用基水份086042121應(yīng)用基硫SY309183046應(yīng)用基灰份AY1946460438511819WY557358612可燃基揮發(fā)份VR31813046071556低位熱值QYDWMJKG25042150611769025740明水4號爐尾部配有文丘里水膜除塵器，由濟(jì)南市環(huán)保監(jiān)測站對除塵器效率、煙塵排放進(jìn)行了測試，其結(jié)果示于表四，在燃用煙煤時，滿負(fù)荷運(yùn)行時，煙塵排放濃度為360.4mg/NM3；脫硫試驗結(jié)果見表五，當(dāng)CA/S=1.9時脫硫效率為82.16

13、%，當(dāng)床溫900C時NOX排放為391.1mg/NM3（a=1.8時），可見循環(huán)流化床鍋爐為高效低污染的燃燒設(shè)備。表四煙塵測試結(jié)果燃料品種煙煤貧煤鍋爐運(yùn)行負(fù)荷噸/時35.4632.8除塵器前煙塵濃度mg/nm3640516958除塵器前煙塵器mg/h417.1934.6除塵器后煙塵濃度mg/mm3360.6683.6除塵器后煙塵量kg/h23.5377除塵器阻力mmhw896781除塵器效率944960煙囪高度m8080表五石灰石脫硫項目加入石灰石CAS鍋爐出力T/H床溫。CSO2排放MGNM3脫硫效率CA/S=OCA/S=1.6CA/S=1.927.59OO52592251689096098

14、173261089593818216三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況35噸時循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行和推廣表明，這種爐型在技術(shù)上是可行的，燃燒經(jīng)濟(jì)性好，目前我國供應(yīng)的煤質(zhì)量多變又多碎屑，采用這種爐型是很適宜的，在脫硫和降低NOX方面較鏈條爐和煤粉爐優(yōu)越。與同容量鍋爐相比，金屬耗量相當(dāng)，造價相差不多，但優(yōu)質(zhì)抗磨耐火材料用量多，安裝費(fèi)用較高。下面我們通過幾個方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。1鍋爐自身電耗流化床鍋爐電耗高是眾所周知的。35噸時循環(huán)流化床鍋爐采用分級送風(fēng)，一次風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為135KW二資風(fēng)機(jī)電機(jī)攻率為55kW,引風(fēng)機(jī)和給煤機(jī)與鼓泡相當(dāng)，而鼓泡床鍋爐只有一次風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率約400kw，所以，35噸/時循環(huán)流化床鍋爐比

15、同容量的鼓泡床鍋爐電耗要少的多，明水熱工測試滿負(fù)荷運(yùn)行時，實測鍋爐自用電4（不包括水泵用電），比鏈條爐電耗高，但熱效率提高1就可以補(bǔ)償。2煙塵排放濃度熱工測試燃用煙煤時，鍋爐了口含塵小于10克/標(biāo)米3，而燃有貧煤時，則含塵17克標(biāo)米3，比鏈條爐排爐塵濃度高，但低于煤粉爐，若初投資經(jīng)費(fèi)允許，可選用靜電除塵器或袋式除塵器。3煤種適應(yīng)性循環(huán)流化床鍋爐煤種適應(yīng)性好，效率高，使用戶得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。明水熱電廠的35噸/時循環(huán)流化床鍋爐從投運(yùn)到92年6月已燃用約6萬噸爐渣和3萬噸矸石，該爐排出的爐渣又全部作為水泥的摻合料加以利用，節(jié)省燃料費(fèi)約360萬元。河北焦窯坑口電廠安裝了兩臺35噸/時循環(huán)流休床鍋爐，燃用本礦自產(chǎn)的無煙煤沒有銷售市場堆積如山鍋爐熱效率達(dá)到80，兩臺爐年運(yùn)行均在七千小時以上，年盈利約89河南滑縣熱電廠安裝的循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定環(huán)境潔凈鍋爐熱效率達(dá)8與該廠的鏈條爐相比，每