提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施

提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的措施華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2/6/20231CFB鍋爐的優(yōu)點(diǎn)

燃料適應(yīng)性特別好燃燒效率高負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好灰渣綜合利用環(huán)境性能特別好：能脫除SO2,NOX和CO22/6/20232鍋爐廠生產(chǎn)的CFB鍋爐業(yè)績表（--2007年3月）300MW135MW200MW100MW等級(jí)50MW等級(jí)哈鍋74731044東鍋5401725上鍋822618濟(jì)鍋655159武鍋617無鍋1874杭鍋125太鍋24總數(shù)2014214363262/6/20233受熱面磨損、爆管。耐熱防磨層磨損、破裂。風(fēng)帽磨損與漏灰。冷渣器堵塞與結(jié)渣。燃燒分層。燃燒脈動(dòng)。燃燒爆炸。大型CFB鍋爐運(yùn)行中的主要問題2/6/20234某臺(tái)135MWCFB鍋爐熱效率和各項(xiàng)熱損失熱效率碳未完全燃燒熱損失q4化學(xué)未完全燃燒熱損失q3排煙熱損失q2散熱損失q5灰渣物理熱損失q690.282.9305.670.530.59影響循環(huán)流化床鍋爐熱效率的主要因素有：燃燒溫度、燃煤種類、飛灰含碳量、爐渣含碳量、和排煙溫度。過?？諝庀禂?shù)，燃煤粒度及分布，脫硫，一、二次風(fēng)比率，給煤方式及灰渣物理熱損失。2/6/20235提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施

適當(dāng)提高燃燒溫度2/6/20236其中:τp為碳粒子的燃燼時(shí)間，s；Tb為燃燒溫度，℃；dp為碳粒子直徑，cm。碳粒子的燃燼時(shí)間與燃燒溫度有關(guān)，提高燃燒溫度能明顯的縮短碳粒子的燃燼時(shí)間。燃燒溫度2/6/20237不同粗碳粒子的燃燼時(shí)間隨燃燒溫度的變化

煤粒徑

165.47127.73.74.0557.1640.9425.5811.4580089.4267.4939.1230.2021.1313.516.0585046.1935.6620.6715.6911.437.143.2090024.4318.8010.928.436.033.771.6995010.08.05.04.03.02.01.0

(mm)T(℃)(min)2/6/20238細(xì)碳粒子燃燼時(shí)間隨燃燒溫度的變化煤粒徑

T(℃)(s)0.0080.020.050.080.100.200.500.809500.371.083.145.417.0115.6645.3378.209000.712.055.9410.2413.2629.6485.80148.018501.343.8811.2419.3825.1156.10162.40280.148002.547.3521.2736.6847.52106.18307.38530.21mm當(dāng)從800℃升高到950℃時(shí)，碳粒子的燃燼時(shí)間縮短6倍左右2/6/20239溫度顆粒粒徑燃盡時(shí)間2/6/202310燃燒溫度（℃）當(dāng)燃燒溫度從870℃提高到920℃，燃燒溫度增加50℃時(shí)，鍋爐燃燒效率提高了2個(gè)百分點(diǎn)左右

2/6/202311提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施降低飛灰含碳量提高鍋爐燃燒效率

2/6/202312影響飛灰含碳量的主要因素燃燒溫度煤的種類分離飛灰的循環(huán)倍率燃燒室上部燃燒偏斜燃燒氧量的供給分離器的分離效率除塵灰再循環(huán)燃燒2/6/202313(1)提高燃燒溫度當(dāng)燃燒溫度從900℃提高到950℃時(shí)，飛灰含碳量從22.5%降到10%左右，降低了12.5個(gè)百分點(diǎn)。燃燒溫度提高1℃，飛灰含碳量降低0.25個(gè)百分點(diǎn)。

2/6/202314當(dāng)燃燒溫度從900℃提高到950℃時(shí)，飛灰含碳量從22.5%降到15%，降低了7.5個(gè)百分點(diǎn)。燃燒溫度提高1℃，飛灰含碳量降低了0.15個(gè)百分點(diǎn)。與煤種1相比,影響程度的不同是由煤的燃燒反應(yīng)性差異所決定的。2/6/202315(2)煤種的影響

揮發(fā)分低的難燃煤種，如福建龍巖的無煙煤飛灰含碳量較高；揮發(fā)分高的易燃煤種，如煙煤，褐煤等，飛灰含碳量較低。一般無煙煤的飛灰含碳量比煙煤要高5-10個(gè)百分點(diǎn)。

2/6/202316(3)分離灰循環(huán)倍率的影響2/6/202317分離灰循環(huán)倍率為5時(shí)，飛灰含碳量為12.5%左右。分離灰循環(huán)倍率從3提高到4，飛灰含碳量降低約2.5個(gè)百分點(diǎn)。從7提高到8時(shí)，降低了1個(gè)百分點(diǎn)。從14提高到18時(shí)，只降低了0.5個(gè)百分點(diǎn)。分離灰循環(huán)倍率在2-6之間變化，對(duì)飛灰含碳量的影響是最有效的。分離灰循環(huán)倍率為7時(shí)，飛灰含碳量為11%，為進(jìn)一步降低飛灰含碳量宜采用尾部降塵灰再循環(huán)燃燒。2/6/202318(4)燃燒偏斜的影響某135MWCFB鍋爐燃燒偏斜特征2/6/202319左側(cè)分離器進(jìn)口煙氣溫度為923℃，返料溫度為867℃，經(jīng)分離器后溫度降低了56℃。右側(cè)分離器進(jìn)口煙氣溫度為889℃，返料溫度為956℃，經(jīng)分離器后溫度升高了67℃。這時(shí)Cf=11%。若消除了燃燒室上部的燃燒偏斜，飛灰含碳量Cf

8%是有可能的。

2/6/202320燃燒室深度(m)(左為前墻方向)(5)燃燒氧量供給的影響高壩電廠410t/hCFB鍋爐燃燒室深度方向煙氣含氧量分布：

靠前墻2m之內(nèi)含氧量較低，在3%-6%范圍內(nèi)；靠后墻1.5m之內(nèi)含氧量較高，在6%-10%之間；在燃燒室中心區(qū)2.5m范圍內(nèi)，含氧量最低，接近于零。2/6/202321原因：前墻缺氧：回料管給煤，煤燃燒消耗了氧氣；后墻富氧：燃燒少耗氧少；中心區(qū)缺氧：二次風(fēng)穿透能力弱，送不到中心區(qū)，引起了供氧不足。2/6/202322調(diào)整后高壩410t/hCFB鍋爐燃燒室深度方向煙氣含氧量分布調(diào)整燃燒室前后墻的二次風(fēng)量，增加前部供風(fēng)量，減少后部供風(fēng)量，和加強(qiáng)二次風(fēng)的穿透能力。在燃燒室出口煙氣含氧量為3%-4%的情況下，燃燒室中心區(qū)煙氣含氧量從原來的零提高到了3%左右，后墻區(qū)含氧量從9%降到了7%。

2/6/202323(6)提高分離器分離效率分離器的分離效率與分離灰循環(huán)倍率的關(guān)系：m為分離灰循環(huán)倍率，ηc為分離器分離效率，Ay為燃煤灰分含量，為飛灰份額。分離效率高，分離灰循環(huán)倍率大；煤中灰份含量高，分離灰循環(huán)倍率大；燃燒室出口飛灰份額大，分離灰循環(huán)倍率高。

2/6/202324分離效率與循環(huán)倍率的關(guān)系2/6/202325為保證分離灰循環(huán)倍率為9對(duì)熱值為22.212MJ/kg的III類煙煤，要求分離器的分離效率為98%；對(duì)熱值為9.308MJ/kg的Ⅱ類煤矸石，要求分離效率為96%。

2/6/202326高壩410t/hCFB鍋爐飛灰含碳量與粒徑的關(guān)系

<50m的灰粒占總飛量的96%左右;>37m的灰粒，Cf為1%左右6-18m的灰粒，Cf=~28%。降低6-18m灰粒的Cf是提高燃燒效率的關(guān)鍵2/6/202327偏心排氣管旋風(fēng)分離器

480t/hCFB鍋爐：·偏心556mm；·加速段，向下傾斜10o；·倒錐形，銳角取5.2o。2/6/202328分離器改造前后對(duì)比改造后的分離器的dc50，從180

m降為80

m，分離效率明顯提高、飛灰含碳量明顯降低。同樣的脫硫效率，改造后的Ca/S下降40%。2/6/202329(7)除塵灰再循環(huán)燃燒

R=0.3，Cf從23%降到13%R=0.6，Cf從23%降低到4%高壩410t/hCFB鍋爐第一電場(chǎng)除塵灰再循環(huán)燃燒，Cf從28%降到13%，ηc達(dá)到設(shè)計(jì)值97.2%。

2/6/202330石家莊永泰熱電廠75t/hCFB鍋爐

鍋爐改造前后飛灰含碳量和熱效率比較序號(hào)項(xiàng)目3號(hào)鍋爐4號(hào)鍋爐改造前改造后改造前改造后1飛灰含碳量（%）42.52043.321.82正平衡熱效率（%）76.28680852/6/202331鎮(zhèn)海220t/hCFB鍋爐改造前后飛灰含碳量比較

電場(chǎng)改造前（%）改造后（%）一電場(chǎng)4318.0二電場(chǎng)54.745.7三電場(chǎng)45.640.22/6/202332提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施3.降低床底渣含碳量2/6/202333粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時(shí)間：Hb--靜止床料高度，m；Fd--布風(fēng)板面積，m2；ρb--靜止床料的堆積密度，kg/m3；B為燃煤消耗量，kg/h；δ為燃煤中粗粒子的份額。2/6/202334粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時(shí)間（75t/hCFB鍋爐）煤熱值（MJ/kg）4.188.3612.5416.7220.9025.08煤耗（kg/h）660003300022000165001320011000粗粒子份額（δ）0.50.4停留時(shí)間τr（min）6.212.418.619.824.829.82/6/202335熱值為25.08MJ/kg的高熱值優(yōu)質(zhì)煤，為29.8min；熱值為4.18MJ/kg的低熱值煤，為6.2min。高熱值煤的停留時(shí)間為低熱值煤的5倍。這就是CFB鍋爐燒低熱值煤床底渣含碳量高的原因。

2/6/202336對(duì)于75t/hCFB鍋爐（比較前面的數(shù)據(jù)）燒熱值16.72MJ/kg煤：在950℃的燃燒溫度下，所有粗粒子的停留時(shí)間大于燃燼時(shí)間，床底渣燒透；當(dāng)燃燒溫度為900℃時(shí)，大于4mm的粗粒子停留時(shí)間小于燃燼時(shí)間，存在夾碳損失；當(dāng)燃燒溫度為850℃，大于2mm的粒子停留時(shí)間小于燃燼時(shí)間，存在夾碳損失；當(dāng)燃燒溫度為800℃時(shí)，大于1mm的粒子停留時(shí)間小于燃燼時(shí)間，存在夾碳損失；2/6/202337燒熱值低于12.54MJ/kg的劣質(zhì)煤，燃燒溫度小于900℃時(shí)，所有大粒子的燃燼時(shí)間大于其停留時(shí)間，床底渣均有夾碳損失。

2/6/202338降低床底渣含碳量的技術(shù)措施設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)：保證粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時(shí)間大于其燃燼時(shí)間。燒劣質(zhì)煤時(shí)，宜將床截面積大一些，流化速度取低一點(diǎn)，料層厚度設(shè)計(jì)厚一些。鍋爐運(yùn)行時(shí)：維持合理燃燒溫度，適當(dāng)提高料層厚度。制備合適粒度及大小分布的燃煤，防止燃燒分層。

2/6/202339135MWCFB鍋爐燃燒室的截面燃燒溫度的分布后墻904.8℃875.7℃839.5903.0878.7709.5747.7883.0939.1693.5380.5186.2190.0329.6799.2576.9277.5A側(cè)B側(cè)834.9581.2789.8309.9163.2281.2619.9349.8217.8239.3209.3611.1246.6248.5271.1315.2199.1209.473.32190.5222.7218.1863.1℃855.3℃232.7225.0151.1210.2238.2236.4左爐膛出口前墻左爐膛出口800．5℃786.4℃2/6/202340圖中部43個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)離布風(fēng)板300mm，溫度相差大（151.1-939.1

℃）；占燃燒室截面積的5/6，高度估計(jì)有300mm到500mm的區(qū)域，溫度低于790℃，發(fā)生燃燒分層；估計(jì)1/3的濃相床區(qū)域發(fā)生了燃燒分層，粗粒子在濃相床內(nèi)停留時(shí)間減少了約1/3；

2/6/202341135MWCFB分層燃燒發(fā)生的原因

排渣出口從4個(gè)改為2個(gè)排渣口布置不均勻風(fēng)帽出口小孔風(fēng)速偏低(25m/s)消除分層燃燒現(xiàn)象，將床底渣含碳量從4%降到2%以下是有可能的。2/6/202342提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施4.降低排煙溫度，減少排煙熱損失2/6/202343影響排煙熱損失的主要兩個(gè)因素排煙溫度(130℃~140℃)過?？諝庀禂?shù)(1.35~1.40)2/6/202344降低排煙溫度的技術(shù)措施將光管省煤器改為螺旋管省煤器，增加受熱面;定期吹灰，清理受熱面；降低排煙溫度，排煙溫度降低15℃，鍋爐熱效率提高約1%。2/6/202345提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施1、根據(jù)燃煤性質(zhì)，設(shè)計(jì)CFB鍋爐技術(shù)路線，包括煤制備系統(tǒng)、爐膛結(jié)構(gòu)、分離器型式等，制定恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行策略；2、適當(dāng)提高爐膛燃燒溫度；3、通過提高燃燒溫度、分離器效率、保證爐膛中心區(qū)氧量供應(yīng)、避免燃燒偏斜、電除塵灰再循環(huán)等措施降低飛灰含碳量4、布置適量排渣口、保證布風(fēng)質(zhì)量和燃煤級(jí)配，通過運(yùn)行調(diào)整，避免燃燒分層，降低爐渣含碳量；5、適當(dāng)降低排煙溫度（130-140℃）。2/6/202346提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施5.

優(yōu)化燃燒調(diào)整和控制

2/6/202347優(yōu)化燃燒提高燃燒效果，900℃-950℃改善脫硫效果，830℃-880℃控制NOX的生成量200mg/Nm3-400mg/Nm3之間，(830℃-930℃)2/6/202348煙氣成分檢測(cè)煙氣成分包括O2、NO2（NO）、N2O、SO2（SO3）、CO2、CO、N2等。根據(jù)O2，CO和CO2含量控制空氣量根據(jù)SO2含量控制石灰石加入量根據(jù)NOX含量控制燃燒溫度

2/6/202349雷曼激光氣體分析儀

可同時(shí)多