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煤燃燒國家重點實驗室當前第1頁\共有63頁\編于星期五\0點CFB鍋爐的優(yōu)點

燃料適應(yīng)性特別好燃燒效率高負荷調(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CO26/16/20232當前第2頁\共有63頁\編于星期五\0點鍋爐廠生產(chǎn)的CFB鍋爐業(yè)績表（--2007年3月）300MW135MW200MW100MW等級50MW等級哈鍋74731044東鍋5401725上鍋822618濟鍋655159武鍋617無鍋1874杭鍋125太鍋24總數(shù)2014214363266/16/20233當前第3頁\共有63頁\編于星期五\0點受熱面磨損、爆管。耐熱防磨層磨損、破裂。風帽磨損與漏灰。冷渣器堵塞與結(jié)渣。燃燒分層。燃燒脈動。燃燒爆炸。大型CFB鍋爐運行中的主要問題6/16/20234當前第4頁\共有63頁\編于星期五\0點某臺135MWCFB鍋爐熱效率和各項熱損失熱效率碳未完全燃燒熱損失q4化學未完全燃燒熱損失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。過剩空氣系數(shù)，燃煤粒度及分布，脫硫，一、二次風比率，給煤方式及灰渣物理熱損失。6/16/20235當前第5頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施

適當提高燃燒溫度6/16/20236當前第6頁\共有63頁\編于星期五\0點其中:τp為碳粒子的燃燼時間，s；Tb為燃燒溫度，℃；dp為碳粒子直徑，cm。碳粒子的燃燼時間與燃燒溫度有關(guān)，提高燃燒溫度能明顯的縮短碳粒子的燃燼時間。燃燒溫度6/16/20237當前第7頁\共有63頁\編于星期五\0點不同粗碳粒子的燃燼時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)6/16/20238當前第8頁\共有63頁\編于星期五\0點細碳粒子燃燼時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當從800℃升高到950℃時，碳粒子的燃燼時間縮短6倍左右6/16/20239當前第9頁\共有63頁\編于星期五\0點溫度顆粒粒徑燃盡時間6/16/202310當前第10頁\共有63頁\編于星期五\0點燃燒溫度（℃）當燃燒溫度從870℃提高到920℃，燃燒溫度增加50℃時，鍋爐燃燒效率提高了2個百分點左右

6/16/202311當前第11頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(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

6/16/202312當前第12頁\共有63頁\編于星期五\0點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6/16/202313當前第13頁\共有63頁\編于星期五\0點(1)提高燃燒溫度當燃燒溫度從900℃提高到950℃時，飛灰含碳量從22.5%降到10%左右，降低了12.5個百分點。燃燒溫度提高1℃，飛灰含碳量降低0.25個百分點。

6/16/202314當前第14頁\共有63頁\編于星期五\0點當燃燒溫度從900℃提高到950℃時，飛灰含碳量從22.5%降到15%，降低了7.5個百分點。燃燒溫度提高1℃，飛灰含碳量降低了0.15個百分點。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。6/16/202315當前第15頁\共有63頁\編于星期五\0點(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個百分點。

6/16/202316當前第16頁\共有63頁\編于星期五\0點(3)分離灰循環(huán)倍率的影響6/16/202317當前第17頁\共有63頁\編于星期五\0點分離灰循環(huán)倍率為5時，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個百分點。從7提高到8時，降低了1個百分點。從14提高到18時，只降低了0.5個百分點。分離灰循環(huán)倍率在2-6之間變化，對飛灰含碳量的影響是最有效的。分離灰循環(huán)倍率為7時，飛灰含碳量為11%，為進一步降低飛灰含碳量宜采用尾部降塵灰再循環(huán)燃燒。6/16/202318當前第18頁\共有63頁\編于星期五\0點(4)燃燒偏斜的影響某135MWCFB鍋爐燃燒偏斜特征6/16/202319當前第19頁\共有63頁\編于星期五\0點左側(cè)分離器進口煙氣溫度為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。

6/16/202320當前第20頁\共有63頁\編于星期五\0點燃燒室深度(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。6/16/202321當前第21頁\共有63頁\編于星期五\0點原因：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：二次風穿透能力弱，送不到中心區(qū)，引起了供氧不足。6/16/202322當前第22頁\共有63頁\編于星期五\0點調(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量，增加前部供風量，減少后部供風量，和加強二次風的穿透能力。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%。

6/16/202323當前第23頁\共有63頁\編于星期五\0點(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。

6/16/202324當前第24頁\共有63頁\編于星期五\0點分離效率與循環(huán)倍率的關(guān)系6/16/202325當前第25頁\共有63頁\編于星期五\0點為保證分離灰循環(huán)倍率為9對熱值為22.212MJ/kg的III類煙煤，要求分離器的分離效率為98%；對熱值為9.308MJ/kg的Ⅱ類煤矸石，要求分離效率為96%。

6/16/202326當前第26頁\共有63頁\編于星期五\0點高壩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6/16/202327當前第27頁\共有63頁\編于星期五\0點偏心排氣管旋風分離器

480t/hCFB鍋爐：·偏心556mm；·加速段，向下傾斜10o；·倒錐形，銳角取5.2o。6/16/202328當前第28頁\共有63頁\編于星期五\0點分離器改造前后對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%。6/16/202329當前第29頁\共有63頁\編于星期五\0點(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鍋爐第一電場除塵灰再循環(huán)燃燒，Cf從28%降到13%，ηc達到設(shè)計值97.2%。

6/16/202330當前第30頁\共有63頁\編于星期五\0點石家莊永泰熱電廠75t/hCFB鍋爐

鍋爐改造前后飛灰含碳量和熱效率比較序號項目3號鍋爐4號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（%）76.28680856/16/202331當前第31頁\共有63頁\編于星期五\0點鎮(zhèn)海220t/hCFB鍋爐改造前后飛灰含碳量比較

電場改造前（%）改造后（%）一電場4318.0二電場54.745.7三電場45.640.26/16/202332當前第32頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(huán)流化床鍋爐熱效率的技術(shù)措施3.降低床底渣含碳量6/16/202333當前第33頁\共有63頁\編于星期五\0點粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時間：Hb--靜止床料高度，m；Fd--布風板面積，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。6/16/202334當前第34頁\共有63頁\編于星期五\0點粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時間（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停留時間τr（min）6.212.418.619.824.829.86/16/202335當前第35頁\共有63頁\編于星期五\0點熱值為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。

6/16/202336當前第36頁\共有63頁\編于星期五\0點對于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間大于燃燼時間，床底渣燒透；當燃燒溫度為900℃時，大于4mm的粗粒子停留時間小于燃燼時間，存在夾碳損失；當燃燒溫度為850℃，大于2mm的粒子停留時間小于燃燼時間，存在夾碳損失；當燃燒溫度為800℃時，大于1mm的粒子停留時間小于燃燼時間，存在夾碳損失；6/16/202337當前第37頁\共有63頁\編于星期五\0點燒熱值低于12.54MJ/kg的劣質(zhì)煤，燃燒溫度小于900℃時，所有大粒子的燃燼時間大于其停留時間，床底渣均有夾碳損失。

6/16/202338當前第38頁\共有63頁\編于星期五\0點降低床底渣含碳量的技術(shù)措施設(shè)計鍋爐時：保證粗粒子在濃相床內(nèi)的停留時間大于其燃燼時間。燒劣質(zhì)煤時，宜將床截面積大一些，流化速度取低一點，料層厚度設(shè)計厚一些。鍋爐運行時：維持合理燃燒溫度，適當提高料層厚度。制備合適粒度及大小分布的燃煤，防止燃燒分層。

6/16/202339當前第39頁\共有63頁\編于星期五\0點135MWCFB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℃6/16/202340當前第40頁\共有63頁\編于星期五\0點圖中部43個溫度測點離布風板300mm，溫度相差大（151.1-939.1

℃）；占燃燒室截面積的5/6，高度估計有300mm到500mm的區(qū)域，溫度低于790℃，發(fā)生燃燒分層；估計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)停留時間減少了約1/3；

6/16/202341當前第41頁\共有63頁\編于星期五\0點135MWCFB分層燃燒發(fā)生的原因

排渣出口從4個改為2個排渣口布置不均勻風帽出口小孔風速偏低(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。6/16/202342當前第42頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(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6/16/202343當前第43頁\共有63頁\編于星期五\0點影響排煙熱損失的主要兩個因素排煙溫度(130℃~140℃)過?？諝庀禂?shù)(1.35~1.40)6/16/202344當前第44頁\共有63頁\編于星期五\0點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%。6/16/202345當前第45頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(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?shù)倪\行策略；2、適當提高爐膛燃燒溫度；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、保證布風質(zhì)量和燃煤級配，通過運行調(diào)整，避免燃燒分層，降低爐渣含碳量；5、適當降低排煙溫度（130-140℃）。6/16/202346當前第46頁\共有63頁\編于星期五\0點謝謝華中科技大學煤燃燒國家重點實驗室6/16/202347當前第47頁\共有63頁\編于星期五\0點提高循環(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

6/16/202348當前第48頁\共有63頁\編于星期五\0點優(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℃)6/16/202349當前第49頁\共有63頁\編于星期五\0點煙氣成分檢測煙氣成分包括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

6/16/202350當前第50頁\共有63頁\編于星期五\0點雷曼激光氣體分析儀

可同時多點檢測多種氣體；檢測精度高；檢測速度快，可達毫秒級的響應(yīng)時間；是一種工業(yè)級產(chǎn)品，可在各種惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定運行；可以將測得的數(shù)據(jù)或模擬信號傳輸給電廠控制部門，實現(xiàn)燃燒的優(yōu)化閉環(huán)控制；能通過區(qū)域網(wǎng)或因特網(wǎng)進行遠程操作，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂剖一蛏霞壉O(jiān)測部門，實現(xiàn)實時監(jiān)測。6/16/202