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(guó)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(shí)循環(huán)流化床發(fā)電鍋爐的研究，開(kāi)發(fā)和定型推廣，是中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所牽頭承擔(dān)的國(guó)家七五科技攻關(guān)任務(wù)，它被列入七五國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目的四百項(xiàng)新產(chǎn)品中，由濟(jì)南鍋爐廠進(jìn)行施工設(shè)計(jì)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(hào)爐於1989年12月通過(guò)了部級(jí)技術(shù)鑒定，它是我國(guó)第一臺(tái)并網(wǎng)發(fā)電的循環(huán)流化床鍋爐，填補(bǔ)了國(guó)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(shí)習(xí)，這臺(tái)鍋爐的運(yùn)行對(duì)促進(jìn)循環(huán)流化床技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展和推廣起到一定作用。目前國(guó)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(kāi)發(fā)，已有多種型投入運(yùn)行，兩種結(jié)構(gòu)的75T/H分級(jí)循環(huán)流化床鍋爐通過(guò)了部級(jí)產(chǎn)品鑒定，由中國(guó)科學(xué)院承擔(dān)的國(guó)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(shí)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(guò)一段時(shí)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(yáng)金屬研究所、廣州能源研究所、自動(dòng)化研究所、化工冶金子專(zhuān)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(jì)和加工制造。經(jīng)過(guò)調(diào)查研

3、究和總結(jié)28MW循環(huán)流化床燃燒裝置的試驗(yàn)結(jié)果及10T/H循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，提出了采用分級(jí)循環(huán)的流化床燃燒系統(tǒng)的35T/H爐的設(shè)計(jì)方案。2、分級(jí)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(dòng)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(shí)的速度V和物料粒徑DP是兩個(gè)重要因素，近似有MCPP2V3靈了減輕發(fā)生的磨損和粉化，對(duì)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(gè)途徑。即可以先通過(guò)一個(gè)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(gè)旋風(fēng)分離器來(lái)分離收集更細(xì)的物料，使

4、其循環(huán)再燃，因?yàn)檫@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(jí)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(jí)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(cè)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(yàn)裝置上實(shí)測(cè)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(jì)中，由于對(duì)其工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)尚不夠深入，沒(méi)有制定設(shè)計(jì)計(jì)算方法，一般根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)憑經(jīng)驗(yàn)選取傳熱系數(shù)，來(lái)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(shí)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(shí)，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(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)磨損加劇，因而在燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(jí)分離器一一慣性分離器，使較大顆粒的物粒度收集下來(lái)，過(guò)返料器且送到燃燒室，通過(guò)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(guò)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(duì)流受熱面與常規(guī)鍋爐相同，即有高溫過(guò)熱器，面式減溫器，低溫過(guò)熱器，省煤器和兩級(jí)

7、空氣予熱器。燃燒空氣分一、二次風(fēng)分級(jí)供應(yīng)，一次風(fēng)通過(guò)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(gè)，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(cè)溫、測(cè)壓點(diǎn)。以便對(duì)爐內(nèi)燃燒狀況進(jìn)行鑒測(cè)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(mén)。4、鍋爐的調(diào)試與運(yùn)明水熱電廠的4號(hào)爐于1988年11月3日一次點(diǎn)火成功，在試運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的主要故障與問(wèn)題如表一所示。它是設(shè)計(jì)，安裝施工材料等方面存在問(wèn)題總暴露。經(jīng)多次分析研究、現(xiàn)場(chǎng)考察、向相關(guān)技術(shù)的專(zhuān)家請(qǐng)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(yàn)的積累，從開(kāi)始的時(shí)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(guò)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(wú)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(gòu)買(mǎi)合格材料，化驗(yàn)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(lái)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(mǎn)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(guò)大，流不良缺少運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)床溫降低時(shí)，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(shí)，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(shí)，細(xì)粉太多，后燃使返料器溫度過(guò)高，返料器沒(méi)有按圖施工，尺寸不對(duì)，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(shí)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(tái)階，彈起時(shí)，對(duì)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(mén)全開(kāi)，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(gè)漏風(fēng)點(diǎn)，設(shè)法堵住8排煙溫度高對(duì)受熱面的積灰的嚴(yán)重性估計(jì)不足局部受熱面煙氣沖刷不好加裝吹灰器改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(cè)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(jì)研究所按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1018488，對(duì)明水4號(hào)爐進(jìn)行了熱工測(cè)試。經(jīng)過(guò)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(cè)試，鍋爐的總體性能如表二，其燃煤的煤質(zhì)分折見(jiàn)表三。明水4號(hào)爐在燃用高硫煙煤時(shí)，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(shí)，熱效率提高到89.2%焦窯礦電廠燃用劣質(zhì)無(wú)煙煤時(shí)熱效率達(dá)到804。在明水的4號(hào)爐上還進(jìn)行了鍋爐的變負(fù)荷性能測(cè)試，負(fù)荷從50110變化，鍋爐實(shí)測(cè)熱效率大于83，燃燒穩(wěn)定，蒸汽參數(shù)滿(mǎn)足汽機(jī)要求。表二YG35382M3鍋爐的總體性能名稱(chēng)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(cè)試日期89年9月232489年9月27日91年6月93年4月810日測(cè)試單位上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)所上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)廠西安熱工所河南中試所表三熱工測(cè)試用煤項(xiàng)目名稱(chēng)符號(hào)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(hào)爐尾部配有文丘里水膜除塵器，由濟(jì)南市環(huán)保監(jiān)測(cè)站對(duì)除塵器效率、煙塵排放進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果示于表四，在燃用煙煤時(shí)，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙塵排放濃度為360.4mg/NM3；脫硫試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表五，當(dāng)CA/S=1.9時(shí)脫硫效率為82.16

13、%，當(dāng)床溫900C時(shí)NOX排放為391.1mg/NM3（a=1.8時(shí)），可見(jiàn)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(cè)試結(jié)果燃料品種煙煤貧煤鍋爐運(yùn)行負(fù)荷噸/時(shí)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(xiàng)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(shí)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(guó)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(jià)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(guò)幾個(gè)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(shí)循環(huán)流化床鍋爐采用分級(jí)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(shí)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(cè)試滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，實(shí)測(cè)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(cè)試燃用煙煤時(shí)，鍋爐了口含塵小于10克/標(biāo)米3，而燃有貧煤時(shí)，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(hù)得到很好的經(jīng)濟(jì)效益。明水熱電廠的35噸/時(shí)循環(huán)流化床鍋爐從投運(yùn)到92年6月已燃用約6萬(wàn)噸爐渣和3萬(wàn)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(wàn)元。河北焦窯坑口電廠安裝了兩臺(tái)35噸/時(shí)循環(huán)流休床鍋爐，燃用本礦自產(chǎn)的無(wú)煙煤沒(méi)有銷(xiāo)售市場(chǎng)堆積如山鍋爐熱效率達(dá)到80，兩臺(tái)爐年運(yùn)行均在七千小時(shí)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