掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响

掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响

张勇

山西京能吕临发电有限公司，山西省 吕梁市 033200

摘要：循环流化床锅炉是一项高效燃烧技术，在很多生产领域中得到广泛应用，安装检修质量会对部件磨损产生较大的影响，需要深入了解锅炉运行原理，分析安装和检修对锅炉部件磨损的影响，采取有效的防磨措施来保证锅炉正常运行。对燃用半焦的循环流化床锅炉技术进行研究，探索燃用半焦的分离器、返料阀等关键部件的设计技术及二次风、布风板、炉膛等整体匹配关系;分析了关键参数的选择原则。鉴于此，本文主要分析掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响。

关键词：掺烧半焦；循环流化床锅炉；影响

中图分类号：TU75 文献标识码：A

1、引言

循环流化床(CFB)锅炉是近30余年来发展起来的一种新型清洁煤燃烧技术，因其具有能稳定燃烧煤粉炉难以燃用的各种劣质燃料、环保特性好、负荷调节范围广等技术优点，在国内外得到快速的应用发展。

2、循环流化床锅炉的工作原理

与普遍锅炉有着很大的不同，流化床锅炉内物质的燃烧是以气相、固相流体理论为基础，是先进的洁净材料燃烧新技术。锅炉本体主要由燃烧系统、对流烟道系统和气固分离系统构成，一次燃烧空气经过底部布风装置输送至炉膛中，风帽设置在布风装置上，炉膛内部的燃料经过一次风进行流化处理以后，将以流体形式充满在炉膛中，燃料、脱硫所需要的石灰石等粒径控制在8mm左右，通过空气吹送后燃料、硫化物质等会快速充满锅炉膛空间。二次风经过炉膛下侧一定高度部位进入到炉膛内来为分级燃烧提供充足的氧气，固态颗粒在炉膛中进行气态、固态流动。炉膛内小颗粒物质在聚集作用、团聚作用影响下形成大颗粒燃烧物质，在风流作用下会变成逆向下运行，然后被快速上升气流打散还原为细小颗粒，在气流的作用力下会转变向上运动，小颗粒燃烧物会循环下沉、吹散、上升，不断以该种循环方式进行燃烧。同时，锅炉出口会利用高温状态的烟气带出小颗粒物质，再通过回收装置再次送回进行二次燃烧，这样就能进行炉膛内循环燃烧，保证热量与燃料的平衡，使流化床锅炉可以正常运行。而流化床锅炉部件磨损还受到煤种、燃烧状况调整等其他因素影响，在对流化床锅炉进行安装的过程中，需要先对设备的原理进行了解，再采取科学合理的防磨措施，这样才能提高设备的安全性、稳定性。

3、掺烧半焦对循环流化床锅炉设计的影响

3.1、回料器风帽安装错误

回料器是一个小型流化床，固体颗粒由分离器下的立管进入回料器，在松动风和回料风的作用下将固体颗粒流化并经回料室和回料斜管送入炉膛。松动风和回料风由各自独立的风室送入，可分别调节，因其风量不一样，所以其各自对应的风帽开孔大小也不一样，某项目在安装时将松动风室和回料风室的风帽装反，导致回料器返料不畅，影响锅炉带负荷。

3.2、锅炉辅机方面

破碎机破碎效果无法达到设计要求。循环流化床锅炉的燃烧传热机理决定了其对入炉燃料颗粒的粒径分布有一定的要求，采用符合锅炉设计要求的燃料粒度可以达到最佳的燃烧效率以及合理的排放;燃料粒度的合理选取可以确定合理的流化速度，而密相区的速度决定了炉膛的几何尺寸，因而燃料粒径是锅炉设计时一个极为关键的数据。如果循环流化床锅炉由于燃料制备系统选择不合理，未按燃料的破碎特性选择合适的工艺系统和破碎机，或者破碎机实际破碎效果不理想，造成实际入炉燃料粒径偏离锅炉设计要求，必然会导致锅炉燃烧组织和污染物的排放无法达到最佳效果，进而影响锅炉出力和排放。

3.3、实际燃用煤的热值明显偏离设计值

虽然循环流化床锅炉燃料适应性广，但一旦炉型确定了，其对燃料的适应范围也就确定了。某项目设计燃料为3000kcal/kg左右的混煤(煤矸石+洗中煤)，后因煤质采购渠道变更，实际使用燃料为5500kcal/kg左右的烟煤，致使锅炉床温较设计值明显偏高，制约了锅炉继续投煤带负荷，锅炉实际出力仅能达到满负荷的80%左右。

4、针对半焦燃料所采取的措施

4.1、选取较高的运行床温，强化碳颗粒的燃尽

由于半焦的燃尽性较差，因此合理的床温是保证锅炉燃烧效率的重要因素之一。在保证污染物排放量的前提下，选择了床温为910℃，降低未燃碳损失，提高燃烧效率。随着运行床温的提高，锅炉的燃烧效率逐渐提高的，但受低NO_x排放的限制，运行床温又不能过高。根据大型高参数锅炉的运行经验，选取炉膛床温为910℃。

4.2、合理的炉膛流化速度

由于燃料中灰分含量高，燃尽性差，需充分考虑燃料在炉内的停留时间和燃尽时间，设计足够的炉膛容积并选择了较低的流化速度(～5m/s)将会有效提高其燃尽率，使燃料在炉膛内有足够充分的停留时间，降低飞灰含碳量，提高燃烧效率。

4.3、独特设计的高效分离器

半焦一次燃尽率低，需配套高效旋风分离器。通过Fluent软件对旋风分离器的关键参数进行优化，提高旋风分离器的高效分离效率。在350MW超临界机组上，对同类型旋风分离器实际运行进行取样分析，确保分离器效率满足要求。采用数模和物模等手段进行研究，对分离器进一步提效，新型旋风分离器的应用将使半焦的燃尽率进一步提升。

4.4、给煤、半焦给入点和排渣的设计

50MW锅炉方案中，采用2点前墙给煤+2点后墙给半焦，给煤口设置播煤风，保证给煤进入炉内后很好的播散和混合。底部2点排渣，可使排渣口远离給煤口和半焦口，避免燃料直接进入冷渣器。300MW锅炉方案中，采用4点回料阀给煤+4点回料阀给半焦，给煤和半焦进入回料阀内首先与回料阀内的高温灰混合，保证燃料进入炉膛前与物料充分接触。“裤叉腿”内部6点排渣，可使排渣口远离給煤口和半焦口，避免燃料直接进入冷渣器。

4.5、控制设备的日常运行

做好锅炉风量的控制，由于流化床锅炉会使燃料小颗粒流态化，再对炉膛内吹入空气，使高温状态下的物料进行悬浮燃烧。风量会对锅炉正常运行产生较大的影响，应该将炉内风量控制在稍超出最小流化量，可以最大程度地防止炉内部件磨损。流化床在正常运行过程中，会存在炉膛升压过快、温度提升过快的问题，这与作业人员安全意识、维护意识有关，规范操作人员行为，可以避免对锅炉正常使用寿命造成影响，防止对炉管、炉墙造成损坏，也不可以过早对炉内投入燃料，避免由于形成热量冲击波使锅炉部件产生膨胀。

5、结束语

半焦是煤热解气化后的副产物，半焦具有高灰分、低挥发分、高含碳量、难以燃烧等特点。炉膛、分离器、回料阀构成了循环流化床锅炉物料热循环回路，煤在燃烧室燃烧后产生的烟气进入分离器，进行气固分离，经过分离器净化的烟气进入尾部烟道。热循环物料分为两部分，一部分通过回料阀直接返回炉膛;另一部分进入气化炉，将气化炉内的煤热解气化，热解气化后的半焦和循环物料一起返回炉膛继续参与燃烧。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义。

参考文献：

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