提高大型循环流化床锅炉热效率的建议

提高大型循环流化床锅炉热效率的建议

以洁净燃烧技术著称的循环流化床锅炉，由其本身所具有的优点，为福建无烟煤的开发和利用提供了广阔的前景。福建省近年来已广泛选用了循环流化床锅炉，现有30多台在运行或在建中。经过几年来的实践，积累了设备设计制造和运行的丰富经验。目前福建省的循环流化床锅炉在出力、稳定运行等方面有较大的提高，正朝着大型化和进一步提高连续运行时间和热效率方面努力。石狮热电厂二台35t/h由东方锅炉厂制造的循环流化床锅炉热效率达83%二台75t/h也由东方锅炉厂制造其中投运的1台循环流化床锅炉热效率达85%，均比同容量燃烧福建无烟煤煤粉炉高出2% ~3%以上，达到预期目的。但是85%的热效率并不高，特别是目前大型锅炉的热效率均在90%以上，甚至达到92%.相比之下，燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉在大型化后尚需进一步提高热效率。本文结合石狮热电厂35t/h、75t/h循环流化床锅炉设计及运行经验，探讨进一步提高燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉热效率的措施。

　　2省内循环流化床锅炉现状福建省内现有30多台循环流化床锅炉在运行或在建中，容量最大仅到75t/h，厦门电厂和永定火电厂等拟安装130t/h循环流化床锅炉。早期安装的循环流化床锅炉普遍存在磨损较大；分离器、回料系统结焦、堵灰；连续运行时间短；锅炉出力不高等问题，经过这几年摸索和技术改造，基本克服了以上问题。目前省内运行状况最好的当属石狮热电厂，该厂现已投产二台35t/h、一台75t/h循环流化床锅炉，一台75t/h循环流化床锅炉在建，均由东方锅炉厂制造。1999年底，二台35t/h循环流化床锅炉通过了产品技术鉴定。

　　75t/h循环流化床锅炉是在吸收35t/h循环流化床锅炉成功经验的基础上制造的。两种型号锅炉总体设计较合理，针对福建无烟煤挥发份低、难着火、难燃烬的特点，均采用较高的炉膛（自入煤口至炉膛出口高度351儿为15.51；75匕为17.5）、较低的流化速度35m/s）、高效中温旋风分离器等，提高了煤的一次燃烬度与燃烧稳定性，额定工况热效率分别达到83%和85%，全年累计运行时间均在7500h以上，锅炉可用率接近90%是燃烧福建无烟煤锅炉中的佼佼者，但由于技术、经验、经济的原因，尚有不足之处，如热效率还不是太高，飞灰含碳量都在20%以上，甚至高达35%.为此有必要在已取得阶段成功的基础上，研究、探讨进一步提高循环流化床锅炉热效率的措施，为燃烧福建无烟煤的大型循环流化床锅炉设计提供。

　　3提高热效率的措施探讨3.1将床温、炉膛出口烟气设计温度提高到950°C及以上目前省内循环流化床锅炉炉膛出口设计烟温一般在850~930°C之间，床温也在此之间，石狮热电厂35t/h循环流化床锅炉炉膛出口设计烟温900K 75t/h循环流化床锅炉炉膛出口设计烟温930°C，这主要是考虑两个方面因素的结果：一是炉内脱硫最佳温度在850~900°C之间，国内外制造厂一般据此确定炉膛出口设计烟温；二是福建无烟煤灰熔点较低，灰的变形温度（）一般在11OT°C左右，低的只有1040°C极易结焦，因此制造厂炉膛出口设计烟温依经验一般选择在850~900°C之间，东方锅炉厂在35t/h炉的经验基础上大胆将75t/h炉炉膛出口设计烟温提高到930°C.而福建无烟煤是最难燃烧的煤种之一，其挥发份极低~5%）、难着火、难燃烬，一般着火温度要在900~950°Q根据浙江大学热能工程研究所和厦门电厂于1995年10月在试验台上进行多次试验发现，福建无烟煤极难着火，即使到900°C也很难稳定着火，试验台床温必须控制在900°C以上，一般950~1050K而且燃烧速度很低，燃烧表面观察不到明显的火焰。因此目前省内循环流化床锅炉实际运行温度都在900°C以上，一般在950°C，石狮热电厂最高有时运行到980~1000°C，大大偏离制造厂设计值，造成炉内燃烧工况、吸热量与设计值不符，影响了热效率，也使主汽温度超温。例如石狮热电厂35t/h炉试运行时炉膛上部烟温接近950°C时，主汽温度超过480K热效率降到75%左右，运行一段时间后经制造厂同意割掉多余过热器受热面，以保证燃烧温度，提高热效率。

　　950°C的运行温度对脱硫效率有一定的降低，但是福建无烟煤含硫量不高（0.8 1.2%）只要60%~ 70%的脱硫率即可满足排放要求。为此建议制造厂将床温、炉膛出口烟温设计温度提高到950°C，有利于福建无烟煤燃烧，有利于提高燃烧效率。

　　3.2入炉煤的细度应要求达到0煤粒在循环流化床锅炉内的燃烧是一个错综复杂的过程。煤粒送入循环流化床内首先迅速受到高温物料及烟气的加热，加热过程中煤的粒径越大，其表面温度达到着火温度所需的时间越长，其燃烬时间越长，而煤粒子表面温度越高，其燃烬时间越短，因此对于难着火燃烧的煤种，由于着火温度高，入炉煤的粒径就要求小，以缩短表面达到着火温度所需的时间。根据规范循环流化床锅炉燃烧无烟煤入炉煤的细度应为~8mm而福建无烟煤是最难燃烧的煤种之一，不但具有燃烧化学反应性能差，热传导能力低，着火温度高（900°C以上）的特性，且煤粒加热后只有极少的孔隙，氧气很难进入，燃烧产物（2等）不易扩散出去，整个燃烧过程进行得很缓慢，因而燃烬时间长，且具有热爆性。如0.4mm的煤粒在试验炉内从着火后到燃烬时间至少要4秒以上，因此入炉煤的细度要求应更小，有锅炉厂推荐应为0~5mm.一方面入炉煤的粒径小，加热所需的时间短，便于达到着火温度。另一方面由于入炉煤的粒径小，其难以控制的热爆也会减少，因此入炉煤的细度应比规范推荐值更小。东方锅炉厂推荐石狮热电厂入炉煤的细度为0~ 8mm，该粒度范围需两级破碎，破碎设备需进口，从经济考虑改为一级破碎，细度要求为0~10mm实际运行细度一般为0~13mm该细度范围延长了煤粒表面加热时间，也增加了热爆性。大颗粒进入高温炉膛马上爆裂成很多细片、细粉，大部分立即被吹出床面，增大机械不完全燃烧热损失，造成飞灰含碳量较高，影响锅炉热效率。石狮热电厂的飞灰含碳量都在20%以上，甚至高达35%，严重影响了热效率。因此烧福建无烟煤的循环流化床锅炉大型化后，应推荐采用两级破碎系统，控制入炉煤的细度在0~5mm，至少应在3.3二次风分层送入在循环流化床锅炉中，为了有利燃烧、降低污染物的排放和风机能耗，可以说无一例外地将气体分成一次风和二次风送入炉内，一次风的主要作用是使床料沸腾燃烧，二次风的主要作用是促进煤的燃烬和提供1.2~1.3的过剩空气系数。适当调整一、二次风的比例能实现较高的燃烧效率，而二次风分层送入能使燃烧更稳定、更充分、更均匀，从而使炉膛整个高度温度分布均匀，避免局部燃烧温度过高引起结焦，便于提高床温，从而提高燃烧效率。石狮热电厂35t/h炉二次风只有一层，燃烧基本发生在炉膛下部和二次风口后，炉膛上部燃烧份额偏少，炉膛整个高度温度分布偏差较大，上部温度较低下部温度较高，偏差一般在50~1ro°c之间，造成上部燃烧不充分，影响燃烧效率。75t/h炉二次风分两层送入，使煤粒充满在整个炉膛燃烧，炉膛整个高度温度分布均匀，偏差在10C左右，运行控制更方便，床温可稳定在950C左右，既可防结焦，燃烧效率也相应提高。因此应重视合理配风、分级送风，以便燃烧更稳定、更充分、更均匀。

　　3.4采用高温汽冷旋风分离器目前省内循环流化床锅炉有采用高温旋风分离器（如大田、德化75t/h炉），也有采用中温旋风分离器（如石狮35t/h、75t/h炉）。石狮热电厂采用中温旋风分离器主要是吸取采用高温旋风分离器的循环流化床锅炉由于可燃物在高温旋风分离器中再燃引起高温旋风分离器及返料系统结焦影响锅炉正常运行。

　　但中温分离是不利于炉膛燃烧的。中温返料灰进入高温炉膛势必要加热升温吸收炉膛热量，从而降低床温影响燃烧，也影响入炉煤粒的加热，进而影响燃烧效率。石狮热电厂35t/h、75t/h炉都采用中温旋风分离器，返料温度在450 ~0C之间，返料灰量大时，床温下降很大，影响稳定燃烧，致使返料灰不能全部进入炉膛，需定期排放。目前东锅、上锅等已引进了高温汽冷旋风分离器制造技术高温烟气进入汽冷旋风分离器可以得到进一步冷却，但温度降低不是很多，一般降低100~150C返料温度在800~850C之间，既有效地避免了可燃物再燃引起的结焦，又尽可能不影响炉内燃烧。目前汽冷旋风分离器由于制造技术复杂、价格贵，在75t/h以下尚未推广，但循环流化床锅炉大型化后，应推荐采用高温汽冷旋风分离器，尽量避免返料对炉膛燃烧的影响。

　　3.5增设返料灰、飞灰再循环系统由于返料灰参与炉内换热，直接影响炉内与尾部换热比例，在高负荷工况返料灰量大，炉内吸热比例增大，反之低负荷工况返料灰量小，炉内吸热比例减小，因此也就决定了返料灰在任何工况下都实现自平衡比较困难，高负荷工况需要大量投入减温水。例如石狮热电厂35t/h炉在高负荷工况随着返料灰量增大，主汽温度超得更大，大量投入减温水也难以把汽温降下来，不得不减少返料灰量，也造成返料灰定期排放。返料灰由于无法循环燃烧影响燃烬度，致使返料灰、飞灰含碳量较高，基本在20%~40%之间，因此为进一步提高循环流化床锅炉热效率，建议大型循环流化床锅炉增设返料灰、飞灰再循环系统，将多余返料灰和除尘器收集下来的飞灰贮存到灰罐，低负荷时再用仓泵送回炉内燃烧，一方面可以提高灰燃烬度，提高锅炉热效率，另一方面由于低负荷循环灰量加大，增加炉内吸热比例，使主汽温度可以在更大范围维持稳定。

　　3.6降低排烟温度影响循环流化床锅炉热效率的另一主要因素是排烟热损失。目前省内循环流化床锅炉排烟温度基本在140 ~150C据统计排烟温度每降低15C锅炉效率会提高1%.福建无烟煤含硫量不高，加之循环流化床锅炉可进行炉内脱硫，尾部烟气露点温度较低，可适当降低锅炉的排烟温度，减少排烟热损失，提高锅炉热效率。

　　4结束语福建循环流化床锅炉经过几年来的实践，积累了设备设计制造和运行的丰富经验，在不断总结和改进设计和运行经验的基础上，燃用福建无烟煤的大型循环流化床锅炉热效率有望达到90%及以上。