多元內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)

1、多元內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)多元內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)2009072909:02:531、前言從我國目前的循環(huán)流化床鍋爐的實際運行情況看，外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐的磨損問題比有埋浸受熱面的循環(huán)流化床鍋爐更嚴(yán)重。這種外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，爐內(nèi)床料濃度高，床壓差大，煙風(fēng)阻力大，電耗高，燃料適應(yīng)性差，對篩分粒度要求嚴(yán)格，維修時間多，運行周期短，出勤率低，運行成本高，經(jīng)濟(jì)效益低。2、表現(xiàn)的主要問題2.1外循環(huán)倍率高導(dǎo)致流化床鍋爐自用電耗高

2、，磨損嚴(yán)重，自用電耗高主要是鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的運行風(fēng)壓高、流速高造成的。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐的布風(fēng)板面積小，每蒸噸汽約0.12m2，為了使床料流化和滿足一次風(fēng)的送風(fēng)要求，勢必將風(fēng)壓提得很高，目前鼓風(fēng)機(jī)全壓選擇都在2萬pa上下。引風(fēng)機(jī)也因分離器的流速高、阻力大（旋風(fēng)分離器的阻力一般在1.5~2kpa）造成爐壓差大，引風(fēng)機(jī)的全壓選擇也多在6~8kpa。由于爐內(nèi)壓力高，返料用的風(fēng)壓更高，需單獨配置高壓風(fēng)機(jī)。其次是鍋爐對燃料的輸送設(shè)計和灰渣的

3、輸送設(shè)計不當(dāng)?shù)仍斐呻姾脑龈?。這種循環(huán)流化床鍋爐與同容量煤粉鍋爐相比，前者比后者的電耗高出25%~200%，是實實在在的電老虎。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐的運行是依賴大量循環(huán)灰渣將密相區(qū)生成的大量熱能帶入上部爐膛，通過以縱向為主的摩擦方式循環(huán)灰渣再將攜帶的熱量傳遞給膜式水冷壁換熱，由于這種物料的速度快、濃度高，對膜式水冷壁的磨損極為嚴(yán)重；分離器的中心筒處于高溫、高速、高飛灰濃度的工況作用下磨損變形嚴(yán)重。該設(shè)備一旦損壞，其更換也是一個非常費工

4、、費時、費錢、辛苦的工作；由于飛灰濃度高，尾部受熱面的局部磨損也很嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，因磨損爆管的事故占總停爐事故的約50%。2.2外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼耗高，目前該型循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越復(fù)雜，如燃燒系統(tǒng)的水冷布風(fēng)板全是膜式壁組成；點火系統(tǒng)的煙氣發(fā)生器，占用的地方和空間大、管線多、投資多，使用的時間少；出渣系統(tǒng)的冷渣器、運渣括板機(jī)、分離器、返料器及一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)等，還有靜電除塵器與儲灰倉，及二者間的細(xì)灰氣體輸

5、送系統(tǒng)和儲灰倉氣體輸送引起的二次污染，還需消耗許多電能、同時帶來設(shè)備磨損。這些都應(yīng)該考慮簡化設(shè)計，減少不必要的設(shè)備和多占有限的土地面積；節(jié)約鋼材、降低投資成本。循環(huán)流化床鍋爐是個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如不精心設(shè)計、科學(xué)設(shè)計，不但占用大量場地空間，造成現(xiàn)場擁擠，人為的增加了一些故障點，還不方便現(xiàn)場工人的操作。以某臺670th循環(huán)流化床鍋爐為例，因現(xiàn)場過于擁擠，連兩個密相區(qū)的人孔檢查門都沒有設(shè)置過人的檢修通道，檢修人員要去拆裝人孔檢查門非要從

6、設(shè)備的縫隙中爬到人孔檢查門邊上去，不但操作困難，檢修材料要進(jìn)入爐膛就更困難。膜式壁是輕型爐墻的好模式，有效輻射系數(shù)高，整體密封性好，便于大型化，但在高速床內(nèi)物料縱向沖刷，磨損速度快，傳熱系數(shù)僅120~150Wm2k，且均只能單面受熱，受熱面利用率50%，單面磨損，更換時，要連同沒有磨損的部分一起丟棄，浪費增加50%，鋼耗高，非?？上?。2.3設(shè)備出勤率低，運行成本高。（1）外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐磨損爆管次數(shù)多，因而檢修時間多；（2）流化

7、床燃燒系統(tǒng)穩(wěn)定性差，大顆粒料易沉積造成低溫結(jié)焦，分離器返料器運行溫度偏高易導(dǎo)致結(jié)焦；（3）風(fēng)帽的燒損和漏灰造成停爐；（4）煤倉下煤不暢，給煤機(jī)燒壞故障造成停爐等，引起設(shè)備出勤率低，運行成本高。以某十萬kw外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐發(fā)電機(jī)組為例，每停一次爐要造成幾十萬元甚至上百萬元經(jīng)濟(jì)損失，國家優(yōu)惠上網(wǎng)電價為0.405元kwh，而發(fā)電成本卻達(dá)0.395元kwh，利潤甚微。稍遇風(fēng)險，就發(fā)生虧損。3產(chǎn)生以上問題的原因3.1磨損嚴(yán)重與電耗高是一個

8、問題帶來的兩個苦果，目前多數(shù)外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐爐膛是仿照國外過去的設(shè)計，為下小上大的瘦高錐形，底部布風(fēng)板處最小，分離器多為立式旋風(fēng)筒型。每蒸噸汽的水冷布風(fēng)板面積約0.12m2，密相區(qū)燃燒份額約為35%~60%。由于密相區(qū)面積小，風(fēng)速高，氣固濃度高、無法設(shè)置埋浸受熱面，因而密相區(qū)燃燒放出的熱量沒有吸收，只能依賴大量的循環(huán)灰渣作熱載體以快速的方式將熱量帶出密相區(qū)，傳給爐膛上部的膜式水冷壁，膜式水冷壁成了縱向沖刷的埋浸受熱面。密相區(qū)風(fēng)速

9、高，必然要求風(fēng)室的風(fēng)壓高，而當(dāng)風(fēng)量不變，風(fēng)壓增高時，風(fēng)機(jī)功耗與風(fēng)壓的增高成正比，而爐膛氣固流體的濃度增高與膜式壁的磨損速度成正比，氣固流體的速度增高與膜式壁的磨損成3次方關(guān)系，所以現(xiàn)在的外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐受熱面磨損程度超過了有埋浸受熱面的流化床鍋爐，因而爆管事故多。膜式水冷壁的這種磨損又有其特點，僅是單面磨損，另一面完好無損，一旦爆管，需要正反兩面一起更換，造成材料浪費，從以上分析可知，物料的外循環(huán)倍率越高，所需的煙氣流速也越高，

10、磨損速度也就越快，動力消耗和材料浪費也就越大。3.2結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋼耗高，這是循環(huán)流化床鍋爐大型化需迫切解決的兩個新問題。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐是以提高爐腔高度來彌補大型化所需燃燒空間和時間，因此鍋爐容量越大爐體就越高，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，鋼耗也就越高。鋼耗一般是同容量煤粉鍋爐的1.4~1.8倍。該型鍋爐的爐膛很高，雖占地不多，但要求鋼架的強度和剛度大，所以鋼架鋼耗高。而輔助設(shè)備部分復(fù)雜，如點火系統(tǒng)的煙氣發(fā)生器，有的超過了主燃室的占地；鍋爐各種管線

11、多，冷渣系統(tǒng)、括板運渣機(jī)等設(shè)備布置很擁擠；還有旋風(fēng)分離器比表面積大，其四周很多空間又無法利用……。3.3外循環(huán)倍率高，燃燒條件差是設(shè)備出勤率低，運行成本高的主要原因。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐設(shè)備出勤率低，運行成本高的因素較多，但主要因素之一是外循環(huán)倍率高，磨損嚴(yán)重，這個問題較明顯，本文不贅述；之二是流化床燃燒性能差，大顆粒料易沉積和燃燒份額低。目前我國外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐燃燒系統(tǒng)多是由膜式水冷壁組成的平布風(fēng)板（有的略傾斜5）和鐘罩式

12、圓柱風(fēng)帽組成，燃料從返料管（或給煤口）進(jìn)入床內(nèi)后，只能隨熾熱的床料上下翻騰，這種翻騰的特點是軸向的波形曲線擴(kuò)散，即便加了播煤風(fēng)，也缺乏徑向的水平擴(kuò)散運動，因此密相區(qū)進(jìn)煤處的床料中含碳濃度很高，而鄰近的區(qū)域只能靠軸向的波形曲線擴(kuò)散才能得到碳粒，而遠(yuǎn)離給煤口的區(qū)域，當(dāng)這種波形的擴(kuò)散運動將這些燃燒的床料送到時，僅剩很少量的可燃碳了。由于密相區(qū)內(nèi)存在這三種不同的含碳床料，而風(fēng)室向床內(nèi)提供的氧含量均為20.89%燃燒效率。同時床內(nèi)的循環(huán)具有很強的

13、破渣能力和清除大顆粒料的能力，不管鍋爐連續(xù)運行時間多長，也不管制煤系統(tǒng)篩分發(fā)生故障，進(jìn)入床內(nèi)的大顆粒都會通過排放冷渣自行清除，不會在床內(nèi)產(chǎn)生沉積造成低溫結(jié)焦或滅火事故。如果用入爐燃料的循環(huán)倍率來衡量，這種內(nèi)循環(huán)的倍率高達(dá)1500~2000。該多元內(nèi)循環(huán)燃燒系統(tǒng)點火所用的燃料、點火時間和對點火技術(shù)水平等的要求均大為降低，運行操作平穩(wěn)，負(fù)荷增減自如，不受高熱值燃料和低熱值燃料變化的影響，燃料粒度的分布份額對它的影響也非常小，鍋爐連續(xù)運行周期

14、長達(dá)半年至一年，途中若需壓火也很容易，停啟快速。實踐證明，因煤的特性不同，這種多元內(nèi)循環(huán)燃燒系統(tǒng)密相區(qū)的燃燒份額高達(dá)0.70~0.90。而一次風(fēng)過量空氣系數(shù)可控制在1~1.05之內(nèi)；密相區(qū)橫向流速度高、循環(huán)倍率很高，但在一定高度后，軸向（縱向）流速低，僅為高速床的35%~40%，而埋浸受熱面在此高位布置，主要依靠中小顆粒的熱傳導(dǎo)和低速橫向沖刷傳熱，傳熱系數(shù)高于縱向沖刷的膜式壁近2倍，而平均磨損速度卻低三倍；因風(fēng)壓低，鼓風(fēng)機(jī)的電耗可降低一