一種節(jié)能環(huán)保型內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐開發(fā)設(shè)計

謝曙光 范高峰

摘 要： 為適應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的要求，本文介紹了一種節(jié)能環(huán)保型內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)、設(shè)計特點，詳細說明了此類鍋爐為適應(yīng)節(jié)能環(huán)保進行的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化情況，為此類鍋爐的開發(fā)設(shè)計開拓了一種新思路。

關(guān)鍵詞： 節(jié)能環(huán)保，內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，開發(fā)設(shè)計

【中圖分類號】 TK229.91 【文獻標(biāo)識碼】 A【文章編號】 2236-1879（2017）20-0271-02

0 概述

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是一種新的高效節(jié)能、低污染排放的清潔燃煤技術(shù)，其主要特點是：

1）、鍋爐爐膛內(nèi)含有大量的蓄熱物料，這些循環(huán)物料的交叉流動帶來了高傳熱系數(shù)，利于燃料的預(yù)熱、燃燒和燃盡，使此類鍋爐對純?nèi)既剂匣蚧烊既剂系倪m應(yīng)性強，能夠改善和優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)。

2）、循環(huán)流化床鍋爐運行溫度通常在800 ℃～900 ℃脫硫溫度區(qū)間，使?fàn)t內(nèi)脫硫效率達到95%左右，爐內(nèi)脫硫后鍋爐初始SO2的排放濃度可以達到100mg/m3以下。同時在此溫度下，循環(huán)流化床采用分級送風(fēng)燃燒，使燃燒始終在低溫低過量空氣系數(shù)下進行，大大降低了NOX的生成和排放，鍋爐的整體環(huán)保性能好。

3）、循環(huán)流化床鍋爐還具有高的燃燒效率、可以燃用劣質(zhì)燃料、灰渣易于綜合利用，鍋爐熱負荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點，因此在世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。隨著環(huán)保要求日益嚴(yán)格，循環(huán)流化床鍋爐成為目前最實用和可行的高效低污染燃煤設(shè)備之一。

1、整體理論創(chuàng)新

雖然循環(huán)流化床鍋爐具有以上優(yōu)點，但在循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計和使用過程中，仍存在燃燒效率較低，分離器的分離效率不太理想，返料系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，返料不易遠程控制等亟需改進的共性問題。

循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)目前存在幾大流派，其中的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐是其中的一個流派，目前在用的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐因其分離器及回料通道、回料閥處于鍋爐爐膛左側(cè)，和鍋爐爐膛混燃一體，因此和外置分離器相對應(yīng)稱為內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐，此類鍋爐除具有以上循環(huán)流化床鍋爐的特點外，由于鍋爐的床面積較大，可蓄熱的燃料相應(yīng)的較多，爐膛截面積相應(yīng)的較大，爐膛內(nèi)的流速較低，因此鍋爐的燃料適應(yīng)性及帶負荷能力較強，但是由于本質(zhì)上仍是循環(huán)流化床鍋爐，因此仍具有以上循環(huán)流化床鍋爐的共性問題。本文立足從內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化和理論創(chuàng)新，返料系統(tǒng)的集成可控及遠傳，爐膛燃燒區(qū)燃燒效率的提高幾個方面加以優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)出新型高效分離器、新型的可控及遠傳的鍋爐返料技術(shù)及爐膛內(nèi)漩渦流化燃燒技術(shù)，努力通過以上循環(huán)流化床鍋爐燃燒、分離、返料關(guān)鍵部件的開發(fā)，達到提高鍋爐燃燒效率，完善分離器結(jié)構(gòu)進而提高分離器效率，變原來半人工控制的返料系統(tǒng)為全自動可遠傳的自動可控返料系統(tǒng)，從源頭提高整個內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)可靠性和較高的燃燒效率、分離效率，同時在鍋爐爐膛內(nèi)通過對鍋爐的二次風(fēng)優(yōu)化布置，通過減少一次風(fēng)的供給和二次風(fēng)的分層設(shè)計，提高鍋爐配風(fēng)的均勻性和氧氣的利用率，減少鍋爐燃燒時熱力型氮氧化物的產(chǎn)生，形成了新一代的節(jié)能高效環(huán)保的內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)，解決傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐普遍存在的可靠性、經(jīng)濟性、安全性較差等問題。

2、關(guān)鍵部件的開發(fā)設(shè)計介紹（詳見附圖）

1）、新型分離器的開發(fā)設(shè)計：內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的分離器原為臥式水冷分離器，分離器為前后一個整體，在煙氣攜帶未燃盡的燃料進入分離器時，通過臥式水冷分離器的旋風(fēng)分離作用進行對煙氣和燃料的分離，分離的過程是在分離器進口達到一定的流速時（20-32m/s），進入分離器筒體后，煙氣及其攜帶的燃料進行漩渦旋轉(zhuǎn)，煙氣流逐漸進入分離器的中心，燃料顆粒由于離心力的作用被甩到分離器的壁，然后通過貼壁流進入鍋爐的回料道，從而達到燃料和煙氣的分離作用，在現(xiàn)有的分離器結(jié)構(gòu)下進行分離時，由于沒有進行和顆粒分級相匹配的分離器流速分布，而是采用模糊籠統(tǒng)的流速設(shè)計，在這樣的情況下，粗顆粒一般能夠分離下來，細顆粒（50-80μm）由于分離器的流速不夠，因此分離下來的幾率較小，細顆粒隨煙氣流排出了鍋爐爐膛，由于這部分燃料沒有燃燒導(dǎo)致鍋爐的燃料耗量增加了；同時在對鍋爐的燃料和煙氣進行分離的過程中，出現(xiàn)煙氣和燃料的相互干擾現(xiàn)象，因為對于分離出來的燃料顆粒在順著分離器壁向下流動的過程中，沒有對這些顆粒的引導(dǎo)通道，因此是紊亂的，導(dǎo)致這種情況下將會出現(xiàn)分離出來的顆粒二次卷吸進煙氣內(nèi)的現(xiàn)象，隨著煙氣被帶出了爐膛，這也造成了燃料耗量的增加，即是鍋爐熱效率的降低。

針對以上兩種情況，本文對分離器進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化：

首先根據(jù)對進入分離器的燃料的分布特點進行了分析，結(jié)果是當(dāng)燃料進入爐膛時，細顆粒分布于爐膛前部，粗顆粒分布于爐膛的后部，因此在煙氣攜帶顆粒進入分離器時應(yīng)根據(jù)顆粒分布特點，選擇不同的進口流速，同時對分離器筒體的流速也應(yīng)加以區(qū)分，這樣才能有針對性的對顆粒進行分離，鑒于此，把現(xiàn)有一級漩渦分離器分為了兩級漩渦分離器，在回料流通的上部也進行了區(qū)分，這樣可以對兩級分離器采用不同的流速設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便和進入分離器內(nèi)的顆粒直徑相匹配，把分離細顆粒的分離器稱之為一級漩渦分離器，把分離粗顆粒的分離器稱之為二級分離器，一級分離器的煙氣在二級分離器匯合后通過二級分離器的中心筒排出爐膛；

其次在每個分離器內(nèi)部的筒體壁上布置和顆粒流向相同的導(dǎo)流槽，以便規(guī)范分離出來的顆粒的流向，降低顆粒的折揚和卷吸情況的發(fā)生；

最后在分離器進口設(shè)計煙氣流向?qū)Я靼?，引?dǎo)煙氣均勻的進入分離器，盡可能的避免煙氣向中心筒方向的偏離。

通過以上三種結(jié)構(gòu)的研究和完善，最終的分離效率得到提高，表現(xiàn)在對排出爐膛的煙氣攜帶的顆粒物的測定達到10μm以下，驗證了分離效率提高很多，達到了高效分離器開發(fā)設(shè)計的目標(biāo)，提高了鍋爐燃料的燃燒效率及燃料的利用率，達到了節(jié)能減排的目的。

2）、返料裝置的開發(fā)設(shè)計：內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐返料裝置為由松動風(fēng)及半自流閥組成，松動風(fēng)僅起到松動的作用，而不能直接正好對著回料閥，否則將由于送風(fēng)的速度過高，把閥門附近的受熱面管子磨損破壞，由于回料閥是靠重力把燃料流入爐膛的，因此不能控制返料量的多少。這樣出現(xiàn)了兩個弊端，不能自動控制給風(fēng)量，同時也不能控制返料量，因此這種帶松動風(fēng)的半自流閥需要進行重新的開發(fā)設(shè)計，達到可以通過遠程自動控制給風(fēng)量，進而用風(fēng)控制返料量的目的。本文中采用徹底改變原來的給風(fēng)和返料模式，把返料風(fēng)進行下移做成幾個獨立的風(fēng)箱，風(fēng)箱上部布置流化風(fēng)帽，同時配合上部雙漩渦分離器分離下來的顆粒不同，布置的風(fēng)帽數(shù)量也不同，達到風(fēng)量供給隨燃料返料量的聯(lián)動目的，這樣通過風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)壓可以遠程控制風(fēng)帽的流速，進而控制風(fēng)帽上部返料的沸騰高度，也就是返料的料層差壓，同時把風(fēng)帽吹起來的返料剛好正對著返料閥，通過料層差壓把返料送入爐膛，這樣返料量的多少完全是由風(fēng)箱的風(fēng)壓控制的，這種操作完全可以通過遠程控制來實現(xiàn)，返料的多少變的可控可自動化操作。

3）、鍋爐配風(fēng)的開發(fā)設(shè)計：采用循環(huán)流化床鍋爐低溫分級送風(fēng)燃燒的爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，在確保一次風(fēng)滿足床料流化需要的前提下，盡量減少一次風(fēng)的供給，合理的將二次風(fēng)管噴嘴沿爐膛高度方向分兩層分別送入爐膛下部空間內(nèi)。運行中可以通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的風(fēng)量及上、下級二次風(fēng)的風(fēng)量來控制燃燒，使燃燒始終在低過量空氣下進行，從而大大降低了NOx的生成；結(jié)合爐膛溫度在870～910℃之間（這個溫度主要兼顧SOx的排放）的燃燒，在鍋爐額定負荷下，氮氧化合物排放一般能夠達到70mg/m3以下。

4）、鍋爐低SOx排放技術(shù)：隨著環(huán)境保護要求的逐漸嚴(yán)格，對燃煤鍋爐SOx的排放有了新的控制標(biāo)準(zhǔn)。該項目創(chuàng)造性的在二次風(fēng)管上設(shè)置了獨立的石灰石接口。為了達到低硫排放標(biāo)準(zhǔn)，石灰石的粒徑一般控制在0～2mm之間，同時制流化床燃燒溫度一般應(yīng)控制在870～910℃之間。石灰石宜通過倉泵等設(shè)備單獨由氣力輸送系統(tǒng)噴進爐膛，燃料及脫硫劑經(jīng)多次循環(huán)，反復(fù)進行低溫燃燒和脫硫反應(yīng)，加之爐內(nèi)湍流運動劇烈，Ca/S摩爾比約為1.8～2.0時，可以使脫硫效率達到95%左右，SOx的排放量經(jīng)過爐內(nèi)脫硫即達到100mg/m3以下。

3、結(jié)束語：

采用該技術(shù)的鍋爐已經(jīng)在河南某地投入運行，在鍋爐運行在額定時，鍋爐燃燒二類煙煤，鍋爐爐膛溫度為845°C，鍋爐排煙溫度約為130°C，過量空氣系數(shù)為1.25，尤其是SOx的監(jiān)測排放量為85mg/m3， NOx的監(jiān)測排放量為67mg/m3，達到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的100 mg/m3以下的要求，而鍋爐系統(tǒng)的自耗電低到了10.1度/噸汽，節(jié)能環(huán)保效果明顯，鍋爐其他各項鍋爐參數(shù)也達到了設(shè)計要求。說明在采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計后，鍋爐的各項指標(biāo)都達到了較優(yōu)的表象，因此設(shè)計理念及結(jié)構(gòu)開發(fā)上都是比較成功的，為下一代節(jié)能環(huán)保型內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)設(shè)計提供一個有效的途徑。

參考文獻

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[2] 林宗虎等. 循環(huán)流化床鍋爐〔M〕 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2004