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(guó)目前的循環(huán)流化床鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況看，外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐的磨損問(wèn)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(duì)篩分粒度要求嚴(yán)格，維修時(shí)間多，運(yùn)行周期短，出勤率低，運(yùn)行成本高，經(jīng)濟(jì)效益低。2、表現(xiàn)的主要問(wèn)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(yùn)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(shì)必將風(fēng)壓提得很高，目前鼓風(fēng)機(jī)全壓選擇都在2萬(wàn)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(dú)配置高壓風(fēng)機(jī)。其次是鍋爐對(duì)燃料的輸送設(shè)計(jì)和灰渣的

3、輸送設(shè)計(jì)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(shí)實(shí)在在的電老虎。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐的運(yùn)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(guò)以縱向?yàn)橹鞯哪Σ练绞窖h(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(duì)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(gè)非常費(fèi)工

4、、費(fèi)時(shí)、費(fèi)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(jì)，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(jì)越來(lái)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(diǎn)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(shí)間少；出渣系統(tǒng)的冷渣器、運(yùn)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(chǔ)灰倉(cāng)，及二者間的細(xì)灰氣體輸

5、送系統(tǒng)和儲(chǔ)灰倉(cāng)氣體輸送引起的二次污染，還需消耗許多電能、同時(shí)帶來(lái)設(shè)備磨損。這些都應(yīng)該考慮簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，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(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，如不精心設(shè)計(jì)、科學(xué)設(shè)計(jì)，不但占用大量場(chǎng)地空間，造成現(xiàn)場(chǎng)擁擠，人為的增加了一些故障點(diǎn)，還不方便現(xiàn)場(chǎng)工人的操作。以某臺(tái)670th循環(huán)流化床鍋爐為例，因現(xiàn)場(chǎng)過(guò)于擁擠，連兩個(gè)密相區(qū)的人孔檢查門都沒(méi)有設(shè)置過(guò)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(shí)，要連同沒(méi)有磨損的部分一起丟棄，浪費(fèi)增加50%，鋼耗高，非?？上?。2.3設(shè)備出勤率低，運(yùn)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(shí)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(yùn)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(cāng)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(yùn)行成本高。以某十萬(wàn)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(wàn)元甚至上百萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)損失，國(guó)家優(yōu)惠上網(wǎng)電價(jià)為0.405元kwh，而發(fā)電成本卻達(dá)0.395元kwh，利潤(rùn)甚微。稍遇風(fēng)險(xiǎn)，就發(fā)生虧損。3產(chǎn)生以上問(wèn)題的原因3.1磨損嚴(yán)重與電耗高是一個(gè)

8、問(wèn)題帶來(lái)的兩個(gè)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(guó)外過(guò)去的設(shè)計(jì)，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(wú)法設(shè)置埋浸受熱面，因而密相區(qū)燃燒放出的熱量沒(méi)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(shí)，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(guò)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(diǎn)，僅是單面磨損，另一面完好無(wú)損，一旦爆管，需要正反兩面一起更換，造成材料浪費(fèi)，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(dòng)力消耗和材料浪費(fèi)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(gè)新問(wèn)題。外循環(huán)倍率高的流化床鍋爐是以提高爐腔高度來(lái)彌補(bǔ)大型化所需燃燒空間和時(shí)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(qiáng)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(diǎn)火系統(tǒng)的煙氣發(fā)生器，有的超過(guò)了主燃室的占地；鍋爐各種管線

11、多，冷渣系統(tǒng)、括板運(yùn)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(wú)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(yùn)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(yùn)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(gè)問(wèn)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(guó)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)將這些燃燒的床料送到時(shí)，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(shí)床內(nèi)的循環(huán)具有很強(qiáng)的

13、破渣能力和清除大顆粒料的能力，不管鍋爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間多長(zhǎng)，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(huì)通過(guò)排放冷渣自行清除，不會(huì)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(lái)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(diǎn)火所用的燃料、點(diǎn)火時(shí)間和對(duì)點(diǎn)火技術(shù)水平等的要求均大為降低，運(yùn)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(duì)它的影響也非常小，鍋爐連續(xù)運(yùn)行周期

14、長(zhǎng)達(dá)半年至一年，途中若需壓火也很容易，停啟快速。實(shí)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(guò)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