热电厂循环流化床锅炉的选型

  切向式高温旋风分离器的分离效率一般能达到98％～99％，经改进设计的蜗壳式高效旋风分离器分离效率可达到99．5％以上，高效的分离效率对于循环流化床锅炉的高燃烧效率至关重要的。但对制造工艺技术要求高，成本也高，因此目前锅炉行业多采用水（汽）形式的切向式高温旋风分离器或蜗壳式旋风分离器以降造成本，而其分离效率要低于真正的蜗壳式分离器的分离效率。虽然其分离效率已能满足锅炉物料循环和传热炉膛内所需的灰粒子浓度不影响锅炉的满负荷运行，但对那些不能够被分离下来，重新送回炉膛燃烧的未燃烬细小碳粒子量将大幅度提升。因而在某些特定的程度上影响锅炉效率和飞灰含碳量。根据上面讲述的情况，马山热电厂的循环流化床锅炉的分离器选择采用汽冷高效蜗壳式分离器。

  （9）重要附机的厂家型号选择也很关键，如冷渣机、一、二次风机、返料风机、给煤机等，可直接影响锅炉安全经济运行。

  130 t／h CFB锅炉从本体上看没有大的缺陷，运行稳定可靠。能满足电厂的正常运行、负荷调节稳定、可靠、灵活，其运行参数达到设计的基本要求，符合电厂运行条件。制造厂家对循环流化床在浓稀相分界面布置均采取一定的措施，以减小水冷壁管的磨损，在分离器的设计上，多数采用方型和圆型分离器，据用户反映，均能达到较好的分离效果。脱硫采用加入适量的石灰石粉，其脱硫效率可达90％以上。因此，只要辅机选型配置得当，风、烟、煤系统设计合理，精心安装施工，加强运行管理，130 t／h CFB锅炉运行的安全性、可靠性均优于链条炉和煤粉炉，且还有易于负荷调节、低污染等优点。

  （5）锅炉结构和热膨胀方面设计合理，流化状况较理想，磨损方面情况也较好。

  （6）石家庄热电三厂返料风采用一次风供，其风压与炉前给煤风互相牵制，运作状况不大理想。

  （7）锅炉连续运行时间特别大程度上取决于辅助设施，如给水调节阀，高压风机、流化风机等质量及可靠程度。

  （8）源自文库木坪电厂锅炉采用DCS控制管理系统，现场简单，操作便捷，可靠。

  针对循环流化床锅炉炉内、分离器、回料器等由于在高温高灰浓度的环境下工作，其磨损较为严重。早期的75 t／h循环流化床锅炉也存在因防磨措施设置不当而影响锅炉安全运行问题。目前锅炉厂主要采取以下措施：

  （1）在炉膛下部水冷膛、炉膛出口四周局部区域、顶部高灰浓度回流区、炉膛开孔区域和旋风分离器内壁均敷设耐磨材料，耐磨材料用高密度销钉固定。

  （1）通过锅炉本体设计，确保沿炉膛断面以及沿炉膛高度方向上温度场的均匀性。

  绍兴马山热电厂始建于1987年，经过4次扩建，已形成有一定规模的中型热电厂，稳定供热在67．5 t／h以上。随着绍兴经济的增长，印染等用热行业的逐步扩大，热负荷也将持续不断的增加，截止2002年底前，袍江工业区的用热将达到110 t／h，2003年底前达到180 t／h，2004年底前达到320t／h，现有的装机容量不足以满足日渐增长的热负荷需要，为此，必须扩建绍兴马山热电厂。

  循环流化床锅炉（CFB）是20世纪80年代发展起来的新一代燃煤流化床锅炉，具有高效率和低污染的特点。由于循环流化床具有热容量很大的物料与之良好的混合，所以对燃料的适应能力强，包括劣质燃料也能运行。同时循环流化床床内强烈的湍流和物料循环，增加了燃烧的停留时间，因而其燃烧效率高。通常运行操作温度在850～950℃，这是一个理想的脱硫温度区间，在床内加入石灰石或脱硫剂，可以使SO2排放量大幅度的降低。循环流化床锅炉采用低温分级送风燃烧，使燃烧始终在低过量空气下进行，从而大幅度的降低了NOX的生成，低温燃烧可使NOX控制在200 mg／m3之下。

  （4）运行中通过监视布风板上均匀布置的热电偶和床压测点，对异常工况极早采取措施。

  通过对循环流化床锅炉运作情况的调研，对循环流化床锅炉存在问题的分析找到了结症所在，可以针对性地采取一定的措施。锅炉运行的好与坏，除了锅炉本体的结构是一个重要的原因，还有与之设计配套和辅机问题及运行管理方面的问题。在辅机配套上，尤其是一次风机、二次风机和引风机等重要辅机选择上，马山热电厂采用中外合资产品，并配以变频调速装置，确保循环流化床锅炉的安全、经济、灵活运行。

  从国产的75 t／h和130 t／h循环流化床锅炉能够准确的看出，2种炉型都是可接受的，关键是马山热电厂所处的袍江工业区的热负荷的增长，到2004年热负荷达到320 t／h，为满足该热负荷的需要，如采用75t／h循环流化床锅炉则需5台，考虑到热负荷的发展有一定的概率会出现小炉群的现象，从这一点讲无论是锅炉的燃烧效率、节约能源、环境保护还是节约用地等都较130 t／h要稍逊一点。据此，马山热电厂扩建工程采用130 t／h循环流化床锅炉。

  （3）锅炉效率比较高，达到89％～90％（松木坪电厂）石家庄热电三厂由于燃煤采用含碳量高达71％～73％非设计煤种，飞灰含碳量较高为15％左右，厂方认为，如采用设计煤种，飞灰含碳量可下降至10％以下：

  国内目前已生产的循环流化床锅炉的容量主要有75、130、220和410 t／h。75 t／h CFB锅炉国内生产的厂家较多，运行的业绩也多，目前在全国内运行的有几百台。但最初国内75 t／h CFB在运行中锅炉绝大多数可以脱硫但没有采用脱硫。随着环境保护意识的增强，未采用脱硫的CFB炉纷纷加以改造，完善脱硫措施。目前75 t／h CFB炉已经趋于成熟，脱硫措施完善，设备比较可靠。在本省及外省选用的75 t／h CFB炉有萧山经济开发区热电厂、绍兴市第一热电厂、上海青浦工业园区热电厂等多家热电厂。

  （5）选用蜗壳式旋风分离器，其分离效率高，能有效捕集更细的颗粒，来提升燃烧效率。

  目前国内外采用的分离器主要有：撞击式分离器、平面流分流器、百叶窗式分离器、方形分离器和旋风分离器。经过多年实践运行证明，撞击式分离器、平面流分离器、百叶窗式分离器的分离效率普遍很低。而分离效率直接影响循环流化床锅炉的燃烧效率和在一定Ca／S比下的脱硫效率。方形分离器最早由芬兰Ahlstrom公司提出，大多数都用在燃生物质燃料上，而非用于燃煤锅炉上，国内研究出用于燃煤锅炉的方形分离器，布置于炉膛与尾部烟道之间，结构紧密相连，使整个循环流化床锅炉的体积减少。从目前方形分离器的试验数据看，在冷态试验中有很高的分离效率，但在热态试验的结果恰不理想，西安热工所对水冷方形分离器进行热态试验的典型数据见表1。

  （5）尾部竖井烟道内过热器蛇形管安装有防磨盖板，省煤器采用膜式壁结构，本身就具有一定的防磨功能，在过热器和省煤器烟气侧进口四周均装有防止烟气偏流的阻流板，同时合理选取对流受热面的烟速。

  从对130 t／h循环流化床锅炉的运行调研看，造成循环流化床锅炉本体不能长期连续运行的因素主要是：飞灰的含碳量高、磨损和超温结渣等。

  （1）选用较高的炉内燃烧温度，提高煤的燃烧强度。通常设计床温为915℃，炉膛出口温度为905℃左右，整个炉膛温度分布均匀。

  （2）采取了合理的流化速度。炉内下部风速为4．8 m／s左右，上部流化风速为4．4 m／s，使用这样下炉膛流化风速，改善了煤粒尤其是大颗粒的流化质量，增加对煤粒度的适应范围；采用较低的炉膛上部速度，使炉内内循环量增加，相应地延长了碳粒在炉内的停留时间，提高燃烧效率。

  循环流化床的物料浓度大，一般每公斤烟气可携带若干公斤的物料，这些循环物料带来了高传热系数，使锅炉负荷调节范围广，且循环量与锅炉负荷变化一致，在40％～50％负荷时锅炉仍能达到额定汽温和压力，在更低负荷下也能稳定运行而无需增加辅助燃料，在无助燃燃料时最低负荷可达30％～25％，负荷变化可达每分钟5％负荷。正因为如此，循环流化床锅炉在我国从20世纪90年代初得到迅速的发展。

  根据上述热负荷的需求，需扩建1台12 MW的抽汽凝汽式机组和2台6 MW的背压式汽轮发电机组。为满足汽机进汽的需要，需要对锅炉进行选择。

  目前国内生产并可以与之配套的电站锅炉有链条炉排炉、煤粉炉和循环流化床锅炉3种。其中循环流化床锅炉有以下特点：煤种适应能力强，燃烧效率较高，负荷调节灵敏，并能在低负荷下稳定燃烧。加石灰石可实现炉内脱硫，脱硫效率可达80％以上；且因低温燃烧，NOX生成量低，通常能控制在200～300 mg／m3。炉后一般均配用静电除尘器，满足环保对烟尘的排放要求。而煤粉炉由于系统复杂，SO2低排放浓度的难度大，而烟气脱硫目前尽管方法很多，如炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫法、干法烟气脱硫、湿法烟气脱硫和电子束烟气脱硫等，采用全进口的设备及技术，其价格非常昂贵；在小容量的锅炉中应用不多。煤粉炉、链条炉排炉在脱硫的方面目前难以满足环保对大气污染防治的要求。循环流化锅炉由于可以炉内加钙脱硫的独特优势，在一定的钙硫比下，脱硫效率可达80％及以上，满足环境保护的要求。根据上述分析对比，采用循环流化床锅炉是较为贴切的。

  130 t／h的CFB锅炉国内目前已投运用户较少，近年来国内众多厂家开发研制130 t／h CFB锅炉，如东方锅炉厂、上海锅炉厂等。但大多数用户的运行实践经验尚不足，尚待有完善的过程。目前已开发研制的130 t／h CFB炉有次高压、次高温（5．3 MPa、485℃）锅炉、次高压、中温（5．3MPa、450℃）锅炉和中温中压（3．82 MPa、450℃）锅炉3种。我们于2001年5月份分别去湖北松木坪电厂（上海锅炉厂生产）和石家庄热电三厂（无锡锅炉厂生产）已投运的130 t／h CFB锅炉进行调研，总体情况如下：