福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院何錦坤

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無煙煤循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能及環(huán)保設(shè)計

福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院
何錦坤

[摘要]該文結(jié)合Ⅱ類無煙煤的特點，分析了針對低揮發(fā)分循環(huán)流化床無煙煤鍋爐設(shè)計時采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面等節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)措施。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)流化床鍋爐 結(jié)構(gòu) 技術(shù)特點 節(jié)能環(huán)保

1 前言

SHXF20-1.6-WⅡ型Ⅱ類無煙煤循環(huán)流化床鍋爐是為了適應(yīng)市場發(fā)展的需要而開發(fā)的新產(chǎn)品，針對Ⅱ類無煙煤燃燒特性和節(jié)能、環(huán)保的要求，設(shè)計時采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面及其它防磨措施，布置U形慣性分離器和組合式旋風分離器、熱管空預器等方面進行了創(chuàng)新，形成了高效燃燒爐膛，燃燒Ⅱ類無煙煤時取得顯著的節(jié)能和環(huán)保效果。該鍋爐的研制成功標志著我國循環(huán)流化床燃用Ⅱ類無煙煤的燃燒技術(shù)進入一個新階段，為廣大無煙煤鍋爐用戶提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的鍋爐新產(chǎn)品，成功解決了我國低揮發(fā)分無煙煤在循環(huán)流化床鍋爐上著火、穩(wěn)定燃燒及燃燼的技術(shù)難題，并到得了重大突破。該產(chǎn)品燃用Ⅱ類無煙煤時，負荷調(diào)節(jié)性能好，鍋爐熱效率83.49%，比國家標準高18.49個百分點，每臺鍋爐一年（按300天計）可節(jié)約煤7267噸；20臺可節(jié)約煤14.5萬噸。同時煙氣黑度小于林格曼1級，符合GWPB3-1999《鍋爐大氣污染物排放標準》中二類地區(qū)的要求。鍋爐出口初始排塵濃度及鍋爐煙塵排放和SO2排放、鼓、引風噪聲和鍋爐房噪聲等環(huán)保指標均達到國家標準和設(shè)計要求，環(huán)保效益顯著。通過熱工和環(huán)保測試，證明鍋爐各項性能指標均達到或超過了設(shè)計和有關(guān)標準的要求。鑒定意見認為：“SHXF20-1.6-WⅡ型循環(huán)流化床鍋爐填補了我國工業(yè)鍋爐行業(yè)產(chǎn)品系列型譜的空白，屬國內(nèi)首創(chuàng)，居國內(nèi)領(lǐng)先水平，并具有同類產(chǎn)品國際先進水平?！蹦壳霸摳咝Ч?jié)能鍋爐已批量投產(chǎn)，暢銷省內(nèi)外，深受用戶好評。該項目榮獲第四屆“6.18”海峽兩岸職工創(chuàng)新成果展金獎。

無煙煤循環(huán)流化床鍋爐工藝詳見圖1。

2 鍋爐設(shè)計主要規(guī)范

2.1 鍋爐參數(shù)

①額定蒸發(fā)量：20 t/h；

②額定蒸汽壓力：1.6 MPa；

③額定蒸汽溫度：204 ℃；

④給水溫度：105 ℃；

⑤設(shè)計效率：80.97 %；埋管受熱面積：24.72 m2；水冷壁受熱面積：32.19 m2；凝渣管受熱面積：11.79 m2；對流管受熱面積：283.74 m2；省煤器受熱面積：354 m2；熱管空預器受熱面積：35.29 m2；布風板有效面積；6.08 m2；密相區(qū)空截面風速(150℃ )：1.03 m/s；稀相區(qū)空截面氣速：2.47 m/s；風帽小孔平均風速(150℃ )：48.76 m/s；風帽平均開孔率：2.12%；設(shè)計燃料：Ⅱ類無煙煤Vr≤5%。

2.2 設(shè)計煤種及特性

本鍋爐設(shè)計煤種為極低揮發(fā)分(Vr≤5%)的Ⅱ類無煙煤。無煙煤是埋藏年代最久、碳化程度最深、揮發(fā)分最低的一個煤種。我國的無煙煤儲量較大，僅次于煙煤，約3600億噸，多分布于華北、西南和中南地區(qū)，如陽泉礦區(qū)、晉城礦區(qū)、焦作礦區(qū)、京西礦區(qū)、遵義礦區(qū)、芙蓉礦區(qū)的無煙煤都很出名，而福建省的五個礦務(wù)局幾乎全部為Vr≤ 5%的低揮發(fā)分無煙煤。據(jù)調(diào)查了解，目前全國已有23個省市(約400個礦)大量開采無煙煤資源，并用于工業(yè)鍋爐作燃料。無煙煤表面具有明亮的黑色光澤，燃燒時僅有很短的青蘭色火焰。無煙煤按其著火程度分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類無煙煤中，Ⅱ類無煙煤燃燒化學性能差、熱傳導能力低，著火非常困難，燃燼也極為不易。

3 鍋爐結(jié)構(gòu)特點

本鍋爐采用雙鍋筒橫置式M形布置，螺旋給煤機并列布置在爐前，燃煤由滑差變速電機帶動給煤機正壓送入循環(huán)流化床內(nèi)。從送風機出來的冷空氣經(jīng)熱管空氣預熱器加熱至150℃左右。經(jīng)熱風道大部分進入等壓風室，流經(jīng)布風板小風帽進入流化床參加燃燒，另一部分作為播煤風，回料風及二次風進入爐膛參加燃燒。所產(chǎn)生的煙氣先后流經(jīng)密相區(qū)、稀相區(qū)、凝渣管、U形慣性分離器煙道、組合式旋風分離器、燃燼室、對流管束、最后流經(jīng)I級省煤器、熱管空預器、Ⅱ級省煤器和除塵器后由煙囪排入大氣。

3.1 爐膛設(shè)計

針對Ⅱ類無煙煤著火溫度高、煤末比例大的特性，在爐膛設(shè)計時要創(chuàng)造兩個高效燃燒爐膛的條件：（1）保證整個爐膛自下而上的溫度始終保持在Ⅱ類無煙煤著火溫度900℃ 以上，以確保在不結(jié)焦的前提下煤顆粒沿整個爐膛高度處于著火燃燒狀態(tài)。要保證反應(yīng)活性差的Ⅱ類無煙煤的高效燃燒，保持適宜的床層和整個爐膛溫度水平至關(guān)重要。本鍋爐在各種負荷下運行時，沸下溫度 1030～1060℃，稀相區(qū)上段930～990 ℃，爐膛出口900℃左右；（2）保證微米級的灰粒（高中溫分離器不容易分離下來的細小飛灰粒子）在爐內(nèi)有一定的停留時間。因為較大的煤顆料能被高溫分離器分離下來，重新進入爐內(nèi)循環(huán)燃燒，爐內(nèi)停留時間很長，燃盡率高。而那些微小飛灰粒子所占的比例不少，它經(jīng)過高溫爐膛的機會只有一次，以后就被煙氣帶走，盡可能提高這部分飛灰中炭的燃燼程度，是提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵因素之一。本鍋爐設(shè)計了較高的爐膛高度。密相區(qū)布置了埋管受熱面，其流化速度為3.1 m/s左右，稀相區(qū)流化速度為2.4 m/s，這樣煤粒在高溫爐膛內(nèi)停留時間將達到4 s 。足夠爐膛高度可有效提高燃料的燃燼率，降低飛灰含碳量，保證較高的燃燒效率。

3.2 灰粒分離循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計

本鍋爐灰粒分離循環(huán)系統(tǒng)有三級，第一級是爐膛出口的U形慣性分離器，第二級是組合式旋風分離器，第三級是對流管束下部煙氣轉(zhuǎn)彎慣性分離室。前二級屬高溫分離。這三級分離器分別與立管和回料器組成，形成了5個獨立的灰粒循環(huán)系統(tǒng)，并均用熱風送入密相區(qū)或密相區(qū)上方高溫區(qū)內(nèi)循環(huán)燃燒。由于三級分離均采用高、中溫爐內(nèi)分離循環(huán)方式，有較高溫度的灰顆粒用150℃左右的熱風送入爐內(nèi)密相高溫區(qū)燃燒，其效果是十分顯著的。

3.3 防磨設(shè)計

國內(nèi)外在循環(huán)床鍋爐研制過程中都會碰到某些部件磨損和防磨設(shè)計的問題。為防止磚墻內(nèi)表面及磚縫磨損，在整個爐膛及U形段等后面幾個部位涂上科光871高溫膠泥，如在密相區(qū)周圍內(nèi)墻壁上涂一層5～100 mm LS-8高溫膠泥，分離器元件間用LS-硅，U形段及各隔墻磚縫也用871高溫膠泥。這種高溫膠泥具有在低溫狀態(tài)時以化學粘結(jié)為主、在高溫狀態(tài)時以陶瓷燒結(jié)為主的雙重粘結(jié)功能，高溫性能好，粘接力強，抗熱震，耐摩擦，防腐蝕等特點。

3.4 采用熱管空氣預熱器

在兩級省煤器之間布置有熱管空氣預熱器，熱管向上傾斜10 °。煙氣段長1.5m，空氣段長1.2m，光管規(guī)格φ32，縱向10排，橫向26排，總受熱面積35.29m2。熱管是高效傳熱元件，熱管空氣預熱器與列管式空氣預熱器相比，其傳熱量可增加2～3倍，而且結(jié)構(gòu)十分緊湊。同時由于熱管管壁溫度較高，對防止低溫腐蝕和粘結(jié)性積灰十分有利。本鍋爐采用熱管空預器，熱風達到150℃左右；作為一次風、回料風、播煤風和二次風，對促進無煙煤穩(wěn)定燃燒是有利的。

4 結(jié)束語

SHXF20-1.6-WⅡ型循環(huán)流化床鍋爐，針對無煙煤的燃燒特性和節(jié)能、環(huán)保的要求，采用較高爐膛及較低空截面氣速，在密相區(qū)布置合適數(shù)量的埋管受熱面及其他防磨措施，布置U形慣性分離器和組合式旋風分離器、熱管空預器等技術(shù)措施，形成了高效燃燒爐膛，燃燒Ⅱ類無煙煤時取得顯著的節(jié)能和環(huán)保效果，為廣大無煙煤、劣質(zhì)煙煤鍋爐用戶提供了一種高效、節(jié)能、環(huán)保的鍋爐產(chǎn)品。